Непрерывно-целостная система химических элементов

Автор: kimsen
Просмотров: 8748
Комментариев: 2
Категория: Наука и Космос
Дата: 11-03-2014, 21:34
Непрерывно-целостная система химических элементов
Непрерывно-целостная система химических элементов Уже 145 лет Периодическая Таблица Менделеева носит «врожденные дефекты» и испытывает рецидивы «ростовых болезней». И 145 лет не имеет даже частного, но на всю Систему математического выражения.
КИММАК

Уже 145 лет Периодическому Закону и Периодической Системе химических элементов Менделеева (ПЗПСМ). Влиянием на развитие познания Человечества ПЗПСМ не уступает Закону Всемирного Тяготения Ньютона (ЗВТН). В технологических же приложениях ПЗПСМ гораздо превосходит ЗВТН. Но за 145 лет не удалось преодолеть «врожденные дефекты» и рецидивы «ростовых болезней» ПЗПСМ. Не удалось выявить даже частного (специального, ограниченного), но на всю Систему математического выражения этого Вселенского Закона, тогда как ЗВТН выражается известной формулой, выражающей силу F притяжения гравитирующих масс m1 и m2 через их произведение, поделенное на квадрат расстояния r между ними и с коэффициентом пропорциональности G – гравитационной постоянной.
Посмотрим на современную Периодическую Таблицу (ПТ) химических элементов, рекомендованную IUPAK:
Непрерывно-целостная система химических элементов

Непрерывно-целостная система химических элементов

Рис.1 Периодическая Таблица химических элементов,
рекомендованная IUPAC
ПТ IUPAC разорвана: в верхней части 36 пустых клеток (мест); в нижней части отдельно вынесена таблица лантаноидов, актиноидов и суперактиноидов. Как видно, непрерывности и целостности системы нет. А ведь, именно принцип непрерывности-целостности, принцип дискретности и принцип однозначности были положены Д.И. Менделеевым в основу систематизации химических элементов.
Не только эти дыры и разрывы, но вся ПТ IUPAC отличается от оригинальной последней прижизненной Периодической Таблицы Д.И. Менделеева (ПТМ).
Непрерывно-целостная система химических элементов

Рис. 2 Оригинальная ПТМ

Сразу бросается в глаза перестановка групп щелочных металлов и благородных газов, а также ликвидация нулевого периода в современной ПТ IUPAC. Кроме того, в оригинальной ПТМ были два доводородных элемента: Короний и Ньютоний. В современной ПТ IUPAC Водород – первый элемент первого периода, а нулевого периода вообще нет. Все эти новшества были внесены еще в прошлом веке, в результате успехов квантовой механики и перевода периодической зависимости свойств химических элементов от атомных весов к номеру элемента в таблице (количеству протонов в ядрах элементов).
Конечно, квантовая химия привнесла в ПТМ физический смысл и объяснение периодичности свойств периодическим изменением заполнения электронами внешних электронных энергетических уровней и подуровней многоэлектронных атомов. Но надо заметить, что квантовая механика, на которую опирается квантовая химия, дает правильное решение только для атома Водорода, т.е. для одноэлектронного атома. Уже атом Гелия не поддается квантово-механическому решению. Очевидно, правильного решения для многоэлектронных атомов быть не могло. Квантовая химия притянула одноэлектронное приближение и распространила этот приблизительный метод на все реальные атомы. Происходила фактически подгонка квантовомеханических моделей к открытому Д.И. Менделеевым и существующему в реальности Естественному Закону Периодичности. По ПТМ квантовая химия не дала никаких прогнозов. Все прогнозы были сделаны самим Д.И. Менделеевым до 118-го элемента, и по его прогнозам были открыты 20 новых химических элементов ещё при его жизни. Прогностическую функцию теория не выполнила. Общего математического выражения реальной диадности (сдвоенности) периодов в ПТМ теория не дала. Если теория в конкретной области или определенном объекте не выполняет своих «должностных» функций, можно ли ее признавать «единственно верной» действенной теорией для этой конкретной области или этого определенного объекта? Надо признать, что теории Закона Периодичности свойств химических элементов, даже частной, но охватывающей всю Систему химических элементов, нет. Парадигму развития систематизации химических элементов на основе успеха в квантовомеханическом решении одноэлектронной планетарной модели атома Водорода принято называть Бора монадной парадигмой в альтернативу Менделеева диадной парадигме (http://secology.narod.ru/mon_and_di.html).
Бора монадная парадигма прогностического и общего математического выражения Естественному Закону Периодичности свойств химических элементов не дала. «Идеологическое» же ограничение установила. Какое? «Ограничение натурального ряда». Поскольку у натурального ряда чисел нет верхнего ограничения, то имеется в виду нижнее ограничение первым числом ряда – 1. Как только перевели зависимость химических свойств на число протонов, так и появилось ограничение натурального ряда. Нет протона – нет элемента. Поэтому идея Д.И. Менделеева о существовании доводородных элементов была выброшена «на свалку» за ненадобностью или за несовместимостью с новой (Бора) парадигмой (идеологией). Первым в натуральном ряду множества химических элементов стал Водород с единственным протоном в ядре. И до водорода никаких химических элементов быть не должно. Таково ограничение натурального ряда по Бора монадной парадигме.
Можно назвать ограничение натурального ряда в ПТМ Запретом Бора (ЗБ). Запрет Бора не только ограничил ПТМ снизу, но что более критично – «отменил» принцип непрерывности-целостности в систематизации химических элементов. Результат – дыры и двутабличность ПТМ. Вернемся к Менделеевским истокам, конкретно, восстановим принцип непрерывности-целостности и ограничим ЗБ.
В настоящее время понятие вещества изменилось. Если во времена Д.И. Менделеева вещества понимали состоящими только из химических элементов, т.е. элементов веществ, вступающих в химические реакции, то сейчас вещества как бы «эволюционировали». Например, во Вселенной открыли темную материю, по плотности превосходящую обычные вещества не менее чем на порядок. И материя эта вряд ли вступает в химические реакции. Поэтому, понятие элементов веществ необходимо уточнить. Начнем с более общего понятия – материи. Материю, как известно, делят на две категории – энергетическую и вещественную. Связь между ними выражается формулой Эйнштейна:

