O problema do "zero" nas obras de Mendeleev

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

… Quanto mais eu tinha que pensar sobre a natureza dos elementos químicos, mais me desviei tanto do conceito clássico de matéria primária, quanto da esperança de alcançar a compreensão desejada da natureza dos elementos por meio do estudo de fenômenos elétricos e luminosos, e cada vez com mais urgência e clareza percebi que antes disso ou primeiro é necessário ter uma idéia mais real da "massa" e do "éter" do que agora.

D. I. Mendeleev

Em janeiro de 1904, o Folheto de Petersburgo nº 5, por ocasião do 70º aniversário de Dmitry Ivanovich Mendeleev, publicou uma entrevista com ele. Quando questionado sobre que tipo de pesquisa científica ele está fazendo atualmente, o cientista respondeu: "Elas visam exclusivamente confirmar a teoria que apresentei no ano passado, ou melhor, tentativas de uma compreensão química do éter mundial."

Qual é essa teoria da qual sabemos tão pouco?

DI Mendeleev terminou seu artigo "Uma tentativa de compreensão química do éter mundial" em outubro de 1902 e publicou-o em janeiro de 1903 no nº 1-4 do "Boletim e Biblioteca de Auto-Educação". Em maio de 1904, em uma carta ao famoso astrônomo Simon Newcomb, ele anunciou que em um futuro próximo iria escrever um artigo "sobre as idéias modernas sobre a complexidade dos elementos químicos e sobre os elétrons …"

Retrato de D. I. Mendeleev por I. N. Kramskoy. O ano é 1878. A ideia do éter "químico", que, segundo DI Mendeleev, está intimamente ligada à tabela periódica dos elementos, que o cientista alimenta desde a década de 1870.

Sobre a complexidade dos elementos químicos e sobre os elétrons - isso é compreensível para o leitor moderno, mas o éter do mundo? Agora, até crianças em idade escolar sabem que essa ideia foi abandonada pela ciência. Portanto, provavelmente, uma das últimas obras de Mendeleev é muito raramente comentada, praticamente em nenhum lugar mencionada, e geralmente é difícil encontrá-la. Em muitas bibliotecas científicas e educacionais nas "Obras" de vários volumes de DI Mendeleev, falta o volume 2, que contém o capítulo "Tentativa de compreensão química do éter mundial". Às vezes, fica-se até com a impressão de que eles estão, de alguma forma, timidamente tentando apagar esse trabalho "curioso" da herança do cientista. Parece que muitos pensam condescendentemente que o grande Mendeleiev, em sua velhice, pode ter excedido o nível de sua competência.

Mas não vamos tirar conclusões precipitadas. DI Mendeleev nutriu essa teoria "embaraçosa" durante quase toda sua vida criativa. Dois anos após a descoberta do sistema periódico (Mendeleev ainda não tinha 40 anos) em uma impressão dos "Fundamentos da Química" por sua mão, perto do símbolo do hidrogênio, foi feita uma inscrição, que pode ser decifrada da seguinte forma: " O éter é o mais leve de todos, milhões de vezes. " Aparentemente, "éter" parecia a Mendeleev o elemento químico mais leve.

“Desde os anos 70, a pergunta me persiste: o que é o éter no sentido químico? Está intimamente ligado ao sistema periódico de elementos, e fiquei entusiasmado com isso em mim, mas só agora me atrevo a falar sobre isso."

Assim, o elemento químico do éter - o elemento do éter - a atomicidade do éter - a discrição do éter. Este não é o éter que a física moderna descartou como uma muleta desnecessária. Vamos abrir o dicionário:

"Éter (grego Aither - um hipotético meio material que preenche o espaço) … Na física clássica, o éter era entendido como um meio homogêneo, mecânico e elástico que preenchia o espaço newtoniano absoluto" (Philosophical Dictionary / Ed. M. M. Rosenthal. - M., 1975)

Na definição clássica de éter, a ênfase está na homogeneidade ou continuidade. O éter, de que fala Mendeleev, é constituído por elementos, é atômico, não é homogêneo, é descontínuo e discreto. Tem uma estrutura.

O interesse de Dmitry Ivanovich pelo problema do éter na década de 1870 está intimamente relacionado ao sistema periódico (“foi isso que me excitou”) e o trabalho subsequente no estudo dos gases. “A princípio também acreditei que o éter é a soma dos gases mais rarefeitos no estado limite. Os experimentos foram realizados por mim em baixas pressões - para obter dicas de uma resposta."

