Красота сияние истины (Исаак Подольный) / Проза.ру

И. А. ПОДОЛЬНЫЙ
Б. Ю. ПОДОЛЬНЫЙ

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
В ЕДИНОЙ НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА

5 стр.246 строк.

            1. НА ПУТЯХ К ЕДИНОЙ НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МИРА

      "Как прекрасно почувствовать единство целого комплекса явлений, которые при непосредственном восприятии казались разрозненными!"
            А. Эйнштейн

      Изучение законов природы и формирование в сознании учеников ЕДИНОЙ НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА требует особого учительского внимания. Однако методика такой работы остается менее других разработанной как в содержательном плане, так и в плане педагогических технологий. У разных авторов понятие "Единая картина мира" имеет разную смысловую нагрузку. Кто-то считает, что это метафора, кто-то даже говорит, что подобное понятие не имеет права на существование… Но для учителя принципиально важно знать, куда мы «ведем» учащегося.
   Определение, которое мы попытаемся дать, возможно, покажется слишком упрощенным и лишенным тонких философских категорий, но, на наш взгляд, именно оно в условиях неполноты знаний учащихся по каждой конкретной дисциплине, в объемах информации, очерченных школьными программами, наиболее отвечает целям и задачам школьного воспитания.
Итак, под единой научной картиной мира мы понимаем систему взглядов на мир в целом, основанную на доступных для учащихся современных научных воззрениях, и отражающую мир в достаточной полноте его проявлений.
Пожалуй, главная смысловая нагрузка в этом определении ложится на понятия "единая", "система" и "полнота проявлений". Действительно, багажа любой отдельно взятой науки ни сегодня, ни в будущем не хватит для исчерпывающего описания мира. Знание отдельных предметов может формировать лишь фрагментарную картину мира. Но и простой алгебраической суммы знаний всех наук для этих целей всегда будет мало. Как говорят физики, спектр знаний и в этом случае будет фрагментарным, разорванным черными фраунгоферовскими линиями.
Мир - бесконечен. Потому и процесс познания мира - бесконечен. Но Мир - познаваем, познаваем в рамках тех представлений о нем, которые накопило человечество на данный исторический момент.
      Мир есть сложная система, а свойства целостной системы сложнее и многообразнее свойств отдельно взятых элементов. С другой стороны, выпадение любого элемента из системы сказывается на ее целостных свойствах. Описание любой сложной системы представляет собой операции с информацией, накопленной жизненной практикой и научными исследованиями.
         Учитель должен обучить школьника пониманию основ методологии научного мышления: методам анализа и синтеза информации в описании природных явлений, умению пользоваться приобретаемыми знаниями для решения проблемных ситуаций.
         Ученик должен научиться пользоваться понятийным аппаратом смежных наук, переносить научные идеи и представления из одних областей знания в другие. Именно на основе естественнонаучных и методологических знаний, на основе общей философской культуры в рамках доступной для школьников информации должна "синтезироваться" ЕДИНАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА.
Дидактическим условием и, в то же время, средством глубокого и всестороннего усвоения основ наук в школе являются межпредметные связи информационного и методологического характера. Но формирования единой картины в сознании учащихся нельзя достичь только раскрытием межпредметных связей. В объемах информации отдельных предметных программ важно реализовать на практике ПРИНЦИПЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА новых обобщенных представлений о мире.
         Основным лозунгом физической картины мира, формировавшейся со времен Ньютона, являлась максима "ВСЕЛЕННАЯ В ОСНОВЕ СВОЕЙ ПРОСТА". Однако после известных опытов по сложению электронных пучков и установления Гейзенбергом принципа неопределенности эта картина перестала претендовать на полноту описания даже мира физических явлений, не говоря уже о свойствах живой материи. Одновременно с этим пришло осознание того, что мир сложен, и вряд ли какой либо одной из классических наук удастся создать его стройную картину. Стало понятно, что необходимо анализировать связи, возникающие между объектами и методами изучения разных отраслей знаний, и на этой основе синтезировать новые научные представления.
   Известный лозунг "Природа на факультеты не делится" сам по себе уже требует интеграции естественных наук на уровне объектов изучения. Именно с этой точки зрения каждый преподаватель должен быть широко образованным ЕСТЕСТВОИСПЫТАТЕЛЕМ. Подобная исходная позиция, вероятно, определяет существующее в ряде стран мира положение, когда на уровне школы все естественные науки преподает один учитель. Такой учитель должен отличаться энциклопедичностью знаний, широтой взглядов и умений и, конечно, общей и философской культурой.
   Взаимопроникновение наук на уровне объектов исследования является знамением времени. Однако именно на этом уровне все еще сохраняется угроза, о которой говорил Вернер Гейзенберг. Он считал, что известные достоинства специализации исследований достаются, как правило, дорогой ценой - путем отказа от изучения механизмов взаимосвязей и отношений между разнородными явлениями природы и общества. Но именно эти явления, эти отношения играют ключевую роль в экологии, в определении лика Земли и ее будущего.
      Для учителей естествознания, вероятно, небезынтересно будет познакомиться с мнением академика М.А. Садовского относительно проблем современной геофизики. Он пишет: "...геофизика испытывает крайнюю нужду в ученых широкого профиля, т.к. большинство из нас - узкие специалисты, которые способны совершать лишь ограниченное число операций у геофизического конвейера и не могут существенно изменить ход этого конвейера, охватить процесс развития геофизики в целом. Причины такого положения заключаются в несоответствии между исторически сложившимися методами геофизики и количеством и качеством (точностью) геофизической информации, поступающей ныне в распоряжение исследователя.
   Еще недавно... уровень геофизических знаний, а также точность и количество материала наблюдений позволяли для первых представлений о строении Земли ограничиваться сравнительно простыми и достаточно общими методами анализа. По мере развития наших знаний методы анализа приспосабливались к решению только определенных узких вопросов. Такая специализация, как правило, основанная на упрощении условий задач, привела к чрезвычайной дифференциации геофизики по методическому, аппаратному признаку. Ученые забыли основные проблемы своей науки и занялись частными. Между тем, эти основные проблемы, как правило, комплексны и требуют для своего решения использования данных о широком круге процессов, протекающих на Земле.
   Геофизическое разноязычие приводит к несопоставимости частных результатов и, следовательно, к невозможности их обобщения... Поэтому все чаще раздаются голоса, указывающие на необходимость такой перестройки методической основы геофизики, которая бы не сближала, а не разъединяла отдельные направления науки...
   Совместное использование в анализе даже мало точных данных различной природы оказывается более выгодным, и эффективным, чем повышение точности какой-либо однородной группы данных... Меняя базис, мы неизбежно должны перестроить и всю систему геофизической науки, начиная с методов получения первичной информации".
      Описание структуры и принципов функционирования сложных систем - технических, биологических и социальных невозможно без использования понятия ЦЕЛИ развития, отсутствующего в классической физике и физической картине мира.
   В отличие от механики, кибернетика исходит из принципа "МИР УСТРОЕН СЛОЖНО", по крайней мере, сложно устроены некоторые его системы, являющиеся предметом кибернетического изучения.
      Методологическое противоречие принципов "МИР УСТРОЕН ПРОСТО" и "МИР УСТРОЕН СЛОЖНО" потребовало логического разрешения через возникновение ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ. Фундаментальное отличие воззрений на эволюцию окружающего мира в рамках этой теории заключается в признании наличия ЦЕЛЕЙ эволюции.
      Хотя общая теория систем родилась относительно недавно, путь к ней начался с первых естественных классификаций множеств природных объектов: растений, живых организмов, клеток, химических элементов, элементарных частиц и т.д. Поэтому для учащихся разрешение проблемных ситуаций классификации объектов науки может и должно стать школой работы с научной информацией, школой научного мышления, ступенью к общей теории систем.
      Одной из первых возникших в науке естественных систем была периодическая система Д. И. Менделеева, которая привела к открытию фундаментального закона природы - периодического закона. И именно на основе менделеевского учения и его связей с другими науками мы попытаемся раскрыть некоторые шаги на пути формирования в сознании учащихся единой научной картины мира.


