Le problème du "zéro" dans les travaux de Mendeleev

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

… Plus je devais réfléchir à la nature des éléments chimiques, plus je m'écartais à la fois du concept classique de matière première, et de l'espoir d'atteindre la compréhension souhaitée de la nature des éléments en étudiant les phénomènes électriques et lumineux, et chaque fois avec plus d'urgence et plus clairement je me suis rendu compte qu'avant cette ou première il faut se faire une idée plus réelle de la "masse" et de "l'éther" qu'aujourd'hui.

D. I. Mendeleïev

En janvier 1904, à l'occasion du 70e anniversaire de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, la notice n° 5 de Saint-Pétersbourg publie une interview de lui. Lorsqu'on lui a demandé dans quel type de recherche scientifique il était actuellement engagé, le scientifique a répondu: "Ils visent exclusivement à confirmer la théorie que j'ai avancée l'année dernière, ou, plutôt, les tentatives, d'une compréhension chimique de l'éther mondial."

Quelle est cette théorie que nous connaissons si peu ?

DI Mendeleev a terminé son article "Une tentative de compréhension chimique de l'éther mondial" en octobre 1902, et l'a publié en janvier 1903 dans le n° 1-4 du "Bulletin and Library of Self-Education". En mai 1904, dans une lettre au célèbre astronome Simon Newcomb, il annonça qu'il allait écrire dans un proche avenir un article "sur les idées modernes sur la complexité des éléments chimiques et sur les électrons…"

Portrait de D. I. Mendeleev par I. N. Kramskoy. L'année est 1878. L'idée d'éther "chimique", qui, selon DI Mendeleev, est étroitement liée au tableau périodique des éléments, que le scientifique nourrit depuis les années 1870.

À propos de la complexité des éléments chimiques et des électrons - cela est compréhensible pour le lecteur moderne, mais l'éther mondial? Maintenant, même les écoliers savent que cette idée a été abandonnée par la science. C'est pourquoi, probablement, l'une des dernières œuvres de Mendeleev est très rarement commentée, pratiquement nulle part mentionnée, et il est généralement difficile de la retrouver. Dans de nombreuses bibliothèques scientifiques et pédagogiques des « Oeuvres » en plusieurs volumes de DI Mendeleev, il manque le volume 2, qui contient le chapitre « Tentative de compréhension chimique de l'éther mondial ». Parfois, on a même l'impression qu'ils essaient timidement d'effacer ce travail "curieux" de l'héritage du scientifique. Il semble que beaucoup pensent avec condescendance que le grand Mendeleev, dans sa vieillesse, a peut-être dépassé le niveau de sa compétence.

Mais ne sautons pas aux conclusions. DI Mendeleev a nourri cette théorie "embarrassante" pendant presque toute sa vie créative. Deux ans après la découverte du système périodique (Mendeleev n'avait pas encore 40 ans) sur une empreinte des "Fondements de la chimie" de sa main, près du symbole de l'hydrogène, une inscription a été faite, qui peut être déchiffrée comme suit: " L'éther est le plus léger de tous, des millions de fois." Apparemment, "l'éther" a semblé à Mendeleev être l'élément chimique le plus léger.

« Depuis les années 70, la question m'est restée intarissable: qu'est-ce que l'éther au sens chimique ? Il est étroitement lié au système périodique des éléments et en était excité en moi, mais c'est seulement maintenant que j'ose en parler. »

Ainsi, l'élément chimique de l'éther - l'élément de l'éther - l'atomicité de l'éther - la discrétion de l'éther. Ce n'est pas l'éther que la physique moderne a rejeté comme une béquille inutile. Ouvrons le dictionnaire:

"Ether (grec Aither - un hypothétique milieu matériel remplissant l'espace) … En physique classique, l'éther était compris comme un milieu homogène, mécanique et élastique remplissant l'espace newtonien absolu" (Dictionnaire philosophique / Ed. M. M. Rosenthal. - M., 1975).

Dans la définition classique de l'éther, l'accent est mis sur l'homogénéité ou la continuité. L'éther, dont parle Mendeleev, est constitué d'éléments, il est atomique, il est inhomogène, il est discontinu et discret. Il a une structure.

L'intérêt de Dmitry Ivanovich pour le problème de l'éther dans les années 1870 est étroitement lié au système périodique («c'est cela qui m'a excité en moi») et aux travaux ultérieurs sur l'étude des gaz. « Au début, je croyais aussi que l'éther est la somme des gaz les plus raréfiés à l'état limite. Les expériences ont été menées par moi à basse pression - pour obtenir des indices d'une réponse."