Mas esses trabalhos não o satisfizeram: “… a ideia do éter do mundo como a rarefação final de vapores e gases não resiste nem mesmo aos primeiros surtos de reflexão - devido ao fato de que o éter não pode ser imaginado senão como substância, penetrando em tudo e em todos os lugares; Isso não é típico de vapores e gases”.

O desenvolvimento detalhado do "conceito químico do éter mundial" começou com a descoberta dos gases inertes. DI Mendeleev previu muitos elementos novos, mas os gases inertes foram inesperados até mesmo para ele. Ele não aceitou imediatamente essa descoberta, não sem uma luta interna, e discordou da maioria dos químicos sobre a localização dos gases inertes no sistema periódico. Onde eles deveriam estar localizados? Os químicos modernos, sem hesitação, dirão: claro, no VIII grupo. E Mendeleev insistiu categoricamente na existência do grupo zero. Os gases inertes são tão diferentes de outros elementos que ocupavam algum lugar na lateral do sistema. Parecia, que diferença, na borda direita (grupo VIII) ou esquerda (grupo zero) eles estariam. Parece-nos completamente sem princípios, especialmente para aqueles tempos em que não conheciam a estrutura eletrônica dos átomos, embora até agora apenas nos iludamos de que sabemos. Mendeleev pensava de forma diferente. Colocar gases inertes à direita significa obter toda uma série de vazios entre o hidrogênio e o hélio. Foi um desafio procurar novos elementos entre o hidrogênio e o hélio! Talvez haja um halogênio mais leve que o flúor (Mendeleev admitiu a probabilidade da existência de tal halogênio, supondo que o hélio esteja realmente no grupo VIII) ou outros elementos leves entre o hidrogênio e o hélio? Eles não estão lá, então o lugar dos gases inertes está à esquerda, no grupo zero! Além disso, é mais provável que sua valência seja zero do que VIII. E a razão quantitativa dos pesos atômicos indica inequivocamente a posição dos gases inertes à esquerda, no início de cada linha.

“Esta posição dos análogos do argônio no grupo zero é uma consequência estritamente lógica do entendimento da lei periódica”, afirmou DI Mendeleev.

Por sugestão de William Ramsay, Mendeleev inclui o grupo zero na tabela periódica, deixando espaço para elementos mais leves que o hidrogênio.

Torna-se claro por que Dmitry Ivanovich insistiu na existência do grupo zero: suas menções de um halogênio hipotético mais leve que o flúor são compreensíveis; portanto, sua busca por um elemento mais leve do que o hidrogênio é até mesmo compreensível, cuja existência ele há muito pensava: "Nunca me ocorreu que vários elementos devessem começar com o hidrogênio." "Privar o hidrogênio dessa posição inicial, que há muito ocupa, e fazê-lo esperar por elementos com ainda menos do que o do hidrogênio, o peso de um átomo, em que sempre acreditei" - esses são os pensamentos mais íntimos do cientista, que ele escondeu até que a lei periódica foi finalmente aprovada não será aprovada. “Eu pensava que antes do hidrogênio se poderia esperar elementos com peso atômico inferior a 1, mas não me atrevi a me expressar nesse sentido por causa da adivinhação da suposição e especialmente porque então tive o cuidado de não estragar a impressão do novo sistema proposto, se sua aparência for acompanhada por suposições como sobre os elementos mais leves do que o hidrogênio."

Precisamente no sistema com um grupo zero que ele defendeu, que foi proposto pela primeira vez pelo cientista belga Leo Herrera em 1900 em uma reunião da Academia Real de Ciências da Bélgica (Academie royale de Belgique), o hidrogênio pode não parecer o primeiro, visto que ele inevitavelmente aparece em frente a ele espaço livre para um elemento ultraleve - talvez este seja o "elemento éter"?

“Agora, quando passou a não haver a menor dúvida de que antes do grupo I, no qual o hidrogênio deveria ser colocado, existe um grupo zero, cujos representantes têm pesos atômicos menores que os dos elementos do grupo I, me parece impossível negar a existência de elementos mais leves que o hidrogênio”, escreveu Dmitry Ivanovich.