2 . МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ.

"Ученик должен понимать, что любая математическая теорема, физический или химический закон, техническое изобретение, картина той или иной исторической эпохи - все это возникло у людей, как результат их жизненных порывов к истине и человеческому счастью, как следствие их стремления найти приют в бесконечных исканиях на просторах человеческой мудрости".
            А.Ф. Лосев

      Итак, мы обсудили вопрос о необходимости формирования в сознании учащихся единой научной картины мира. Действительно, межпредметные связи - важный и необходимый шаг в этом направлении, но, явно, недостаточный. Главным шагом должен стать педагогический синтез. Педагогическая практика нынче весьма продвинута в процессах педагогического анализа (анализ планов, уроков, анализ содержания, анализ знаний, успеваемости, наконец, дисциплины). Однако гораздо реже она ставит перед собой задачи педагогического синтеза.
   Формирование новых знаний во всех науках, как правило, начинается с формулировки проблемной ситуации и поиска методов ее разрешений в рамках накопленного информационного ресурса. Синтез новых естественнонаучных представлений идет с применением неких общих методов моделирования, мысленного и натурного эксперимента и математического описания результатов. Весьма важно, чтобы и школьники, и учителя совместно смогли поучаствовать в этом процессе, почувствовав всю красоту научного творчества. Мы предлагаем рассмотреть процесс научного творчества на примере истории создания периодической системы и открытия периодического закона. Вряд ли в цикле естественнонаучных дисциплин в школе найдется более подходящий для этих целей материал. И вряд ли есть для того более удобное время, чем уроки обобщающего повторения в выпускных классах.
   В Х1Х веке во многих науках сложилась довольно типичная для своего времени ситуация. Буквально, катастрофически увеличилась скорость накопления естественнонаучной информации. Это можно подтвердить данными из истории химии. В ХШ веке человек использовал только 18 химических элементов. За последующие 500 лет были открыты всего 11 элементов. Для открытия еще 18-ти потребовалось уже только 50 лет, а к середине Х1Х века число известных химических элементов перевалило за шестьдесят. Число же известных химических соединений росло в это время чуть ли не в геометрической прогрессии. В исследованиях коллоидов, комплексных соединений, полимеров и биохимии открылись принципиально новые химические миры.
   Аналогичное положение создалось и в биологических науках, где количество известных видов растительного и животного мира росло невиданными темпами. Создание микроскопа позволило увидеть ранее неизвестные и необъятные миры микроорганизмов.
   Стремительный рост объема научной информации создал общую для всего естествознания проблемную ситуацию. Прежде всего, необходимо было упорядочить множества объектов, изучаемых каждой наукой, т.е., выражаясь другим языком, создать их классификации.
   Но задача классификации не может быть главной. Гораздо важнее найти те объективные законы, которые связывают воедино объекты наук и объясняют их генетические взаимоотношения. Именно на этом пути классификация является первым, но абсолютно необходимым шагом.
   На примере классификации химических элементов попробуем проанализировать эти процессы в терминах современной науки информатики. Совокупность известных элементов в Х1Х веке представляла с точки зрения математики некоторое нечетко описанное множество, т.к. сам список элементов был неполным, а для известных параметры были определены не всегда достаточно достоверно.
   Всякое множество может быть описано на трех уровнях: семантическом, структурном и параметрическом. Семантический уровень - это словесное описание множества. Такие описания в терминах "больше" или "меньше", "сходные" и "различающиеся" часто встречаются в школьных учебниках и научно-популярных текстах. При всей "приблизительности" подобного описания семантическая система дает возможность с достаточной полнотой сформулировать проблемную ситуацию, высказать некоторые предположения об источниках имеющихся противоречий и даже выдвинуть научные гипотезы. Любая гипотеза в дальнейшем требует экспериментальной проверки.
   Более строгим методом описания множества является его структурирование. Примерами такого структурного описания являются таблицы, графики, сети, отражающие конкретные характеристики объектов, принадлежащих данному множеству. Они дают основания более наглядно представить генетические связи между элементами множеств.
   Наконец, параметрические описания основываются на точных данных об объектах множества и выражаются в виде функциональных математических зависимостей, раскрывающих причинно-следственные связи, и тем самым разрешающих проблемную ситуацию.

      Для упорядочения множеств наука пользуется методом последовательного наложения ограничений на эти множества. В принципе, такими ограничениями могут быть выбраны любые характеристики объектов. Так, для параметрического описания множества химических элементов можно выбрать атомный вес (массу), атомные или ионные радиусы, типичные валентности в высших оксидах и водородных соединениях. При этом может возникать сеть многоальтернативных вероятностных подсистем.
   Важнейшим в процессе упорядочения множеств является не только то, какие параметры выбраны в качестве ограничений, но и в какой последовательности они налагаются на множество. В этом случае возникает дерево альтернативных решений, из которых верным решением проблемной ситуации может быть выбрано лишь одно. А классификация объектов становится тем ближе к естественной, чем более фундаментальные свойства объектов классификации выбираются в качестве ограничений, и чем более логично накладываются они на систему.
   Проверка и выбор наиболее достоверного варианта вероятностных альтернатив идет путем проведения мысленного, модельного или натурного эксперимента. Только таким путем можно выйти на классификацию множеств, называемую естественной. Во всех других случаях классификации остаются искусственными и не отражают суть законов, управляющих миром. Так, например, в биологии долиннеевские классификации оставались искусственными, поскольку принимали за основу систематизации лишь внешние признаки объектов.
   Иногда процессы упорядочения множеств называют комбинаторикой. Выдающийся немецкий писатель и мыслитель Эрнст Юнг, умерший совсем недавно в возрасте 103 лет, очень образно писал: "… Способность к комбинаторному, то есть к соединительному мышлению отличается от способности просто логически мыслить (и не больше) тем, что в центре внимания постоянно остается главное, общее, и человек не теряется в отдельных деталях…
…Оно (комбинаторное мышление)… владеет приемами высшей математики, умеет умножать, извлекать корень и находить потенциал там, где обычное искусство арифметики довольствуется простым сложением величин…"
   Следует еще принимать во внимание тот факт, что параметры некоторых членов множества на конкретном этапе могут быть ошибочно определенными, а выбранные модельные представления могут оказаться неадекватными. И тогда вступают в силу экспертные суждения наиболее продвинутых в данном вопросе специалистов. Их суждения, как правило, основываются либо на дополнительном информационном ресурсе, остающемся до тех пор вне поля зрения специалистов, либо на интуитивной основе.