Mais ces travaux ne le satisfont pas: … l'idée de l'éther mondial comme raréfaction ultime des vapeurs et des gaz ne résiste pas même aux premiers accès de réflexion - du fait que l'éther ne peut être imaginé autrement que comme substance, pénétrant tout et partout; Ce n'est pas typique pour les vapeurs et les gaz ».

Le développement détaillé du "concept chimique de l'éther mondial" a commencé avec la découverte des gaz inertes. DI Mendeleev a prédit de nombreux éléments nouveaux, mais les gaz inertes étaient inattendus même pour lui. Il n'a pas immédiatement accepté cette découverte, non sans une lutte interne, et n'était pas d'accord avec la plupart des chimistes sur l'emplacement des gaz inertes dans le système périodique. Où doivent-ils être situés ? Les chimistes modernes diront sans hésiter: bien sûr, dans le groupe VIII. Et Mendeleev a catégoriquement insisté sur l'existence du groupe zéro. Les gaz inertes sont si différents des autres éléments qu'ils avaient une place quelque part sur le côté du système. Il semblait, quelle différence, sur le bord droit (groupe VIII) ou gauche (groupe zéro) ils seront. Cela nous semble complètement dépourvu de principes, surtout pour ces moments où ils ne connaissaient pas la structure électronique des atomes, bien que même maintenant, nous ne faisons que nous leurrer que nous savons. Mendeleev pensait différemment. Mettre les gaz inertes à droite, c'est obtenir toute une série de vides entre l'hydrogène et l'hélium. C'était un défi de chercher de nouveaux éléments entre l'hydrogène et l'hélium ! Peut-être existe-t-il un halogène plus léger que le fluor (Mendeleev a admis la probabilité de l'existence d'un tel halogène, en supposant que l'hélium est vraiment dans le groupe VIII) ou d'autres éléments légers entre l'hydrogène et l'hélium ? Ils ne sont pas là, donc la place des gaz inertes est à gauche, dans le groupe zéro ! De plus, leur valence est plus susceptible d'être nulle que VIII. Et le rapport quantitatif des poids atomiques indique sans ambiguïté la position des gaz inertes à gauche, au début de chaque rangée.

« Cette position des analogues de l'argon dans le groupe zéro est une conséquence strictement logique de la compréhension de la loi périodique », a affirmé DI Mendeleev.

À la suggestion de William Ramsay, Mendeleev inclut le groupe zéro dans le tableau périodique, laissant place à des éléments plus légers que l'hydrogène.

Il devient clair pourquoi Dmitry Ivanovich a insisté sur l'existence du groupe zéro; ses mentions d'un hypothétique halogène plus léger que le fluor sont compréhensibles; par conséquent, sa recherche d'un élément plus léger que l'hydrogène est même compréhensible, l'existence de laquelle il avait longtemps pensé: « Il ne m'est jamais venu à l'esprit qu'un certain nombre d'éléments devraient commencer par l'hydrogène. "Prier l'hydrogène de cette position initiale, qu'il a longtemps occupée, et le faire attendre des éléments avec encore moins que celui de l'hydrogène, le poids d'un atome, auquel j'ai toujours cru" - telles sont les pensées les plus intimes du scientifique, qu'il a caché jusqu'à ce que la loi périodique soit finalement approuvée, ne sera pas approuvée. « J'avais pensé qu'avant l'hydrogène on pouvait s'attendre à des éléments avec un poids atomique inférieur à 1, mais je n'ai pas osé m'exprimer dans ce sens à cause de la bonne aventure de l'hypothèse et surtout parce qu'alors je faisais attention à ne pas gâcher l'impression du nouveau système proposé, si son apparition sera accompagnée d'hypothèses telles que sur les éléments les plus légers que l'hydrogène."

Précisément dans le système à groupe zéro qu'il a défendu, qui a été proposé pour la première fois par le scientifique belge Leo Herrera en 1900 lors d'une réunion de l'Académie royale des sciences de Belgique (Académie royale de Belgique), l'hydrogène peut ne pas sembler être le premier, puisqu'il apparaît inévitablement devant lui un espace libre pour un élément ultraléger - peut-être s'agit-il de « l'élément éther » ?

« Maintenant, lorsqu'il a commencé à ne pas être soumis au moindre doute qu'avant le groupe I, dans lequel l'hydrogène doit être placé, il y a un groupe zéro, dont les représentants ont des poids atomiques inférieurs à ceux des éléments du groupe I, il me semble impossible nier l'existence d'éléments plus légers que l'hydrogène », a écrit Dmitry Ivanovich.

