Нет ничего недопустимого ни в короткой, ни в длинной форме таблицы. Первая - ближе к системному осмыслению, но не достигает его. Вторая - удобнее для практического анализа, лучше дифференцирует элементы по их типологической однородности, но в ней размыта идея системной связи. Прежде всего, первичным признаком системы, по У.Р. Эшби и др. - принцип необходимого минимума разнообразия элементов: как система в целом, так и ее подсистемы не могут состоять из однотипных элементов. В короткопериодической таблице мы видим системное тождество групп, по составу разнообразных подгрупп элементов, по строению - ветвистой структуры каждой группы (ветви и подветви) и симметрии этих структур в границах всей таблицы. Кроме того, в короткой таблице хорошо просматривается общесистемная размерность S8 - квадратичные симметрии между группами и периодами. В длиннопериодической таблице ветви групп разделяются (теряется ее системная форма) во имя принципа однородности, число групп становится равным 18, исчезает понятие группы в принципе - в верхней строке таблицы стоят порядковые числа от 1 до 18, но это уже не группа, а табличный индекс того или иного столбца. Предлагалось вообще не употреблять римских цифр (семантика, закрепленная за понятием группы) и упразднить понятия ветвей (основных и побочных элементов).
На наш взгляд, короткопериодичная и длиннопериодичная форма не только не исключают одна - другую, но являются разными способами выражения одной и той же идеи. Они вполне равноправны. В короткой таблице усилена системная сторона и реализован принцип минимума разнообразия, при которой каждая группа обретает свою целостность и системную самодостаточность, а все группы - системно аналогичны друг другу и подчинены одному и тому же структурному принципу - имеют одинаковую внутригрупповую анатомию. В длиннопериодичной таблице осуществлена вивисекция групп: ветви «В» стали отделенными от ветвей «А» и разведены по разным местам таблицы. Здесь торжествует принцип типологической однородности. В одних строках и столбцах s-элементы, в других - d-элементы, в-третьих, - p-элементы. Причем не в перемешанных, а в однородных последовательностях. Однако f-элементы, по-прежнему, - бездомны, они также остаются вне классификационного принципа таблицы. Кроме того, отказавшись от квадратичной симметрии таблицы S8 мы получили уже ландшафт: по левому и правому краю «возвышенности», а в середине «низина», над которой зияет аналитическая пустота (пустые клетки таблицы). Красота типологической однородности элементов пленяет, но системноаналитические дефекты - разочаровывает. Но, все это не отменяет великих достоинств обеих таблиц. Мы лишь подчеркнули их равное смысловое достоинство. У этих таблиц просто разный ракурс обзора, исходящий из одной и той же, а не из разных идей, у них разные цели и задачи, но равная ценность. Каждая из них обретая специфичные достоинства, вынуждена с чем-то расстаться, но вместе они помогают лучше осмыслить глубину системного начала, системного единства элементов.
Длиннопериодическая форма таблицы. Переход к длинной форме Сиборга (1970 г.) произошел в 1989 году, по рекомендации ИЮПАК. В длинной форме произошел отход от системной размерности S8 к 18-разрядному представлению групп. При этом, элементы располагаются в таблице разными рядами по 2, 8, 18 элементов. Существует и сверхдлинная форма, в которой разрядность доведена до 32. Сверхдлинная форма допускает ряды по 2, 8, 18 и 32 элемента.
Соответственно, в таблице появляются части рядов с большим количеством пустых клеток. В классификационно-системном смысле это нонсенс. Есть и другой нонсенс - по существу исчезает понятие группы (из-за разделения ветвей А и В), когда в таблице 18 или 32 столбца, то их и следует именовать столбцами, а не группами, ибо группа должна представлять правильную и целостно представленную часть системы.
Элиминировано и понятие «побочных подгрупп» и «переходных элементов». К последним ученые соглашаются причислять лишь семейства лантаноидов и актиноидов, которые как не входили в короткую форму таблицы, так не входят и в длинную. В длинной таблице также оставляются пустые клетки со звездочками, указывающие на ряды лантаноидов и актиноидов, остающихся вне таблицы, а их размерность (14) по-прежнему, - не совпадает ни с размерностями периодов. Это третий нонсенс.
