Переход количества в качество как основа химических законов.

Грибанов Василий

Ничто не происходит без достаточного основания
Михаил Васильевич Ломоносов

В неорганической химии ЗПКИК в полной мере отразился в периодическом законе Д.И.Менделеева. Причем если первоначально, периодический закон рассматривался Менделеевым как следствие увеличения атомного веса элемента, то в 30-ые годы ХХ века была найдена его физическая основа. Таким образом, ЗПКИК не является простой закономерностью, но и не является фундаментальным законом, и в каждом конкретном случае имеет своё обоснование.

В случае с периодическим законом, найденная закономерность объясняется на субатомном уровне. Сейчас о строении атома известно очень много: он состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны, и из вращающихся вокруг него электронов. Когда стало ясно, что во многих химических реакциях происходит перемещение электронов, стало понятным, что химические свойства атома химического элемента связаны с электронами. Иными словами, количество электронов и определяет свойства того или иного элемента. И, несмотря на то, что в свойствах элементов наблюдается довольно четкая закономерность (они периодически повторяются), увеличение числа протонов и нейтронов, происходящее с увеличением атомного номера элемента, также вносит свой весомый вклад в химию элемента, и нарушает четкие закономерности периодического закона. Элементы аналоги довольно сильно отличаются друг от друга. Рассмотрим на конкретном примере, пройдемся по группам элементов.

Первая группа: водород - бесцветный газ, литий - металл серебристого цвета. Вторая группа: бериллий - переходный элемент (его соединения проявляют как кислотные, так и основные свойства), магний - типичный металл. Третья группа: бор - неметалл, алюминий - один из самых распространенных металлов в технике. Четвертая группа: углерод - основа всех органических соединений и основа всего живого, кремний, наоборот, входит в состав силикатов - природных минералов. Пятая группа: азот - газообразное вещество, азотная кислота - одна из самых сильных, фосфор - твердое вещество, фосфорные кислоты - слабые или средней силы. Шестая группа... стоит ли продолжать.

Конечно, простым увеличением атомного номера всего происходящего не объяснить, однако в целом, очевидно, что изменение свойств элементов с изменением атомного номера можно связать с ЗПКИК.

Перемещаемся на более высокий уровень организации материи - молекулярный. Здесь связь свойств веществ с ЗПКИК наиболее наглядно можно рассмотреть на примере органической химии. Один из основных законов, или свод законов этой области был сформулирован нашим соотечественником А.М. Бутлеровым в 1861 г. "Теория химического строения" Бутлерова гласит:

1. Свойства веществ зависят как от качественного, так и от количественного состава веществ.
2. Свойства веществ зависят не только от количественного и качественного состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле.

Для нас сейчас важен именно первый пункт, который также имеет прекрасное физическое объяснение. Здесь следует учитывать, что с изменением количественного состава в ряду гомологов (веществ принадлежащих к одному классу веществ и имеющих сходное строение, но отличающиеся числом атомов в составе молекул) физические свойства изменяются, как правило, в значительно большей степени, чем химические. С увеличением числа атомов в молекулах, их масса увеличивается. Соответственно, меняются и физические свойства: происходят изменения в агрегатном состоянии "газ - жидкость - твердое тело", повышаются температуры кипения и плавления. Молекулы становятся тяжелее.

Следующий уровень - межмолекулярный. Многие химики знают, что формально как капля воды, так и целый океан могут рассматриваться как одна единая молекула. Связано это с тем, что в структуре жидкой воды имеются межмолекулярные, т.н. "водородные" связи. В результате, все молекулы в капле воды оказываются связанными воедино, при этом повышаются все физические константы вещества. Теоретиками было подсчитано, что если бы в структуре воды не было бы "водородных" связей, то вода имела бы точку кипения -800С и на земле не было бы жидкой воды, а, следовательно, и условий для возникновения жизни. К такому же выводу можно прийти и используя метод аналогий. Ближайшим (с химической точки зрения химии) аналогом воды является сероводород H2S. Ранее было сказано, что с увеличением массы молекулы, повышаются температуры кипения и плавления. Тем не менее, сероводород при обычных условиях газ (с довольно неприятным запахом - пахнет тухлыми яйцами), а вода жидкость. Этот факт перестанет быть парадоксальным, если мы примем во внимание то, что в сероводороде нет водородных связей (опять-таки отклонение от периодического закона, рассмотренное ранее).

Таким образом, очевидна закономерность перехода количества в качество и её важная роль в природе (три рассмотренных примера являются, несомненно, ключевыми в нашей жизни и в возникновении её как таковой). Но все-таки, что такое ЗПКИК - фундаментальный закон природы или следствие её других законов. Мне ЗПКИК представляется следствием других законов, и очень ярким свидетельством того, как в природе все связано. Тем не менее, я полагаю, что ЗПКИК можно и нужно рассматривать как закон, но в первую очередь как закон статистический.

P/S/ mailto: vasyagribanov@yandex.ru URL: http:\\chemworld.narod.ru