Dans la loi qu'il a découverte, Mendeleev essaie de comprendre du point de vue physique la nature de la masse comme caractéristique principale de la matière. Découvrant les fondements physiques de la gravitation (sur combien d'efforts et de temps il a consacré à ce problème, nous en savons aussi peu), étroitement liés au concept de l'éther du monde en tant que milieu "transmetteur", il recherche l'élément le plus léger. Cependant, les résultats des expériences des années 1870, qui se résumaient à prouver que « l'éther est la somme des gaz les plus rares », ne satisfont pas Mendeleev. Pendant un certain temps, il a arrêté ses recherches dans cette direction, n'a écrit nulle part, mais, apparemment, ne les a jamais oubliés.

A la fin de sa vie, à la recherche de réponses aux questions concernant les propriétés profondes de la matière, il se tourne à nouveau vers "l'éther du monde", à l'aide duquel il tente de pénétrer dans la nature du concept de base des sciences naturelles en le 19e siècle (et même le 20e, voire le 21e siècles) - des masses, ainsi que pour expliquer les nouvelles découvertes et, surtout, la radioactivité. L'idée principale de Mendeleev est la suivante: « Une véritable compréhension de l'éther ne peut être obtenue en ignorant sa chimie et en ne le considérant pas comme une substance élémentaire; les substances élémentaires sont désormais inconcevables sans la subordination de leur légitimité périodique. » Décrivant l'éther mondial, Mendeleev le considère, « premièrement, le plus léger de tous les éléments, à la fois en densité et en poids atomique, deuxièmement, le gaz se déplaçant le plus rapidement, et troisièmement, le moins capable de se former avec d'autres atomes ou particules d'une certaine force. composés et, quatrièmement, un élément qui est partout répandu et omniprésent."

Le poids d'un atome de cet élément hypothétique X, selon les calculs de Mendeleev, peut aller de 5,3 × 10^-11 jusqu'à 9,6 × 10^-7 (si le poids atomique de H est 1). Pour estimer la masse d'un élément hypothétique, il s'appuie sur des connaissances du domaine de la mécanique et de l'astronomie. L'élément X a reçu sa place dans le tableau périodique dans la période zéro du groupe zéro, en tant qu'analogue le plus léger des gaz inertes. (Mendeleev appelle cet élément "Newtonium".) De plus, Dmitry Ivanovich a admis l'existence d'un autre élément plus léger que l'hydrogène - l'élément Y, le coronium (probablement les raies du coronium ont été enregistrées dans le spectre de la couronne solaire pendant l'éclipse de la Soleil en 1869; la découverte de l'hélium sur Terre a permis de considérer l'existence de cet élément comme réelle). Dans le même temps, Mendeleev a souligné à plusieurs reprises la nature hypothétique des éléments X et Y et ne les a pas inclus dans les tableaux d'éléments des 7e et 8e éditions de Fundamentals of Chemistry.

L'exactitude et la responsabilité scientifiques dans les travaux de Mendeleev n'ont pas besoin de commentaires. Mais, on le voit, si la logique de la recherche l'exigeait, il avançait hardiment les hypothèses les plus insolites. Toutes les prédictions faites par lui sur la base de la loi périodique (l'existence de 12 éléments inconnus à cette époque, ainsi que la correction des masses atomiques des éléments), ont été brillamment confirmées.

Quand j'ai appliqué la loi périodique aux analogues du bore, de l'aluminium et du silicium, j'avais 33 ans de moins, j'étais pleinement convaincu que tôt ou tard ce qui était prévu devait certainement être justifié, car tout était clairement visible pour moi. L'excuse est venue plus tôt que je n'aurais pu l'espérer. Alors je ne l'ai pas risqué, maintenant je le risque. Il faut de la détermination. C'est venu quand j'ai vu des phénomènes radioactifs… et quand j'ai réalisé qu'il ne m'était plus possible de reporter et que peut-être mes pensées imparfaites conduiraient quelqu'un sur une voie plus correcte que celle possible, ce qui semble à ma vision affaiblie.

Alors, est-ce la première erreur majeure, peut-être même une profonde illusion d'un grand scientifique, comme beaucoup le croient maintenant, ou juste une regrettable incompréhension du génie par ses étudiants handicapés ?