В табл. 1 мы приводим короткую форму таблицы, отмечая штриховыми контурами те 40 элементов, которые не удачны с точки зрения размещения в классификационных описаниях таблицы. Собственно, в этой таблице, если строго следовать заложенному в нее классификационному принципу, можно считать лишь прямоугольник, начинающийся со 2-го периода и заканчивающегося 7 периодом. Остальные элементы вне таблицы. Проще объяснить неполноту первого и последнего периода, но остальные 36 элементов остаются под знаком логического вопроса. Кроме того, нарушается порядок следования (разрывы нумерации) элементов в виду вывода за границу таблицы ранее указанных 28 элементов (лантаноидов и актиноидов).
В длинной таблице суперактиноиды - это вообще не реальность, а гипотеза. Существуют ли они в природе или нет, это лишь пожелания и чаяния. Даже если это и гипотеза, то нужны теоретические доказательства.
Далее, как и век назад, неустранима проблема: если вся таблица строится так, что периодический закон обнаруживается при правильной последовательности размещения элементов по атомным номерам, то как понимать разрывы этой последовательности? Если вслед за номером 57 - лантан, в таблице следует номер 72 - гафний, а за номером 89 - актиний, следует 104 - резерфордий, то мы имеем дело с разрывом закономерности.
Но повод ли это для ограничения универсального закона периодичности и законов системы? Впервые вынести лантаноиды за пределы основной части таблицы предложил Б.Ф. Браунер. Вынести можно обе подгруппы, но разве не нарушает ли это универсальность периодического закона, разве не нарушает это классификационный принцип и системную симметрию? Разумеется, все это нарушается.
Почему лантаноиды отнесены к 3-ей группе? Потому, что имеют похожую валентность, но валентность этой подгруппы названа «аномальной», причем, еще большую аномальность демонстрируют актиноиды. Попытку распутать «узел в системе» пытались иначе, когда в основу менделеевской таблицы был положен более точный критерий - заряд атомного ядра. При этом было доказано, что между 57 La - лантаном (III группа) и 73 Ta - танталом (IV группа) существует строго 15 элементов.
Все элементы, по квантово-механическим соображениям делятся на 4 группы (s-, p-, d-, f-элементы). Это общесистемный закон. Почему, начиная с лантана в VI периоде, а в другом случае, начиная с актиния в VII периоде элементы выпадают из таблицы и условно причисляются к III группе? Потому, что эти два краеугольных элемента являются последними d-элементами, а сразу за ними, непрерывным строем следуют f-элементы. До этих подгрупп в таблице закономерным образом шло чередование s-, p-, d-элементов, а f- элементы не появлялись.
Какова системная роль нарушителей спокойствия f-элементов? Это свойство III группы? Нет, это свойство вообще не групп, а периодов! Конкретно VI и VII и не каких иных периодов более. В чем их системная роль? В физике есть понятие d-сжатия и f-сжатия. По мере роста заряда ядра, начиная с некой критической величины (57 La и 89 Ас), необходимым образом должен измениться порядок строительства электронных орбиталей, уходя от d-уровня к более глубокому f-уровню. Иначе уже за лантаном и закончилось бы все химико-физическое разнообразие элементов.
Благодаря d-, f-сжатиям меняется плотность ядра, и широта разнообразия элементов вновь открывается. Лишь после завершения полного цикла f-сжатия возможны следующие за лантаном, а потом и за актинием новые химические элементы.
Следовательно, f-сжатие является не спецификой III группы, а законом всей системы в целом, законом VI и VII периодов. Оно залог соблюдения общесистемной симметрии лишь в том случае, если f-сжатие является необходимым горизонтальным законом не только двух последних периодов (что говорит о достижении системой предельных уровней развития), но и вертикальным законом, обязывающим каждую группу, дабы она соответствовала общесистемному закону периодов, иметь в своем составе присущие им f-элементы. Не может же в системе возникать аномалия, когда вся система выживает за счет одной группы (группы донора), а остальные группы расширяются лишь паразитируя на III группе. В силу того, что подгруппа лантаноидов связана одним и тем же процессом f-сжатия, элементы этой подгруппы имеют много похожих физико-химических свойств. Но и различия существуют. Например, у лантаноидов имеются существенные различия по способности к поглощению тепловых нейтронов, по электропроводности, по неравномерной зависимости между атомным объёмами (радиусами атомов) и их порядковыми номерами (на графике ломанная линия с пиками в начале, середине и в конце). Это позволило ввести понятие «вторичной периодичности» в семействе лантаноидов и разделения их на две группы: цериевую и иттриевую.