   Два примера из недавней истории науки помогут понять суть последнего тезиса.
   Когда И.В. Курчатов принимал те или иные решения в проблемных ситуациях наших ядерных исследований, он один располагал дополнительным ресурсом информации, доставлявшейся нашей разведкой. Это позволяло проверять и перепроверять точность принимаемых научных решений. Сам этот факт ничуть не умаляет научных заслуг И.В. Курчатова, поскольку ему часто приходилось в равной мере подвергать экспертизе не только нашу, но и зарубежную научную информацию.
   С другой стороны, когда готовился полет на Луну первых наших луноходов, не было ясных представлений о характере лунной поверхности. Поэтому готовились две альтернативные программы: одна исходила из модели твердой поверхности Луны, вторая группа готовила проект посадки на поверхность, покрытую толстым слоем космической пыли. И никакой дополнительной достоверной информации о характере лунной поверхности нельзя было получить заранее. В этой ситуации академик С.П. Королев принял чисто интуитивное экспертное решение. "Поверхность Луны твердая! - сказал он, - все остальные разработки закрываются". Так появился на свет многоколесный луноход академика Г.Н. Бабакина, первым совершивший длительные путешествия по Луне.
   Особо нужно остановиться на проблеме операций с теми множествами, информация о которых неполная. Понятно, что это создает значительные сложности в классификации. Однако неполнота информации - типичная проблема для всех наук и на всех стадиях их развития. Эта неполнота не только не может остановить развитие наук, но, наоборот, стимулирует новые исследования. Любая научная работа всегда направлена на поиск недостающей информации. Основатели кибернетики Норберт Винер и Луи Бриллюэн называл эту науку наукой об управлении в условиях недостаточной информации. Не такая ли "кибернетическая" задача стояла перед Д.И. Менделеевым, когда он взялся за систематизацию множества химических элементов?
   Есть еще один аспект в обсуждении общих подходов к классификации любых множеств. Он отражает образ мышления естествоиспытателей, занимающихся этой проблемой. Большинство ученых на ранних стадиях исследований ограничивались поиском и сравнением сходных членов множеств. Так в химических классификациях выделялись сочетания (подмножества) из трех, четырех, а иногда и большего числа сходных элементов. Так появились группы щелочных, щелочноземельных металлов, галогенов и т.д. Философский принцип единства сходных элементов подтверждался фактами неоспоримыми.
Гораздо более сложным оставался вопрос поиска единства противоположностей внутри исследуемого множества. Успех Д.И. Менделеева в систематизации химических элементов был предопределен именно тем, что он, во-первых, с самого начала был нацелен на поиск единства противоположностей. Во-вторых, с химической стороны этот успех определялся правильностью и полнотой выбора ограничительных критериев. А если оценивать логико-математическую сторону исследования Менделеева, то он выбрал единственно верную последовательность наложения ограничений на множество химических элементов. Все это позволило ему шагнуть дальше чисто классификационных целей, не только создать новую периодическую систему, но и открыть фундаментальный закон природы - периодический закон.
         Именно так в естественных науках осуществляется синтез новых знаний из накопленной предыдущими поколениями информации. Так в педагогическом процессе из учебной информации должны синтезироваться элементы единой научной картины мира.

3. ДОРОГА К МЕНДЕЛЕЕВСКОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
Краткий исторический обзор

…Будем надеяться, что при взгляде на прошлое молодые химики будут черпать для себя наставление для того, чтобы работать с большей пользой для будущего.
            А.М. Бутлеров

   Попытки систематизации химических элементов и их соединений предпринимались давно. Так родилось деление элементов на металлы и неметаллы. В основе его лежало сравнение физических свойств элементов. Достаточно вспомнить определение, данное металлам еще М.В. Ломоносовым: "Металл - светлое тело, кое ковать можно". Такое деление в практических целях сохранилось и до сих пор.
   Первая попытка создания системы элементов, точнее - системы простых тел, была предпринята Антуаном Лораном Лавуазье в "Элементарном курсе химии". Эта "Таблица простых тел" представляла перечень 23 простых тел, 3 радикалов кислот, 5 "земель" и двух "невесомых" флюидов, сгруппированных в 4 группы по признакам сходства химических свойств. Лавуазье не отличал простые тела от элементов. Он писал: "Все, что можно сказать о числе и природе элементов, по моему мнению, сводится к чисто метафизическим спорам: это неопределенные задачи, допускающие бесчисленное множество решений, из которых, по всей вероятности, ни одно в частности не согласуется с природой…".
      Весьма важным моментом в химии стало создание Джоном Дальтоном атомистической теории и введение в 1810 году понятия об атомном весе и химическом эквиваленте. Хотя атомно-молекулярное учение окончательно победило на химическом съезде в Карлсруэ в 1860 году, но фактически вплоть до менделеевских "Основ химии" продолжалось смешение понятий "элемент" и "простое вещество".
   Сравнение свойств химических элементов привело к выделению подмножеств сходных типа S-Se-Te, Cl-Br-I, Ca-Sr-Ba. Идея формирования таких триад укрепилась с тех пор, когда один из первых и верных последователей атомистики Дальтона Иоган Вольфганг Дебрейнер в 1817 году обнаружил явную закономерность: атомная масса среднего элемента в большинстве триад оказывалась равной полусумме масс крайних.
Li = 7             Cl = 35,5
Na = (7+39):2 = 23          Br = (35,5+127):2 = 80
K = 39             I = 127
   Вероятно, это была первая, но очень важная попытка классификации, где в качестве одного из классификационных признаков использовалась атомная масса элементов. К 1857 году число таких триад было доведено до двадцати, сведенных в одну таблицу. Однако многие из триад были составлены весьма искусственно.
   Одним из первых в России на структурный уровень описания множества химических "начал" вышел в 1851 году младший профессор Горы-Горецкого земледельческого и межевого института Карл Шмидт в своем учебнике "Основания химии, в применении ее к сельскому хозяйству, технической промышленности и домашнему быту". Он расположил 36 химических элементов на оригинальной V-образной оси в соответствии с представлениями об их электроотрицательности (неметаллы) и электроположительности (металлы). В такой структуре он отметил эволюцию их кислотно-основных свойств (Рис.1). К сожалению, оригинальные суждения этого ученого до сих пор остались вне поля зрения историков химии.

      На структурный уровень описания множества химических элементов в Германии в 1857 году вышел Г. Гинрихс, предложивший радиально-круговую таблицу, на одиннадцати радиальных лучах которой располагались сходные по свойствам элементы. На четырех окружностях такой таблицы оказывались элементы, отдаленно похожие на будущие периоды.
         В 1858 году немецким химиком Максом Петенкофером была предпринята попытка систематизации элементов на параметрическом уровне. Взяв в качестве ограничительного признака не только атомные, но и эквивалентные массы элементов, он попытался для описания множества предложить некоторые математические формулы, в итоге оказавшиеся мало применимыми для этих целей.
   В 1859 году Адольф Штреккер на основании накопленной информации пришел к выводу: "Трудно предположить, что все зависимости между атомными весами (или эквивалентами) и химическими свойствами сходных элементов - просто случайность. Нахождение намечающихся в этих числах закономерностей мы, однако, должны предоставить будущему". В этой цитате важно отметить, что все ожидаемые закономерности Адольф Штреккер относил опять же только к сходным элементам.
      В 1863 году французский химик Александр Эмиль Беггье де-Шанкуртуа в работе "Земная спираль" предложил оригинальную идею, получившую название "Теллуров винт". Он нанес на поверхность цилиндра спиральную ось, на которой расположил известные элементы в порядке возрастания атомных масс таким образом, что аналогичные элементы в большинстве случаев попали на одну и ту же образующую вертикаль. В его системе явно просматривались идеи развития материи по спирали и повторяемости свойств элементов через определенные периоды.
   Практически тогда же, в 1864 году значительный шаг в классификации сделал англичанин Джон Александер Рейна Ньюлендс. Кроме химии он увлекался музыкой. Будучи знатоком гармонии в музыке, он попытался найти гармонию в мире химических элементов. Как в звукоряде, состоящем из октав, через семь звуков повторяется нота "до", так и среди элементов Ньюлендс решил найти свои октавы. Систему, названную "Законом октав", он доложил на заседании лондонского королевского общества, но не был понят современниками. Повторяемость свойств элементов через равные интервалы прослеживалась более или менее четко только в первых рядах его таблицы. Но это был важный шаг к построению структурной модели классификации. И когда Д.И. Менделеев доложил в Лондонском королевском обществе об открытом им периодическом законе, англичане в знак признания выдающихся научных заслуг наградили золотыми медалями и Менделеева, и Ньюлендса.
   Наконец, в том же 1864 году немецкий химик Лотар Майер опубликовал таблицу, состоящую из 28 химических элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, сгруппировав их в шесть столбцов по признакам сходства. Он одним из первых сравнивал не только атомные массы, но и интервалы между массами соседствующих в таблице элементов. Он даже обратил внимание на то, что между кремнием и оловом существует ненормально большой интервал в атомных массах. Л. Майер первым отметил повторяемость свойств элементов через неравные интервалы. Он писал уже более определенно: "Нельзя сомневаться, что имеется закономерность в численных величинах атомных весов". Позднее такие повторяющиеся зависимости он нашел и в величинах атомных объемов элементов. Свой последний вариант таблицы Лотар Майер назвал "Природа элементов как функция их атомного веса". Он, действительно, стоял на пороге открытия, но формальное мышление не позволило ему за табличным вариантом классификации увидеть всеобщий закон природы.
   Готовя этот краткий обзор попыток классификации элементов, мы тоже столкнулись с задачей упорядочения множества таких попыток, и выбрали только те из них, которые отличались принципиальной новизной подходов.
   Следует еще раз сказать, что первая половина ХIX века накопила большой опыт классификации элементов. Но все попытки доменделеевской комбинаторики сводились к поиску единства и взаимосвязям внутри малых групп - подмножеств сходных элементов.
      Хотелось бы отметить: все изложенное выше не должно быть материалом для обязательного запоминания учащимися. Для школьников можно предложить примерный конспект материала. ( Табл.2)
            Табл.2
            Доменделеевские классификации
            Автор             отличительный признак