E = c² M (1)

где E – энергия, M – масса, c – скорость света в вакууме.
В этой формуле c² выступает в роли коэффициента пропорциональности взаимоперехода между энергетической материей и вещественной материей. Уже по этой формуле видно, что определяющим свойством-признаком вещественной материи, т.е. вещества, является масса. Энергетическая материя характеризуется отсутствием массы или наличием нулевой массы.
Итак, свойства-признаки вещества:
1. Масса;
2. Стабильность, хотя бы на время, необходимое для идентификации;
3. Существование в простом или сложном виде, хотя бы в одном из 4-х агрегатных состояний;
4. Прямое контактное столкновение элементов вещества с протеканием физических или химических реакций, а также для проведения технологических процессов;
5. Превращение в другие простые или сложные формы в результате физических или химических превращений;
6. Уничтожение и рождение в согласии с формулой Эйнштейна (1) и всеми законами сохранения.

Следуя справедливым перечисленным пунктам свойств-признаков, начнем расширять множество химических элементов. Рассмотрим Позитроний (Ps) с массой не менее двухэлектронной. Позитроний отличается от Водорода тем, что вместо протона в нем позитрон и за отсутствием протона ЗБ на него не действует. Ps коротко живущая частица, и не только идентифицируется, но вступает в химические реакции, практически в такие же, как и Водород. Существуют двухатомные Позитрониевые молекулы (http://elementy.ru/news/430592) и Позитрониевые ионы с двумя электронами (http://4108.ru/u/pozitroniy). В свободном состоянии Ps и аннигилирует, и рождается в согласии с формулой (1) и с выполнением всех законов сохранения. Поскольку Позитроний обладает всеми свойствами вещества, имеется полное основание принять Ps химическим элементом.
Давно была замечена противоположность первых двух химических элементов ПТМ, Водорода и Гелия: первый очень активный, настолько, что относили его ко всем группам, вплоть до галогенной; второй – самый пассивный, практически не вступающий в химические реакции. Можно говорить, что первый период являет пример единства двух противоположностей. Следуя этому примеру, вторым вводимым элементом примем Нейтрон (n). Масса его незначительно больше массы Водорода. После образования в свободном состоянии стабилен в течение 16 минут до распада на протон, электрон и электронное антинейтрино. С Нейтронами проводят технологические процессы. Входит в состав всех элементов, кроме Водорода. В виде простого агрегатированного вещества образует Нейтронные звезды. Столкновение Нейтронов с другими элементами приводит к ядерным реакциям. Уничтожается и образуется в результате ядерных реакций в согласии со всеми законами сохранения и формулой Эйнштейна (1). Наконец, Нейтрон находится в крайней противоположности химически активному Позитронию своей абсолютной химической инертностью. Таким образом, Нейтрон удовлетворяет всем пунктам свойств-признаков вещества. Какие могут быть запреты на принятие Нейтрона элементом вещества? Никаких, кроме ЗБ. Но мы уже знаем, как запретить ЗБ. Уйдем в нулевой беспротонный период нулевым элементом. Это как же? Два нулевых элемента? А как с принципом однозначности? Введем вторым нулевым элементом в нулевой период. Принцип однозначности нисколько не пострадает, когда число – 0. Нуль есть нуль. Говорят, даже в точке или на острие иглы можно «поместить бесконечное число нулей». Но бесконечное множество нумеруется натуральным рядом чисел. Так что, пусть Нейтрон будет вторым нулевым элементом в нулевом периоде, в группе инертных и благородных газов. Нумерацию остальных химических элементов сохраним в существующем виде, но сверху ограничим числом 118. Говорят, уже получены следы 118 элемента и идет подготовка к представлению его на официальное признание. Элементов же с более высокими порядковыми номерами пока не получено и в следах. К тому же, числом 118 прогнозировал завершение своей таблицы Д. И. Менделеев.
