 |
"КИРПИЧИ" В ПОМОЩЬ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВУ
С момента открытия периодического закона Д. И. Менделеевым не прекращается поиск новых вариантов изображения периодической системы элементов. На сегодняшний день их известно более пятисот. А ведь их авторы это только те "счастливчики", которым удалось преодолеть рогатки цензуры и опубликовать свои "бредовые" идеи. Что же заставляет исследователей заниматься этим вопросом, заведомо бесперспективным по причине яростного сопротивления официальной науки?
Общепринятые варианты таблицы химических элементов практически совпадают с предложенными в свое время Д. И. Менделеевым, это свидетельство гениальной прозорливости великого ученого. Однако за прошедшие с того времени 120 лет наука не стояла на месте, наши представления о строении вещества изменились коренным образом, и канонические таблицы во многом устарели. Их недостатки известны любому химику, здесь и неопределенность положения в таблице целого ряда элементов, и отсутствие в коротком варианте таблицы места для некоторых элементов (лантаноиды, актиноиды), которые приходится выделять в отдельные семейства, и пространственная разобщенность элементов соседних атомных номеров (бериллий, бор, магний и алюминий) в длинном варианте таблицы, и многое другое. Ни один из традиционных вариантоо не обладает упорядоченностью в расположении элементов, достаточной для того, чтобы однозначно указать
женне в таблице элемента со сколь угодно большим номером.
По всей вероятности, задача отыскания варианта, идеального во всех отношениях, является неразрешимой. Тем не менее, если существует некоторый оптимальный вариант, отличный от известных, то можно предположить, что отвечающая ему определенная закономерность геометрического расположения элементов на плоскости должна соответствовать последовательности заполнения электронами энергетических подуровней атома.
Энергетические подуровни в квантовой химии часто изображают в виде квадратов (квантовых ячеек). При последовательном заполнении электронами подуровней атома мы переходим от одного квадрата к другому, при этом напрашивается аналогия, что мы из кирпичей (квантовых ячеек) как бы строим некую фигуру. Оказывается, что в координатах двух квантовых чисел (главного и орбитального) эта фигура представляет собой ступенчатую пирамиду, которая при "строительстве" практически не изменят свою форму.
"Каменщик" увеличивает ее в размерах, укладывая "кирпичи" вдоль боковой стороны сверху вниз. Таким образом выявляется естественный элемент периодичности (период), границами которого служат подуровни, отвечающие началу и концу построения боковой стороны пирамиды. Удивительно, что полученные таким образом
ды имеют физический смысл, они соответствуют так называемым группам Клечковского, в которые объединяют элементы, близкие по энергетическим характеристикам атомов. Таблица, построенная из этих периодов, обладает рядом закономерностей в расположении входящих в нее элементов, позволяющих математически связать атомный номер элемента с его положением в таблице. Используя программируемый калькулятор, можно по сравнительно несложной программе рассчитать положение в таблице элемента со сколь угодно большим атомным номером.
Любому табличному отображению периодической системы элементов органически присущ недостаток - отсутствие системы координат, однозначно определяющих местоположение данного объекта в пространстве. Это значительно ограничивает возможности количественной интерпретации взаимосвязи систематизируемых элементов.
В этих целях может быть использован концентрационный треугольник Розебума. Необходимым условием его применения является представление каждого из составляющих систему элементов в виде суммы трех переменных, совокупность которых полностью характеризует его свойства. Применительно к атомам элементов периодической системы в качестве таких переменных могут быть выбраны соотношения количеств электронов, относящихся к различным энергетическим подуровням. В этом случае для каждого элемента существует единственная точка на треугольнике, положение которой определяется соотношением соответствующих электронов.
При рассмотрении треугольника с нанесенными элементами обнаруживается ряд интересных закономерностей. Линии, проведенные через элементы, которые расположены в одних и тех же группах, но разных периодах, сходятся в одну точку (полюс). Существует несколько полюсов для элементов различных периодов. Все полюса располагаются на прямой линии, проходящей через одну из вершин треугольника. Кривая сложной формы, на которой располагаются элементы, неограниченно приближается к этой "линии полюсов".
Изучение треугольной диаграммы позволяет сформулировать эмпирическое правило, согласно которому в
атоме соотношение количества электронов с орбитальными квантовыми числами 1 и О не может превышать 3:1. Интересно, что на одной диаграмме могут быть представлены не только элементы, но и их соединения. Впервые появляется возможность графического представления химической реакции.
Рассмотренные варианты графического изображения периодической системы элементов имеют, естественно, свои недостатки. Однако несомненно, что для непредубежденного исследователя возможность систематизации элементов на основе представлений теории электронной структуры атомов может оказаться весьма полезной, позволяя взглянуть на исследуемое явление с позиций квантовой механики атомов н молекул.
А.С. Неверов
|
|