1. Металлы-неметаллы             по физическим свойствам
2. Лавуазье             по химическим свойствам
3. Триады Деберейнера             по атомным массам
4. Теллуров винт де-Шанкуртуа             развитие по спирали
5. Шмидт             по электроотрицательности
6. Октавы Ньюлендса             периодичность через равные
            интервалы
7. Лотар Майер             повторяемость через
            неравные интервалы

   Важно, чтобы школьники под руководством учителя пришли к таким обобщающим выводам:
- Когда в любой науке созревает проблемная ситуация, за ее решение, как правило, принимаются многие ученые. Открытие законов природы - в науке не случайность, а историческая необходимость.
- Каждый отдельный шаг в научном поиске может содержать рациональные идеи, которые становятся ступенями в дороге к истине.
- Выдающиеся открытия в любых науках не рождаются на пустом месте. Как правило, они не отвергают сделанное ранее, но опираются на всю накопленную положительную информацию.
   В этих обобщенных методологических выводах на данном этапе мы видим элементы педагогического синтеза в формировании единой научной картины мира.

4. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изучайте, накопляйте, сопоставляйте факты. Факты - это воздух ученого. Но… не превращайтесь в архивариусов фактов! Настойчиво ищите законы, ими управляющие.
            И.П. Павлов

   Вероятно, нет необходимости в этой статье пересказывать хорошо известный исторический процесс построения Д.И. Менделеевым всех вариантов таблицы химических элементов и анализировать их конструкции. Однако для описания и углубленного понимания сути менделеевского открытия важно использовать математические знания учащихся и некоторые положения диалектики.
   Здесь педагогический синтез выходит на задачу формирования межпредметных знаний и умений применять математические методы для выражения естественнонаучных представлений. В этих целях весьма желаемым может стать участие учителей математики в подготовке и проведении подобного межпредметного урока. Схема обсуждения периодической системы с применением математических представлений в объеме школьных программ, на наш взгляд, могла бы быть такой.
   Если взять за основу числовую ось атомных масс и расположить на ней все известные элементы, то такая ось уже представляет собой некую одномерную таблицу химических элементов, отражающую функциональную зависимость свойств элементов от их атомной массы. На этой оси можно видеть повторяемость их свойств через неравные интервалы. Школьники, изучившие основы тригонометрии, без большого труда могут сами определить, что совокупность химических свойств элементов, условно обозначенная как ;свойств является функцией фундаментальной характеристики - их атомной массы, выступающей в роли аргумента (А).
            ;свойств = f (A)
   Школьники могут сами дать характеристику этой зависимости, определив ее как функцию периодическую и немонотонную. Следует при этом подчеркнуть, что, назвав свою таблицу словом "периодическая", Д.И. Менделеев имел в виду именно этот характер зависимости.
   Дальнейшее рассмотрение характера исследуемой функции должно привести школьников к пониманию, что эта функция, распадаясь на определенные периоды разной длинны от щелочных металлов до инертных газов, является прерывной. Именно эта характеристика зависимости дает Менделееву право перевести одномерную линейную форму таблицы в двумерную, поместив периоды элементов друг под другом и поделив большие периоды на ряды с учетом свойств элементов и типичных степеней их окисления (валентностей).
Представление о группах и подгруппах элементов выступает как учение о единстве сходных элементов множества. Представление о периодах подтверждает единство противоположностей и повторяющуюся эволюцию свойств элементов от типичных металлов до типичных неметаллов. В то же время диагональное сходство химических элементов, описываемое А.Е. Ферсманом как "правило звездности", хорошо выражает диалектическую связь этих двух единств.
   Во многих учебниках и популярных книгах учителя и школьники могут найти материалы о конструкции коротко- и длиннопериодных таблиц Менделеева, о лестничной, комбинированной и разобщенной формах, являющихся вариантами все той же длиннопериодной системы.
   Д.И. Менделеев на разных этапах рассматривал не только табличные, но и структурные (геометрические) формы системы. В 1871 году он пишет: " В сущности же все распределение элементов представляет непрерывность и отвечает до некоторой степени спиральной функции". Правда, позднее он же писал, что спиральное расположение элементов считает "…мало применимым и довольно искусственным".
   Через 20 лет после своего открытия Менделеев писал: "Геометрически можно выразить сказанное таким образом: всякое изложение представляет собой линию, а система требует телесной формы, допускающей сближения по всем направлениям… Периодический закон потому следует выражать не геометрическими линиями, всегда подразумевающими сплошность, а в роде того, как поступают в теории чисел - прерывно. По этим соображениям я никогда не выражал и выражать не буду периодических отношений элементов никакими геометрическими фигурами".
   Именно поэтому весьма важно внести уточнения в распространенное утверждение о том, что периодическая система якобы есть графическое выражение периодического закона. Оно, к сожалению, встречается даже в серьезных научных публикациях. Менделеевская система представляет собой не график, а имеет табличную форму выражения функциональной зависимости. Само множество элементов имеет дискретную природу. Потому и функциональная зависимость - дискретная. На графике оно отражалось бы системой точек. А в табличной форме каждый элемент имеет свою клетку.
   Рассмотрение конструкции периодической системы Д.И. Менделеева может быть продолжено для школьников творческим заданием: попытаться самим создать другие формы таблицы химических элементов. Не случайно в научных кругах бытует притча о том, что на дверях Президиума Российской академии наук висит шутливое объявление: "Здесь не принимают к рассмотрению новые проекты вечных двигателей и новые варианты периодической системы, ибо первые создать нельзя, а вторых можно создавать бесконечное множество".
   Наш педагогический опыт показывает, что среди школьников всегда находятся энтузиасты, кто вносит рациональные идеи таких построений, например, спиральных и радиальных вариантов, и даже трехмерных таблиц, на которых, например, нашли бы свое место все изотопы химических элементов. Были также попытки построить периодические таблицы высших оксидов и гидроксидов элементов. Даже если в классе находятся всего единицы таких энтузиастов, сама ситуация творческого поиска может доставить учащимся большое удовлетворение. В нашей практике был случай, когда один из учеников выпускного класса собрал своеобразную коллекцию из почти двухсот вариантов таблиц. Подобные работы, могут стать основой докладов на заседаниях школьных научных обществ.
   На этом этапе обсуждения мы сознательно оторвали проблему создания и конструкции периодической системы от истории открытия периодического закона, желая тем самым подчеркнуть преемственность исследования Менделеева в ряду попыток упорядочения множества элементов. Первоначально Менделеев ограничивался задачей методико-педагогического характера. Работая над учебником "Основы химии", он искал способ упорядочения огромного объема химической информации. А упорядочив множество, он смог увидеть за этой системой всеобщий закон природы, описывающий генетическое родство элементов и материальное единство мира.
            Уже упоминавшийся выше Эрнст Юнгер в статье "Комбинаторный выход" высказал весьма точные мысли, относящиеся к обсуждаемой проблеме: "Так как упорядочение предметов и понятий по признаку их родства друг к другу относится к задачам, которые стоят перед нашим мышлением, КОМБИНАТОРНЫЙ ВЫВОД проявляет свое превосходство в том, что он позволяет выстраивать генеалогию упорядоченных предметов и понятий, почувствовать их внутреннее родство".
         Именно такое комбинаторное мышление в итоге привело Д.И. Менделеева
   к великому открытию.

5. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ЭТАПЫ ЕГО РАЗВИТИЯ


Каждая гениальная работа характеризуется двумя чертами: в ней говорится о большем, чем известно в данное время, она может плодотворно развиваться в направлениях, которые нельзя было предвидеть. По обоим этим признакам периодическая система является работой гения.
Ч. Коулсон

   Периодический закон в его менделеевской формулировке был доложен впервые в 1869 году на заседании Русского химического общества. Основные его положения постулировались следующим образом.
1. Элементы, расположенные в порядке увеличения атомного веса, представляют явную периодичность свойств.
2. Сходные по химическим свойствам элементы имеют или близкие атомные веса, или последовательно и однообразно увеличивающиеся.
3. Сопоставление элементов или их групп по величине атомного веса соответствует их … валентности.
4. Распространенные в природе элементы имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным веслом характеризуются резко выраженными свойствами, т.е. являются типическими.
5. Величина атомного веса определяет характер элемента.
6. Нужно ожидать открытия еще многих неизвестных элементов, например, сходных с алюминием и кремнием с атомным весом 65-75
7. Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, если знать аналоги данного элемента.
8. Некоторые аналоги элементов открываются по величине веса их атомов.

Любое из этих утверждений можно обсудить со школьниками на уроках обобщающего повторения, опираясь на объем информации стандартных программ
Однако следует обратить внимание на то, что многие школьные и вузовские учебники ведут изложение периодического закона в некорректных терминах - "старая" и "новая" его формулировка. При этом в качестве новой формулировки приводится открытие Генри Мозли, установившего в 1913 году, что свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда атомных ядер (Z). Такую зависимость предвидели еще Эрнст Резерфорд и Нильс Бор, поручившие Мозли экспериментально проверить свою гипотезу. Мозли блестяще доказал правильность идеи своих учителей. Закон Мозли вовсе не отвергал менделеевские закономерности и не является его новой формулировкой. Важно с точки зрения задач педагогического синтеза, чтобы ученики поняли: Мозли нашел еще одну фундаментальную характеристику, выступающую в качестве аргумента, определяющего совокупность свойств атомов. Но при этом влияние атомных масс на свойства элементов вовсе не отвергаются. Это подтверждают сегодня различия химических свойств изотопов одного и того же элемента. Например, химические свойства воды обычной Н2О и тяжелой воды D2 O далеко не одинаковы.
Таким образом, с открытием Мозли стало возможным утверждать, что совокупность свойств элементов оказывается функцией двух переменных:
;свойств = f(A,Z)
   Еще важнее, чтобы учащиеся поняли, что открытие Мозли, как и закон Менделеева, не есть "истина в последней инстанции", а представляет определенный этап в развитии науки. И сам Менделеев говорил, что периодический закон не объясняет причин и характера открытых зависимостей. Он писал о периодическом законе, как "… о новой тайне природы, еще не поддающейся рациональной концепции".
   Аргумент Z изменяется линейно, аргумент А изменяется по плавной кривой, приблизительно вдвое опережая Z. Свойства же элементов, как функция, меняются периодически, да еще и не через равные интервалы. Физический смысл такой зависимости удалось объяснить только с открытием электронной структуры атомов. Для этого потребовались фундаментальные исследования Резерфорда, Бора, Паули, Зоммерфельда и многих других выдающихся физиков мира. Повторяемость свойств, как оказалось, зависит от повторения конструкции внешних электронных слоев атомов. Так в уравнении появился третий аргумент "е" - электронная структура:
; свойств = f(A,Z,e)
   Квантовомеханические представления позволили внести еще более глубокое понимание в менделеевский закон. Это дало основание Резерфорду сказать, что если бы периодический закон не был открыт Менделеевым в середине Х1Х века, то в первой половине века ХХ он был бы выведен математически. Английский химик Ч. Коулсон в 1969 году отметил: "Менделеев опережал свое время на 60 лет, но сам он об этом не мог знать".
   Учение Менделеева о периодичности нашло продолжение и в физических областях науки. Так в 1947 году японский физик Хидеки Юкава впервые предложил систематику элементарных частиц, выявившую периодичность их свойств. Совсем не случайно один из создателей советского атомного оружия академик Я.Б. Зельдович сказал: "Д. И. Менделеев совершил громадный научный подвиг: изучая закономерности химические, он предсказал пути изучения физической картины строения атома".
   Особый интерес представляет история систематики изотопов химических элементов. К середине ХХ века уже были известны многие сотни изотопов. В 1934 году весь научный мир отмечал 100-летие со дня рождения Менделеева. На заседании Лондонского королевского общества, некогда избравшего Менделеева своим почетным членом и наградившего его высшей наградой - медалью Копли, с большим докладом об изотопах выступил Эрнст Резерфорд. Он сказал: "…И может быть, настанет такое время, когда из России к нам приедет новый Менделеев и доложит периодическую систему атомных ядер".
   В 1947 году профессор кафедры аналитической химии Научно-исследовательского института по удобрениям и инсектофунгицидам Моисей Львович Чепелевецкий принес в Президиум Академии наук СССР статью "Периодическая система атомных ядер". В этой системе явно просматривалась периодичность в свойствах изотопов, но она была совсем другой, чем в системе элементов.
   Следует вспомнить, что это была пора гонки за обладанием атомным оружием, пора абсолютной засекреченности работ по атомной тематике. Президиум немедленно засекретил работу, поданную ученым, не имевшим соответствующих допусков. В 1952 году тот же Чепелевецкий принес в АН СССР еще более усовершенствованную систему. Результат был тем же. И только в 1966 году в "Журнале физической химии" (том 40, №2) впервые была опубликована статья М.Л. Чепелевецкого со скромной припиской "С приоритетом от 15.06.47 и 24.132.52". Таблицы Чепелевецкого увидели свет только после того, как в Америке были изданы подобные работы Гленна Теодора Сиборга, а у нас появились публикации И. Селинова. Вот так мы иногда распоряжаемся своим прошлым. Вот так теряем приоритеты, которыми любим гордиться.
   Изложенную выше эволюцию можно представить в виде наглядной схемы (Табл.3)
            Табл.3

СХЕМА РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ПЕРИОДИЧНОСТИ

            ;
Австрия - Э. Шредингер          1926
            ;
Н. Зелландия - Э. Резерфорд
Дания - Н. Бор             е
Швейцария - В. Паули             1930е    свойств = f (А,Z,e)
Германия - А. Зоммерфельд       годы
            ;
Дания - Н. Бор             Z
Н. Зелландия - Э. Резерфорд    1913       свойств = f ( А,Z )
Англия - Г. Мозли
            ;
            А
Россия - Д. Менделеев             1869       свойств = f ( A )
            ; \
Россия - М. Чепелевецкий изотопы       элементарные    Х. Юкава -
Россия - И. Селинов             1947             частицы             Япония
США - Г. Сиборг             1947