Au début du 20ème siècle, non seulement Mendeleev, mais aussi de nombreux physiciens et chimistes croyaient à l'existence de "l'éther". Cependant, après la création de la théorie de la relativité restreinte et générale par Albert Einstein, cette croyance a commencé à s'estomper. Il est généralement admis qu'à partir des années 1930, le problème de "l'éther" n'existait plus et que la question des éléments plus légers que l'hydrogène a disparu d'elle-même. Mais, encore une fois, le problème de l'éther classique, l'éther homogène a disparu, mais l'éther structurel (l'éther de Mendeleïev) est bien vivant, seulement il s'appelle maintenant le vide structurel ou le vide physique de Dirac. La question n'est donc que terminologique.

Revenons aux éléments plus légers que l'hydrogène. Tout chimiste connaît les séries homologues et le comportement de leurs premiers membres, surtout les premiers. Le premier est toujours spécial. Il se démarque toujours fortement du rang général. L'hydrogène est placé dans les deux groupes I et VII (il est quelque peu similaire à la fois aux métaux alcalins et aux halogènes). Alors, l'hydrogène n'est pas comme le premier… A la recherche des éléments réels de la période zéro, on se retrouve dans un tout autre monde, et il semble que ce soit le monde des particules élémentaires.

La compréhension de la chimie en tant que science des changements qualitatifs, selon de nombreux chercheurs, se manifeste le plus clairement dans le tableau périodique, et au tout début du système, elle est tout simplement éblouissante. « Les corps simples les plus courants dans la nature ont un faible poids atomique et tous les éléments de faible poids atomique se caractérisent par la netteté des propriétés. Ce sont donc des éléments typiques ", et à mesure que l'on approche du " point zéro ", des sauts qualitatifs fantastiques " brusques " devraient se produire, ce qui découle de sa nature singulière, puisque " … ici n'est pas seulement le bord du système, mais aussi des éléments typiques, et donc on peut s'attendre à de l'originalité et des particularités."

On parle souvent de la nature fondamentale de la loi périodique, mais il semble que nous ne comprenions pas vraiment cela. Répétons Mendeleev: « L'essence des concepts qui causent la loi périodique réside dans le principe physico-chimique général de correspondance, de transformabilité et d'équivalence des forces de la nature.

L'entrée faite par la main de DI Mendeleev sur la page avec le système périodique de 1871 dans son manuel "Les fondamentaux de la chimie" en 1871, stockée dans les archives du scientifique: "L'éther est le plus léger de tous, un million de fois."

En conclusion, je voudrais citer les paroles de Dmitry Ivanovich:

"Je regarde ma tentative loin d'être complète de comprendre la nature de l'éther du monde d'un point de vue vraiment chimique, rien de plus qu'une expression de la somme des impressions accumulées en moi, échappant uniquement pour la raison que je ne veux pas les pensées inspirées par la réalité à disparaître. Il est probable que des pensées similaires se soient produites à beaucoup, mais jusqu'à ce qu'elles soient énoncées, elles disparaissent facilement et souvent et ne se développent pas, n'impliquent pas une accumulation progressive de certitude, qui seule subsiste. S'ils contiennent au moins une partie de la vérité naturelle que nous recherchons tous, ma tentative n'est pas vaine, elle sera élaborée, complétée et corrigée, et si ma pensée est erronée dans ses fondements, sa présentation, après un ou un autre type de réfutation, empêchera les autres de répéter. Je ne connais pas d'autre moyen pour un mouvement lent mais régulier vers l'avant."

VIDE PHYSIQUE - dans la vision moderne, l'état fondamental des champs quantifiés, une sorte de milieu sans charge électrique, quantité de mouvement, moment angulaire et autres nombres quantiques. Les champs ont une énergie minimale, mais ils sont sujets à des fluctuations de grande amplitude. L'émergence des idées quantiques a conduit à la création d'une image universelle d'une structure unique de la matière. Au lieu des champs et des particules de la physique classique, ils considèrent désormais des objets physiques uniques - des champs quantiques dans l'espace-temps à quatre dimensions, un pour chaque champ "classique" (électrique, magnétique, etc.) et pour chaque type de particules. Par exemple, le vide de Dirac est un champ de particules de spin ½ (électrons, positons, muons, quarks, etc.). Chaque interaction unique de particules ou de champs est le résultat de l'échange de quanta de ces champs en un point de l'espace-temps. De certains points de vue, le vide physique manifeste les propriétés de l'environnement matériel, donnant des raisons de le considérer comme « l'éther moderne ».

D. Mendeleïev. Une tentative de compréhension chimique de l'éther. 1905.pdf Fondements de la chimie. Partie un. 1949. Mendeleev D. I.djvu Fondements de la chimie. Deuxième partie. 1949. Mendeleev D. I.djvu Articles sur le sujet:

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