Итак, ПТМ достаточно обосновано расширено двумя элементами. Но если первый нулевой вполне приемлем в качестве химического элемента (содержит электронную оболочку и вступает в химические реакции), то со вторым нулевым элементом обязательно должны возникнуть проблемы (психологические) с принятием его как химического элемента. На то имеются вполне понятные причины. В самом деле, в химические реакции совершенно не вступает, электронной оболочки не имеет. Но, поскольку Нейтрон все же природный элемент вещества, входящий в состав всех химических элементов кроме Водорода, да еще в простом виде агрегатируется в такие Вселенские объекты как Нейтронные Звёзды, то также психологически невозможно не принять Нейтрон в качестве элемента вещества. Хорошо, если семантически не вписывается в химические элементы, будем называть Естественным элементом вещественной Вселенной. Совершенно понятно, что множество Естественных Элементов вещественной Вселенной включает множество химических элементов. Вот так психологические и семантические проблемы могут привести к тому, что один единственный элемент вещества заставляет переименовать все множество элементов вещественной Вселенной. Во истину «И один в поле воин». Итак, от привычного множества
m = 1, 2, 3, …, 118 (2)

химических элементов переходим к множеству

k = 0, 0, 1, 2, 3, …, 118 (3)

Естественных Элементов вещественной Вселенной.
Представим множество (3) в виде таблицы в сверхдлинной форме:
Непрерывно-целостная система химических элементов

Рис.3 Сверхдлинная форма таблицы естественных элементов.

Вместе с нулевым периодом получено 8 периодов. Отчетливо видно, что периоды попарно объединены в Диады периодов. Это – видимый признак Менделеева диадной парадигмы в систематизации элементов вещественной Вселенной. Диадно-периодическая закономерность во множестве (3) Естественных Элементов - природная (естественная) закономерность. Можно говорить, что все Естественные Элементы выстраиваются в совершенно четкую диадную закономерность или Естественный Закон. Не менее законно, чем ЗВТН. Ведь, и ЗВТН Естественный Закон, полного объяснения которому нет. Пока Естественному Закону Периодичности Свойств Естественных Элементов (ЕЗПСЕЭ) нет корректного объяснения, так же как было все 145 лет с ПЗПСМ.
Если ЗВТН облечен в полное и строгое математическое выражение, то ПЗПСМ не облечены даже частным, но на всю Систему математическим выражением. Известна лишь простая закономерность возрастания количества элементов в периодах (от первой до седьмой) ПТ IUPAC:

L = 2n ², (4)

где L – количество элементов в периоде, n = 1, 2, 3, 4.
Расчеты по (4) дают сумму s-, p-, d-, и f - элементов соответственно в 1; 2 и 3; 4 и 5; 6 и 7 периодах ПТ IUPAC. Интересно отметить, что n изменяется не от 1 до 7, а от 1 до 4, ровно столько же сколько диад в ЕЗПСЕЭ. Однако, целиком ПТ IUPAC эта закономерность не охватывает, т.е. общая закономерность отсутствует. По этой формуле нельзя даже рассчитать полное количество элементов ПТ IUPAC.
Чтобы охватить всю систему элементов, с учетом (4), запишем

K = 2Σ2N², (5)

где K – количество элементов во всей Системе Естественных Элементов. Суммирование Σ производится по N = 1, 2, 3, 4, , т.е. по всем 4-м диадам. При N = 4

K = 2 (2 + 8 + 18 + 32) = 120.