Na lei que descobriu, Mendeleev tenta compreender do ponto de vista físico a natureza da massa como principal característica da matéria. Descobrindo os fundamentos físicos da gravitação (sobre quanto esforço e tempo ele dedicou a este problema, também sabemos pouco), intimamente relacionado ao conceito do éter mundial como meio "transmissor", ele está procurando o elemento mais leve. No entanto, os resultados das experiências da década de 1870, que chegaram a provar que "o éter é a soma dos gases mais raros", não satisfizeram Mendeleev. Por algum tempo parou de pesquisar nesse sentido, não escreveu em lugar nenhum, mas, aparentemente, nunca se esqueceu deles.

No final de sua vida, em busca de respostas para questões relativas às propriedades profundas da matéria, ele se volta novamente para o "éter do mundo", com a ajuda do qual ele tenta penetrar na natureza do conceito básico das ciências naturais em o século 19 (e mesmo o século 20, e mesmo os séculos 21) - as massas, bem como para dar explicações para novas descobertas e, sobretudo, a radioatividade. A ideia principal de Mendeleev é a seguinte: “Uma compreensão real do éter não pode ser alcançada ignorando sua química e não considerando-o uma substância elementar; substâncias elementares são agora inconcebíveis sem a subordinação de sua legitimidade periódica. " Descrevendo o éter mundial, Mendeleev o considera, “em primeiro lugar, o mais leve de todos os elementos, tanto em densidade quanto em peso atômico, em segundo lugar, o gás que se move mais rápido e, em terceiro lugar, o menos capaz de se formar com quaisquer outros átomos ou partículas de certo ou forte compostos e, em quarto lugar, um elemento que está difundido em toda parte e permeia tudo."

O peso de um átomo desse hipotético elemento X, de acordo com os cálculos de Mendeleev, pode variar de 5,3 × 10^-11 até 9,6 × 10^-7 (se o peso atômico de H for 1). Para estimar a massa de um elemento hipotético, ele se baseia no conhecimento do campo da mecânica e da astronomia. O elemento X recebeu seu lugar na tabela periódica no período zero do grupo zero, como o análogo mais leve dos gases inertes. (Mendeleev chama esse elemento de "Newtonium".) Além disso, Dmitry Ivanovich admitiu a existência de outro elemento mais leve que o hidrogênio - o elemento Y, coronium (presumivelmente as linhas de coronium foram registradas no espectro da coroa solar durante o eclipse do Sol em 1869; a descoberta do hélio na Terra forneceu a base para considerar a existência deste elemento como real). Ao mesmo tempo, Mendeleev enfatizou repetidamente a natureza hipotética dos elementos X e Y e não os incluiu nas tabelas de elementos da 7ª e 8ª edições de Fundamentals of Chemistry.

Exatidão e responsabilidade científica nas obras de Mendeleev não precisam de comentários. Mas, como podemos ver, se a lógica da busca assim o exigia, ele apresentou com ousadia as hipóteses mais inusitadas. Todas as previsões feitas por ele com base na lei periódica (a existência de 12 elementos desconhecidos na época, bem como a correção das massas atômicas dos elementos), foram brilhantemente confirmadas.

“Quando apliquei a lei periódica aos análogos do boro, do alumínio e do silício, eu era 33 anos mais jovem, tinha plena certeza de que mais cedo ou mais tarde o que estava previsto certamente se justificaria, porque tudo era claramente visível para mim. A desculpa veio mais cedo do que eu esperava. Então eu não arrisquei, agora eu arrisco. É preciso determinação. Surgiu quando vi fenômenos radioativos … e quando percebi que não era mais possível adiar e que talvez meus pensamentos imperfeitos levassem alguém por um caminho mais correto do que o possível, o que parece a minha visão enfraquecida.

Então, este é o primeiro grande erro, talvez até mesmo uma profunda ilusão de um grande cientista, como muitos agora acreditam, ou apenas um lamentável mal-entendido de gênio por seus alunos incapacitados?

No início do século 20, não apenas Mendeleev, mas também muitos físicos e químicos acreditavam na existência do "éter". No entanto, após a criação da teoria da relatividade geral e especial por Albert Einstein, essa crença começou a desaparecer. É geralmente aceito que na década de 1930 o problema do "éter" não existia mais, e a questão dos elementos mais leves que o hidrogênio desapareceu por si mesma. Mas, novamente, o problema do éter clássico, o éter homogêneo desapareceu, mas o éter estrutural (o éter de Mendeleev) está bem vivo, só que agora é chamado de vácuo estrutural ou vácuo físico de Dirac. Portanto, a questão é apenas na terminologia.