      Сопоставляя приведенный в схеме далеко не полный список имен ученых, школьники сами могут убедиться в интернациональном характере науки вообще и вкладе в нее конкретных выдающихся ученых, которыми каждая страна может гордиться.
   Есть еще один аспект в представлениях об эволюции периодического закона, который весьма важен в формировании единой научной картины мира. В химической науке специалисты выделяют две концептуальных системы: статическую и динамическую (кинематическую). Статика изучает элементы, простые и сложные вещества во всем многообразии их свойств. Динамическая концептуальная система имеет предметом изучения химические превращения веществ, термодинамические закономерности и кинетику химических реакций. С позиций такого деления науки периодический закон и система Менделеева формально должны быть отнесены к первой концептуальной системе. Хотя мы уже упоминали о том, что закон и система вскрывают генетические связи элементов в природе, но, строго говоря, в табличном варианте рамки каждой клеточки, отведенной элементу в системе, отделяют его от общего множества элементов. До определенного момента система оставляла химикам возможность лишь догадываться о генетических связях этого мира.
      Достаточно вспомнить фрагмент кинопленки с заснятыми кадрами движения, скажем, автомашины. Каждый отдельно просматриваемый кадр не дает представления - движется ли машина, или она стоит на месте. Отдельный кадр описывает объект в статике. Но достаточно прокрутить пленку через кинопроектор, границы кадров исчезают, и возникает полное представление о динамике.
   Нечто похожее стало происходить и с периодической системой, когда были изучены ядерные превращения. Англичанин Фредерик Содди и австрийский физик Фаянса открыли закон радиоактивного сдвига. В качестве примеров можно привести реакции, которые происходят с естественно радиоактивными изотопами самопроизвольно:
            22688 Ra    =    42 He    +    22286 Rn             ;-распад          ( № -2 )
            23490 Th    = 23491 Pa    +       0-1e             ; -распад       ( № + 1 )

   ;-распад- приводит к рождению атома, стоящего в таблице на две клетки правее исходного.
   При ;-распаде в неустойчивых ядрах один из нейтронов способен превращаться в протон, при этом ядро испускает ;-частицу (электрон) и антинейтрино.
         В общем виде подобный тип реакций можно записать так:
            А ZХ       = АZ-1 Х       +    0+1е    + 00;
   В итоге заряд ядра увеличивается на единицу. Атом в системе перемещается на одну клетку вправо.
      Возможен и третий тип распада: в таком случае возбужденные атомы испускают
; -лучи, отличающиеся весьма малой длиной волны. Энергия ядер уменьшается, но и заряд, и массовое число при этом остаются неизменными.
   Различные изотопы распадаются с разной скоростью. Эта скорость характеризуется периодом полураспада ;1/2 , т.е. временем, за которое распадается половина атомов исходного вещества. Этот период полураспада для урана-238 составляет 4,5 млрд лет, а для некоторых других элементов он может составлять милионные доли секунды.
   Радиоактивные элементы, претерпевая последовательно распады, превращаясь друг в друга, составляют целые ряды. Вот как выглядит ряд уранового распада с учетом закона Содди и Фаянса:
U -------------

----Bi----------------Po--------------Pb

            Таких рядов известно в природе три, и еще один составляют искусственно полученные радиоактивные изотопы.
            Зная периоды полураспада элементов и содержание их в горных породах, можно оценить возраст пород. Так периодический закон позволяет заглянуть не только в будущее, но и в далекое прошлое нашей планеты.
            Первая реакция искусственного превращения элементов была осуществлена Э.Резерфордом бомбардировавшим атомы азота    -частицами (ядрами атома гелия).

            147 N + 42 He          =    178 O + 11 p

   Подобные реакции используются для синтеза неизвестных ранее элементов. Так были получены трансурановые элементы с порядковым номером больше 99. И "снаряды" для бомбардировки теперь используются гораздо большего "калибра". Например, для получения изотопов элемента №115 применялись ядра кальция.


      Изучение радиоактивных превращения как бы дали новую жизнь давней мечте алхимиков о превращении одних элементов в другие. Такие превращения прекрасно предвидел еще А.М. Бутлеров: "Весьма возможно, что многие из наших элементов окажутся со временем веществами химически сложными; но если они и сложны, то все-таки смело можно утверждать, что сложность эта другого, так сказать, высшего порядка, чем сложность веществ, известных ныне за химически сложные… Это делает предположение о сложности наших нынешних элементов далеко не невероятным, а алхимики, стремясь превращать одни металлы в другие, быть может, преследовали цели не столь химерические, как это часто думают".
   Пусть пока человечество еще не нашло способа получения "обычного" золота из неблагородных элементов, но сегодня стали понятными весьма длинные цепи взаимных превращений элементов. И то, что атомы могут путешествовать по периодам и группам таблицы, подтверждает во всей полноте: периодическая система отражает вторую концептуальную систему химической и физической науки.
   Периодическая система дала толчок к открытию с помощью ядерных реакций технеция, прометия и астата, а затем еще 12 трансурановых элементов, что заполнило пустующие места в таблице и раздвинуло ее границы. Но все эти "новички" представлены лишь коротко живущими изотопами, и сами участвуют в постоянных ядерных превращениях.
   Рамки клеток периодической системы теперь видятся условными. И это еще раз подтверждает идею генетического родства элементов и материального единства мира, столь важную в задаче формирования мировоззрения школьников.
Выводом из всего сказанного могут прозвучать слова самого Д.И. Менделеева: "Будущее не грозит периодическому закону разрушением, а обещаются только надстройка и развитие".



6. ДВЕ ФУНКЦИИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА

В науке вижу две цели:
предвидение и пользу.

            Д.И. Менделеев


   Работу над периодической системой и законом Д.И. Менделеев продолжал всю свою научную жизнь. Периодический закон позволил привести в систему и обобщить огромный объем научной информации в химии. Эту функцию закона принято называть интегративной. Особо четко она проявляется в структурировании учебного и научного материала химии.
Правда, некоторые современные авторы считают нецелесообразным включать в учебные тексты периодический закон, якобы, ставший исторической банальностью. Однако при ближайшем рассмотрении, практически, нет ни одного учебника всех уровней сложности, где бы авторам удалось уйти от менделеевской классификации элементов и логики описания их генетических связей. То же самое относится и к простым, и к сложным химическим веществам.
Академик А.Е. Ферсман говорил, что система объединила всю химию в рамки единой пространственной, хронологической, генетической, энергетической связи.
   Интегративная (обобщающая) роль периодического закона проявилась, например, в том, что некоторые данные об элементах, якобы выпадавшие из общих закономерностей, были проверены и уточнены как самим автором, так и его последователями. Так случилось с описанием характеристик бериллия. До менделеевской работы его считали трехвалентным аналогом алюминия из-за их "диагонального сходства". Таким образом, во втором периоде оказывалось два трехвалентных элемента и ни одного двухвалентного. Именно на уровне мысленных модельных построений Менделеев заподозрил ошибку в исследованиях свойств бериллия. Затем он нашел мало известную современникам работу российского химика Авдеева, утверждавшего, что бериллий - двухвалентен и имеет атомный вес 9. Работа Авдеева оставалась незамеченной ученым миром, т.к. автор ее рано скончался, по-видимому, получив неизлечимые отравления чрезвычайно ядовитыми бериллиевыми соединениями. Результаты исследования Авдеева утвердились в науке благодаря периодическому закону. Такие изменения и уточнения значений и атомных весов, и валентностей были сделаны Менделеевым еще для девяти элементов (In, V, Th, U, La, Ce и три других лантаноида). Еще у десяти элементов были исправлены только атомные веса. И все эти уточнения были подтверждены затем экспериментально.
   Точно так же работы Карла Карловича Клауса помогли Менделееву сформировать своеобразную восьмую группу элементов, объяснив горизонтальное и вертикальное сходство в триадах элементов
железо ; кобальт ;    никель,
   ;             ;             ;
рутений ; родий    ; палладий
   ;             ;             ;
осьмий ; иридий    ; платина.

