Диалектика природы и естествознания - [30]

Периодическая система химических элементов Менделеева переносит идею о сходстве ряда объектов со сложных химических соединений на элементы. Как известно, в таблице Менделеева каждый элемент занимает свое место в системе. Оно определяет его отношение ко всем остальным элементам, а следовательно, все его химические свойства и свойства образуемых им соединений. В конечном счете периодическая система отражает те аналогии, которые существуют в природе между элементами. В основе периодической системы Менделеева и периодического закона лежит представление о единстве всех элементов. В таблице каждый элемент расположен так, что находится в точке пересечения большого числа рядов элементов — аналогов. Это могут быть аналоги по вертикали (главные и дополнительные подгруппы), по горизонтали (ряды), по нескольким диагоналям. Вся система аналогий тесно связана, что позволяет объединить в непрерывную цепь закономерностей любую пару элементов. Таким образом, периодическая система есть реальное отражение идеи единства материального мира[88].

Другой важной диалектической идеей является тесная связь количественных изменений по рядам и группам системы. В зависимости от направления (или сечения) их рассмотрения в таблице характер накопления количественных изменений, приводящий к качественному скачку, будет различен. Однако во всех случаях закон перехода количественных изменений в качественные проявляется со всей определенностью.

Система элементов Менделеева позволила не только предсказать новые элементы и соединения, но и, главное, поставила вопрос о строении самих атомов. Действительно, если положение сложных соединений (например, гомологов) в ряду определяется химическим строением их молекул, то естественно предположить, что место элемента в системе также должно определяться строением атома. Однако знание тех физических свойств веществ, на которые опирается атомно-молекулярная теория, т. е. объема и веса, недостаточно для установления внутреннего строения атома. Здесь теоретическая картина, основывающаяся на механических параметрах, должна быть дополнена данными, заимствованными из других областей физики — электродинамики и квантовой механики.

Сказанное подтверждает известное положение диалектического материализма о разнообразии форм движущейся материи. Возражая против упрощенного, метафизического понимания материализма, В. И. Ленин отмечал: «Это, конечно, сплошной вздор, будто материализм утверждал… обязательно „механическую“, а не электромагнитную, не какую-нибудь еще неизмеримо более сложную картину мира, как движущейся материи»[89].

Как известно, первоначально место элемента в системе Менделеева определялось атомным весом. Однако связь этой величины со всем комплексом химических свойств была не ясна, и сам Менделеев, а также его последователи продолжали искать более глубокие свойства атомов, непосредственно определяющие его химические параметры. Эти свойства были найдены при анализе атомных спектров. В начале XX в. частоты колебаний в спектрах атомов были сопоставлены с орбитами электронов, вращающихся вокруг ядра атома. Так возникла первая модель структуры атома Н. Бора, причем заряд ядра был отождествлен с порядковым номером элемента в системе. В дальнейшем квантовая механика позволила уточнить и дополнить теорию строения атома. В результате многообразные отношения, существующие между элементами в системе Менделеева, получили теоретическое обоснование. Сходство или различие свойств удалось связать с числом электронов на определенных орбитах, симметрией орбит, их удаленностью от ядра и энергией связи с ядром. В результате возникла электронная теория строения материи, представляющая собой основу не только учения о строении атомов и молекул, но и теории химических превращений.

3. Единство структуры и процессов в химии. Проблема эволюции вещества в природе

Анализ эволюции развития химической формы движения материи предполагает предварительное рассмотрение ее функционирования и строения, т. е. исследование системно-структурных отношений. В современной химии теория строения вещества опирается на квантовую механику, химический аспект которой называется квантовой химией. Последняя обладает развитым логическим аппаратом, в принципе способным охватить и качественно, а отчасти и количественно описать свойства всех химических систем. Электронное строение как способ описания химических соединений средствами квантовой механики, не отрицая данных классической теории, существенно дополняет их. Кроме возможности описать разнообразие химических связей электронное строение позволяет понять и предвидеть свойства и структуру большого числа систем, которые вообще нельзя описать при помощи классической теории. Это относится к системе с делокализацией электронов в пространстве как одной молекулы, так и целого кристалла.

Квантовая химия является теоретическим ядром современной химии. Однако серьезные математические трудности, связанные с расчетом сложных соединений, не позволяют распространить ее на весь материал химии. Построение количественной теории химических связей кажется пока делом отдаленного будущего. Тем не менее качественное описание химических систем, которое дает квантовая механика, оказывается вполне адекватным. В основе его лежит