Voltemos aos elementos mais leves que o hidrogênio. Qualquer químico conhece as séries homólogas e como se comportam seus primeiros membros, principalmente o primeiro. O primeiro é sempre especial. Ele sempre se destaca fortemente na linha geral. O hidrogênio é colocado em ambos os grupos I e VII (é um tanto semelhante aos metais alcalinos e halogênios ao mesmo tempo). Então, o hidrogênio não é como o primeiro … Em busca dos elementos reais do período zero, nos encontramos em um mundo completamente diferente, e parece que este é o mundo das partículas elementares.

A compreensão da química como uma ciência das mudanças qualitativas, de acordo com muitos pesquisadores, se manifesta mais claramente na tabela periódica e, no início do sistema, é simplesmente deslumbrantemente brilhante. “Os corpos simples mais comuns na natureza têm baixo peso atômico, e todos os elementos com baixo peso atômico são caracterizados pela nitidez de propriedades. Portanto, são elementos típicos ", e à medida que se aproxima do" ponto zero ", devem ocorrer saltos qualitativos" agudos "fantásticos, que decorrem da sua natureza singular, pois" … aqui não é só o limite do sistema, mas também elementos típicos e, portanto, podemos esperar originalidade e peculiaridades."

Costumamos falar sobre a natureza fundamental da lei periódica, mas parece que não entendemos isso realmente. Repetimos Mendeleev: “A essência dos conceitos que originam a lei periódica reside no princípio físico-químico geral da correspondência, transformabilidade e equivalência das forças da natureza”.

O verbete feito pela mão de DI Mendeleev na página com o sistema periódico de 1871 em seu livro "Fundamentos da Química" em 1871, armazenado no arquivo do cientista: "O éter é o mais leve de todos, um milhão de vezes."

Para concluir, gostaria de citar as palavras de Dmitry Ivanovich:

“Olho para a minha tentativa longe de ser exaustiva de compreender a natureza do éter mundial de um ponto de vista realmente químico, não mais do que uma expressão da soma das impressões acumuladas em mim, escapando apenas pela razão que eu não quero os pensamentos inspirados pela realidade desaparecem. É provável que pensamentos semelhantes tenham ocorrido a muitos, mas até que sejam declarados, eles fácil e freqüentemente desaparecem e não se desenvolvem, não acarretam um acúmulo gradual de certezas, que por si só permanecem. Se contiverem pelo menos uma parte da verdade natural que todos buscamos, minha tentativa não é em vão, ela será elaborada, complementada e corrigida, e se meu pensamento estiver incorreto em seus fundamentos, sua apresentação, após um ou outro tipo de refutação, impedirá que outros repitam. Não conheço outra maneira de um movimento lento, mas constante, para a frente."

VÁCUO FÍSICO - na visão moderna, o estado fundamental dos campos quantizados, uma espécie de meio com carga elétrica zero, momento, momento angular e outros números quânticos. Os campos têm energia mínima, mas estão sujeitos a flutuações de grande amplitude. O surgimento das idéias quânticas levou à criação de uma imagem universal de uma única estrutura da matéria. Em vez de campos e partículas da física clássica, eles agora consideram objetos físicos únicos - campos quânticos em espaço-tempo quadridimensional, um para cada campo "clássico" (elétrico, magnético etc.) e para cada tipo de partícula. Por exemplo, o vácuo de Dirac é um campo de partículas com spin ½ (elétrons, pósitrons, múons, quarks, etc.). Cada interação única de partículas ou campos é o resultado da troca de quanta desses campos em um ponto no espaço-tempo. Sob alguns pontos de vista, o vácuo físico manifesta as propriedades do meio material, dando razão para considerá-lo "éter moderno".

D. Mendeleev. Uma tentativa de compreensão química do éter. 1905.pdf Fundamentals of Chemistry. Parte um. 1949. Mendeleev D. I.djvu Fundamentals of Chemistry. Parte dois. 1949. Artigos de Mendeleev D. I.djvu sobre o tema:

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