   Прогностическая (предсказательная) функция периодического закона получила самое яркое подтверждение в открытии неизвестных элементов с порядковыми номерами 21, 31 и 32. Предсказание их существования сначала было сделано на интуитивном уровне, но с формированием системы Менделеев с высокой степенью точности смог рассчитать их свойства. История открытия галлия, скандия и германия хорошо известна и явилась триумфом менделеевского открытия.
   Известен отзыв Ф. Энгельса: "Применив бессознательно гегелевский закон о переходе количества в качество, Менделеев совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Лаверрье, вычислившим орбиту неизвестной планеты Нептун". Однако здесь возникает желание поспорить с классиком.
   Во-первых, все менделеевские исследования, начиная со студенческих лет, вполне осознанно опирались на гегелевский закон. Его диссертация, представленная по окончании Главного педагогического института в 1855 году, называлась "Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу".
   Во-вторых, Лаверрье рассчитал орбиту Нептуна по давно известным и проверенным ньютоновским законам. А Д.И. Менделеев все предсказания делал на основе им же самим открытого всеобщего закона природы.
   В самом конце жизни Менделеев с удовлетворением отмечал: "Писавши в 1871 году статью о приложении периодического закона к определению свойств еще не открытых элементов, я не думал, что доживу до оправдания этого следствия периодического закона, но действительность ответила иначе. Описаны мной были три элемента: экабор, экаалюминий и экасилиций, и не прошло и 20 лет, как я имел уже величайшую радость видеть все три открытыми… Л. де Буабодрана, Нильсона и Винклера я, со своей стороны, считаю истинными укрепителями периодического закона. Без них он не был бы признан в такой мере, как это случилось ныне". Всего же Менделеевым были предсказаны 12 элементов.
   С самого начала Менделеев указал, что закон описывает свойства не только самих химических элементов, но и множества их соединений, в том числе дотоле неизвестных. Достаточно привести такой пример. С 1929 года, когда академик Петр Леонидович Капица впервые обнаружил неметаллическую проводимость германия, во всех странах мира началось развитие учения о полупроводниках. Сразу стало ясно, что элементы с такими свойствами занимают главную подгруппу 4-й группы. Со временем пришло понимание, что такими свойствами должны в большей или меньшей мере обладать соединения элементов, расположенных в периодах равно удаленно от 4-й группы (например, с общей формулой типа А3 В5) Это сразу сделало целенаправленным и предсказуемым поиск новых практически важных полупроводников. На них основывается, практически, вся современная электроника.
   Важно отметить, что предсказания в рамках периодической системы делались и после ее всеобщего признания. В 1913 году Мозли обнаружил, что длина волн лучей Рентгена, полученных от антикатодов, сделанных из разных элементов, изменяется закономерно в зависимости от порядкового номера, условно присвоенного элементам в менделеевской системе. Этот эксперимент подтвердил, что порядковый номер элемента имеет прямой физический смысл. Лишь позднее порядковые номера были окончательно связаны с величинами положительных зарядов ядер. Этот закон позволил экспериментально подтвердить число элементов в периодах и, вместе с тем, предсказать места еще не открытых к тому времени гафния (№72) и рения (№75) .
   Те же исследования Мозли позволили снять серьезную "головную боль", которую доставляли Менделееву известные отступления от правильного ряда возрастания в таблице атомных масс элементов. Их Менделеев сделал под давлением химических аналогий элементов, отчасти - на экспертном уровне, а отчасти, и просто на уровне интуитивном. Так кобальт опережал в таблице никель, а йод с меньшим атомным весом следовал за более тяжелым теллуром.
   В естественных науках давно известно, что один "безобразный" факт, не укладывающийся в рамки самой прекрасной теории, может погубить всю теорию. Необъясненные отступления грозили всему менделеевскому закону. Но именно Мозли экспериментально доказал, что порядковые номера кобальта (№27) и никеля (№28) точно соответствуют их фундаментальным характеристикам. Так оказалось, что эти исключения лишь подтверждали общее правило.
   Очень важное предсказание было сделано еще в 1883 году Николаем Александровичем Морозовым в каземате Шлиссельбургской крепости. За участие в народовольческом движении студент-химик Морозов был приговорен к смертной казни,

замененной позднее на пожизненное заключение в одиночной камере. В царских тюрьмах он провел около тридцати лет. По высоким ходатайствам узнику дали возможность получать некоторую научную литературу по химии. Морозов на основании анализа интервалов атомных весов между соседними группами элемент в таблице Менделеева пришел к интуитивному выводу о возможности существования между группой галогенов и щелочных металлов еще одной группы неизвестных "с нулевыми свойствами". Искать эти элементы он предложил в составе воздуха. Больше того, он высказал гипотезу о строении атомов и на ее основе пытался вскрыть причины периодичности в свойствах элементов.
   Однако гипотезы Морозова стали доступны для обсуждения только много позднее, когда он вышел на свободу после событий 1905 года. Но к тому времени инертные газы были уже открыты и изучены.
   Долгое время сам факт существования инертных газов и положение их в таблице Менделеева вызывали серьезные разногласия в химическом мире. Сам Менделеев какое-то время полагал, что под маркой открытого аргона может прятаться неизвестное простое вещество типа N3. Затем долго дебатировался вопрос о том, следует ли создавать для инертных газов самостоятельную "нулевую" группу, или они должны стать главной подгруппой в VII группе. Первое рациональное предложение о месте инертных газов сделал автор их открытия Вильям Рамзай. А в 1906 году Менделеев писал: "При установлении периодической системы (1869) не только не был известен аргон, но и не было повода подозревать возможность существования подобных элементов. Нынче…эти элементы по величине их атомных весов заняли точное место между галогенами и щелочными металлами".
   Исходя все из того же положения элементов в периодической системе, химики-теоретики во главе с Лайнусом Полингом давно сомневались в полной химической пассивности инертных газов, напрямую указывая на возможную устойчивость их фторидов и оксидов. Но только в 1962 году канадский химик Нейл Бартлет впервые осуществил в самых обычных комнатных условиях реакцию гексафторида платины с ксеноном, получив гексафтороплатинат ксенона - Xe [PtF6 ] , а за ним и другие соединения газов, которые теперь правильнее называть благородными, а не инертными. Так предсказательную свою функцию периодический закон сохраняет и до наших времен.
      Нужно отметить, что предсказания неизвестных членов множеств могут быть двух видов. Если предсказываются свойства элемента, находящегося внутри известного ряда подобных, то такое предсказание носит название интерполяция. Естественно предположить, что эти свойства будут подчинены тем же закономерностям, что и свойства соседних элементов. Так делались предсказания свойств недостающих элементов внутри менделеевской таблицы. Гораздо труднее предвидеть характеристики новых членов множеств, если они находятся за пределами описанной части. Экстраполяция - предсказание значений функции, находящихся вне ряда известных закономерностей, всегда носит менее определенный характер.
   Именно эта проблема встала перед учеными, когда начались поиски элементов, стоящих за границами традиционной менделеевской системы. На начало ХХ века таблица Менделеева заканчивалась ураном (№92). Первые попытки получения трансурановых элементов начались в 1934 году, когда Энрико Ферми и Эмилио Сэгрэ бомбардировали уран нейтронами. Так начиналась дорога к элементам-актиноидам и трансактиноидам. 101-й элемент этого ряда, искусственно полученный Гленном Теодором Сиборгом и его сотрудниками, был назван менделевием. Сам Сиборг об этом сказал так: "…особенно существенно отметить, что элемент 101 назван в честь великого русского химика Д.И. Менделеева американскими учеными, которые всегда считали его пионером в химии".
   Число вновь открытых, а точнее, искусственно созданных элементов постоянно растет. Совсем недавно прошла информация о синтезе в российском Объединенном институте ядерных исследований в Дубне ядер элементов с порядковыми номерами 113 и 115. Синтез осуществлен путем бомбардировки ядер искусственно полученного америция ядрами тяжелого изотопа кальция с массой 48. При этом возникает ядро 115, тут же распадающееся с образованием ядра элемента 113. Им пока условно дали название унунпентиум и унунтрио (один-один-пять и один-один-три). Подобные сверхтяжелые элементы в природе не существуют, но они возникают при взрывах сверхновых звезд, а также могли существовать при "большом взрыве". Их исследование помогает понять, как возникла наша вселенная.
   Академик В.И. Гольданский в речи, посвященной памяти Менделеева, отмечал "…фундаментальную роль, которую труды Менделеева играют даже в совершенно новых областях химии, зародившихся через десятилетия после смерти гениального творца периодической системы".