Всех естественных элементов насчитывается 120, из них в первой диаде 4, во второй 16, в третьей 36 и в четвертой 64. Это точные количества элементов в каждом из четырех видов периодов (4 слагаемых в скобках), каждой диаде (каждое слагаемое внутри скобок, помноженное на предскобочную 2-ку) и во всей системе K естественных элементов в целом. Конечно, соотношение (5) не претендует на полное описание ЕЗПСЕЭ. Частное же (специальное, ограниченное) математическое выражение всей Системы Естественных Элементов дает.
Если сравнить с ЗВТН, в котором фигурируют: сила, гравитационная постоянная, массы двух взаимодействующих тел, расстояние между ними, и хотя нет объяснения природы притяжения, но все члены соотношения имеют совершенно ясный физический смысл, то в выражении (5) нет ничего, кроме чисел, т.е. оно имеет только математический, точнее, арифметический смысл. Или, может быть, есть смысл в четырёх диадах? В количестве Естественных Элементов в каждой из них?
Число 2 перед знаком суммы в (5), очевидно, означает фиксированное число периодов в каждой диаде двумя, только двумя и ничем, кроме как двумя. Число же 2 перед номером диады N означает, по-видимому, естественность (законность) двух противоположностей – активности и пассивности. А почему же номер диады N берется в квадрате – не понятно. Впрочем, также как не понятно взятие квадрата расстояния между тяготеющими телами в ЗВТН. Иногда говорят, что это проистекает из центральности сил тяготения. Но из чего же проистекает центральность сил тяготения? Ясного объяснения или теоретического Закона на этот счет нет. Мы только видим центральность сил. Но в отсутствие ясного Закона на этот счет должны принять, что в природе есть некий Порядок Центричности, Концентричности. Это мы видим на орбитах спутников планет, орбитах планет вокруг звезд, орбитах звезд вокруг центров галактик, орбитах галактик вокруг центра Вселенной, «орбитах» электронов вокруг ядер в элементах, в оболочечной модели ядер атомов,…, «орбитах» региональных властей вокруг центральной власти в государстве, … . Есть Порядок, но нет Закона на формирование Порядка Центричности. То ли Закон устанавливает Порядок, то ли Порядок порождает Закон – нет определенности, знания причины и следствия. Если наши знания о чем-то доступно и внятно не объясняются, если что-то не подается логическому доказательству, то это что-то приходится принимать аксиомой. В данном случае приходится принять за аксиому равноценность, равновеличие, равноправие Порядка и Закона. Примем за аксиоматическую основу реальность и действенность Законопорядка Центричности Вселенной (ЗЦВ).
Диадное устройство Системы Естественных Элементов, выраженное в сверхдлинной форме таблицы Естественных Элементов на Рис. 3, также следует отнести к аксиоматическому Законопорядку Диадности Вселенной (ЗДВ), поскольку причина диадности не известна. Что-то уж слишком много получается аксиоматических Законопорядков. Рассмотрим хотя бы возможность сведения двух Законопорядков в один. Для этого вначале перевернем таблицу на рис. 3 и засимметризуем относительно вертикальной оси, проходящей между нулевыми элементами 0 0. Получим:
Непрерывно-целостная система химических элементов

Рис.4 Перевернутая и засимметризованная сверхдлинная форма
таблицы Системы Естественных Элементов вещественной Вселенной.

Соединим все концы периодов диад, сгибая периоды за концы в сторону некоей точки, лежащей ниже 0 0. Очевидно, стремясь к выполнению ЗЦВ, сгибать нужно в кольца с круговой симметрией. Но как выбрать радиус закругления? Перепишем формулу (5) в следующем виде:

K = 2Σ2πR, (6)

где суммирование Σ производится по 4-м значениям R (R1, R2, R3, R4 – радиусам колец размещения диад). Безразмерный, вернее относительный радиус Диадных Колец R, который при плоскостном изображении может иметь любую размерность: нм, мкм, мм, см, дм, …, км, …, до Парсек, будет выбираться для конкретных условий. В данном случае удобно в сантиметрах (см). Замена 2N² в (5) на 2πR в (6) означает, что окружность радиуса R должна равномерно заполниться 2N² элементами каждого периода N-ой Диады. Поскольку парные периоды в Диадах жестко скреплены друг с другом, то на кольце радиуса R должны разместиться по два периода. Выбрав размерность R в см, для 4-х значений N = 1, 2, 3, 4 получим соответственно:
R = 0,3184; 1,2738; 2,8662; 5,0955 (см).
Можно переписать соотношение (6) в более укороченной форме:

K = 4πΣR, (7)

где 4π – безразмерный коэффициент, имеющий физический смысл произведения двупериодности Диад с дуальностью активность-пассивность и с иррациональным π, очевидно, проистекающим из ЗЦВ, R – радиус Диадных Колец. Дополнительным преимуществом формы (6) является отсутствие операции возведения в квадрат, не объяснимого точно и внятно ни в (5), ни в ЗВТН.
Однако, проведем готовившиеся построения. Проведем из выбранной точки ниже 0 0 (рис. 4) 4 окружности полученных выше радиусов. По обеим сторонам окружностей разместим соответствующие скрепленные попарно периоды Диад. Пронумеруем, вставим символы элементов, раскрасим разными цветами s-, p-, d-, и f - элементы. Получим:
Непрерывно-целостная система химических элементов

Рис.5 Непрерывно-целостная Диадно-Концентрическая Система
Естественных Элементов.

Диады разделяют темные кольца любой (даже бесконечно малой) толщины. Первая Диада из 4-х элементов размещена не по двум кольцам по разные стороны от окружностей радиусов R2, R3, R4, как в 2-ой, 3-ей и 4-ой Диадах, а в одном кольце среднего радиуса R1= 0,31847 (для удобства и ввиду малого количества элементов). Первый нулевой элемент Ps помещен над Водородом, а второй нулевой элемент n помещен над Гелием. В центре зияет темный круг – геометрический центр Системы Естественных Элементов. Реальный темный круг, можно предполагать, располагается в пустоте, возможно, в вакууме Вселенной в виде Центра масс всей вещественной Вселенной.
Гомологические группы элементов-аналогов четко просматриваются в сквозном радиальном направлении только в соседствующих группах активных элементов и пассивных элементов – упомянутых ранее противоположностей в первой Диаде. Как видим, крайние противоположности активности и пассивности на рис. 5 соседствуют друг с другом во всех Диадах и Периодах Системы Естественных Элементов. Значит, предполагавшийся смысл двойки перед N² в соотношении (5) как отражение дуальности крайних противоположностей обретает общий характер во всей Системе. Можно говорить, что действие крайне противоположных свойств, уравновешивая друг друга в промежуточных между ними элементах, достигают максимального усреднения в срединных элементах. Это видно на примерах углерода и кремния, которые активность и пассивность проявляют в равной мере.
Остальные гомологические элементы-аналоги жестко располагаются только подиадно. Но не составляет труда совместить любую гомологическую группу в сквозном радиальном направлении вращением диадных колец друг относительно друга по темным междиадным кольцам. Впрочем, задача иллюстрации гомологических рядов уже решена в широко используемых таблицах химических элементов. Главное в полученном представлении Естественных Элементов – это полное отсутствие «дыр» или других отклонений от принципа непрерывности-целостности. Совершенно четко также соблюдаются и принцип дискретности, и принцип однозначности. Кроме того, действие ЗЦВ распространяется и на Систему Естественных Элементов. А, казалось бы, ненужный после проведенных построений ЗДВ все же следует иметь ввиду всегда, поскольку в полученном представлении диадная структура отчетливо фиксируется.
Таким образом, расширение Периодической Системы Химических Элементов двумя нулевыми элементами до Диадно-Периодической Системы Естественных Элементов и концентризация Диад в соответствии с Законопорядком Центричности Вселенной позволили непрерывно-целостно представить всю Систему Естественных Элементов вещественной Вселенной в одном Круге Элементов. Круг Элементов охватывается одним простым математическим выражением.
Не следует полагать, что Менделеева диадная парадигма отрицает Бора монадную парадигму в развитии систематизации химических, точнее, Естественных Элементов вещественной Вселенной. Отнюдь нет. Каждая из двух парадигм вносит свой реально необходимый полезный вклад. Объяснение периодичности свойств химических элементов периодичностью заполнения внешних электронных оболочек имеет непреходящее значение. Именно поэтому Система Естественных Элементов включает в себя подавляющей частью Систему Химических Элементов. Просто не должно быть засилия одной из противоположных парадигм. Противоположности должны сосуществовать, как противоположности активности и пассивности в Круге Элементов.

Обмениваться мнениями можно посредством kimmak2014@yandex.ru
или окна комментариев к статье.

Научно-популярное онлайн издание "Меганаука"