7. МЕСТО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА В СИСТЕМЕ СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ ВЗГЛЯДОВ.

Наука есть история и хранилище мудрости и опыта веков, их разумного созерцания и испытанного суждения.
Д.И. Менделеев

Естественно полагать, что каждая из наук об окружающем нас мире имеет предметом изучения конкретные формы движения материи. Сложившиеся представления рассматривают эти формы движения в порядке повышения их сложности: механическая ; физическая ; химическая ; биологическая ;
      ; социальная формы. Каждая из последующих форм не отвергает предыдущие, но
      включает их в себя.
В 1813 году Гегель в своем труде "Наука логика" сформулировал идею универсального движения и развития. Эта идея дала основу для нового осмысления единой научной картины мира.
В.И. Ленин еще в молодости, изучая гегелевский труд, сделал запись о приложимости гегелевской идеи к различным формам движения. Он указал, что сначала она была применена Марксом и Энгельсом к наиболее сложной - социальной форме (1847 год - "Манифест коммунистической партии"). Затем Дарвин применил ее к живой природе (1859 год - "Происхождение видов").
Когда лондонское Королевское общество заслушало доклад Д.И. Менделеева о периодическом законе, знаменитый ученый лорд Крукс сказал: " То, что мы сейчас услышали, это - настоящий неорганический дарвинизм". И действительно, менделеевский закон выразил приложимость гегелевской идеи к неживой природе.
Если продолжить эти рассуждения дальше, то приходится признать, что до сих пор остаются не вскрытыми единые законы, описывающие физическую и механическую формы движения материи.

            Сказанное может быть иллюстрировано для школьников в виде схемы (Рис.1).

ПРИЛОЖЕНИЕ ГЕГЕЛЕВСКОЙ ИДЕИ
УНИВЕРСАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ
Форма движения             Год открытия             Автор открытия
      материи

            "Наука логика"1813 г             Гегель
            Идея универсального
            движения и развития.
            ;
   Социальная             1847 г.             Маркс-Энгельс
            ;             "Манифест коммунисти-
            ческой партии"
            ;
   Биологическая             1859 г.             Ч. Дарвин
            ;             "Происхождение видов"
            Эволюционное учение
            ;
   Химическая             1869 г.             Д. Менделеев
            ;             "Периодический закон"
            Неорганический дарвинизм
            ;
   Физическая             ?             ?
            ;             ;
      Механическая             ?             ?

      Следует заметить, что гегелевская идея сначала оказалась применимой к объяснению наиболее сложных форм движения. Что же касается физической и механической форм движения материи, судя по этой схеме, науке еще предстоит разобраться в приложимости к ним гегелевского закона. Суждение это, вероятно, не бесспорно, но имеет в научном мире много сторонников.
      Таким образом, для школьников наука раскрывается не просто перечнем открытий, не суммой фактов и формул, а способом мышления в бесконечном процессе познания окружающего мира. В этом ряду выдающихся научных открытий Х1Х века закон Менделеева имеет свое определенное место. Главным выводом из изложенного для школьников должны стать слова Альберта Эйнштейна: "Самое удивительное в мире то, что он познаваем". Бесконечный процесс познания, каждое новое открытие делают единую научную картину еще более яркой и содержательной.
            Совсем не случайно доклад на столетии со дня открытия периодического закона Гленн Теодор Сиборг посвятил новейшим достижениям химии, но высоко оценил удивительные прошлые заслуги российского ученого: "При рассмотрении эволюции периодической системы со времен Менделеева наиболее сильное впечатление производит то, что он был в состоянии создать периодическую систему элементов, хотя Менделееву не были известны такие общепринятые теперь понятия, как ядерная структура и изотопы, связь порядковых номеров с валентностью, электронная природа атомов, периодичность химических свойств, объясняемая электронной структурой и, наконец, радиоактивность".
Подводя итог всему, что мы пытались обсудить, можно привести слова академика Александра Евгеньевича Ферсмана, обратившего внимание на будущее: "Будут появляться и умирать новые теории, блестящие обобщения. Новые представления будут сменять наши уже устаревшие понятия об атоме и электроне. Величайшие открытия и эксперименты будут сводить на нет прошлое и открывать на сегодня невероятные по новизне и широте горизонты - все это будет приходить и уходить, но периодический закон Менделеева будет всегда жить и руководить исканиями".
И даже для тех из наших учеников, которые не выберут химию в качестве предмета дальнейшего углубленного изучения, понимание места периодического закона в системе фундаментальных научных достижений современного естествознания станет важнейшим вкладом в формирование единой научной картины мира.


Обращение к читателям

   К сожалению, приходится констатировать, что в содержании нынешних школьных программ по естественным наукам практически не сохранился принцип историзма в изложении современных достижений науки.
   Действительно, было бы нелепо сегодня начинать изучение, скажем, географии с постулата - "Земля плоская и держится на трех китах", но важно, чтобы школьник получил четкое представление о том, как формировались современные представления о строении нашей планеты. Подобная задача стоит и перед учителями химии.
   Есть в педагогике такое понятие "время пробега": это время, за которое новейшие научные открытия попадают в программы и учебники и становятся предметом изучения в школе. По оценкам специалистов "время пробега" достижений современной химии составляет около двадцати пяти лет. При этом нужно понимать, что и после такого срока доступными для школьника станут далеко не все новые научные идеи.
   В принципе историзма самое важное заключается не в том, чтобы излагать историю развития всей науки. Важно, чтобы ученики поняли, как развивается непрерывный процесс познания, как научное открытие, сделанное одним автором или коллективом, становится достоянием мировой культуры. Весьма полезно обсудить с учащимися мысль Нильса Бора: "Проблемы важнее решения. Решения могут устаревать, а проблемы - остаются".
   Принцип построения единой научной картины мира и вовсе исключен из нынешних школьных программ. Он не упоминается даже в стандартах для профильного уровня образования. Но если посмотреть на программы вступительных экзаменов в вузы России, то практически во всех встречается вопрос: "Роль периодического закона Менделеева в формировании единой научной картины мира".
   Изначально нужно признать, что картина мира, которая возникает в головах школьников на основе учебного материала, не может быть идентична современной картине мира, опирающаяся на передовые научные достижения. Но принцип развивающего обучения, на наш взгляд, должен в рамках объема информации, заложенного в обязательном минимуме образовательного стандарта, иметь целью формирование целостных представлений учеников о мире, как о высшем единстве. Это должно стать шагом к формированию общей философской культуры выпускников школы.
   Мы предлагаем читателям еще раз вернуться к проблемам менделеевского открытия и обсудить, как можно максимально использовать образовательные и воспитательные возможности этой темы. Будет ли это сделано в специальных курсах, или этот материал фрагментами войдет в общеобразовательный стандартный курс, скажем, на этапе обобщающего повторения, - дело самих учителей.