Идея вторичной периодичности несомненно плодотворна. Но ее осмысление может принести как пользу, так и вред. Вторичная периодичность является антитезой? Она противоречит первой - основной и универсальной? Если понимать так, то это регресс. Но, возможно, вторичная периодичность является утверждением первичной и находится с ней в полной согласованности? Такое осмысление прогрессивно, и мы целиком поддерживаем эту трактовку (см.: рис. 5-6, 8-9, 11-13 и табл. 3, 4). Ветвистые структуры, вводимые нами, имеют вторичное ветвление, по основаниям, аналогичным первичному.
Поиски путей переформатирования групповой принадлежности лантаноидов и актиноидов никогда не прекращался. В 1930-е 1940-е гг. считалось, что элементы, следующие за ураном, 93 Np - нептуний и 94 Pu - плутоний сходны с 92 U - ураном по ряду свойств, то они должны относиться к V и VI группе, но по иным свойствам их предлагалось разместить в VII и VIII группах. Проведенное нами системное моделирование совпадает с последним утверждением.
Системные принципы по Д.И. Менделееву
Большинство ученых выделяет четыре главных принципа, которыми руководствовался Д.И. Менделеев [Королькова, 2007, 4, с. 124]:
1. Принцип дискретности - интервалу шкалы атомных весов соответствует конечное число элементов. 2. Принцип однозначности - у элемента в системе единственное и определенное место. 3. Принцип непрерывности - система не должна иметь пропусков для заполнения клеток элементами. 4. Принцип целостности - система должна охватывать всю полноту элементов и должна быть целостно завершенной.
От двухмерности - к трем измерениям
«Цветок Менделеева - Шанкрутуа». Большинство таблиц, имеют плоскую форму - это следствие тех требований, которые вытекают из аналитических целей науки и смысловых решеток топики.
Таковой же является и модель длиннопериодичная таблица Сиборга.
Э. де Шанкуртуа был предшественником Д.И. Менделеева и оба, каждый по-своему, не был удовлетворен двухмерным видом выражения Периодического закона и искали трехмерного решения - «телесной формы» - взамен плоской прямоугольной таблицы.
В этом поиске было предложены десятки вариантов с разными пространственными топологиями [Иваненко, Галиулин, 195, 3, с. 23]: ленточные (П.Жигур), спиральные (Ж. Шолтен), цилиндрические (Э. де Шанкуртуа), секториально-слоевые [Спирин Э.К., Торосян Е.С., 2012, 20, с. 95-104], полицилиндрические, кубические, пирамидальные (В. Циммерман), октаидные и десятичные системы [Хорошавин, Щербатский, Якушина, 2005, 24, с. 60-67], полюсные модели [Стрекалов, 2011, 21, с. 136 с.]. и т.д.
Идея, здесь, одна и та же: либо периоды, либо группы, либо то и другое представляются разно ориентированными в пространстве конструкциями. При этом, как правило, авторы достигают известного уровня рациональности по тем или иным позициям, но не достигается единства, полноты и целостности смысловой решетки, относительно которой проводится классификация. А значит, системное моделирование оказывается порочным.
В таблица 1 мы обозначили главные противоречия, которые нарушают логикотопическую структуру и не позволяют признанным таблицам считаться системой.
Таблица 1
Краткопериодическая таблица химических элементов
Новая методология: структурные топосы и системное конструирование
Топос проблемного анализа предназначен для формулирования проблем, подпроблем и задач в развитии теоретического знания. Но его формальная схема остается той же самой, если встает задача топико-системных исследований самих объектов теоретического познания, с целью их последующей классификации и системного представления.
Именно это и входит в задачу теоретической интерпретации.
Исследование структурной организованности элементов в короткой таблице химических элементов мы применяли критерии топоса к анализу системного строения группы. Применение топоса к 1 группе сразу же дало положительный результат интерпретации. Применение топоса ко всем последующим группам оказалась аналогичным. На рис. 4 мы изобразили топосы 1 и 2 группы, развернув их зеркально.
Рис. 4. Модель топоса как ячейка симметрии в системе элементов
Зеркальное размещение четных и нечетных групп вызвано тем, что как выясняется все топосы попарно склеиваются (наличие двух общих элементов: 1 лантаноид и 1 актиноид; см.: рис. 5, 8 и 9) друг с другом так, что из «атомарных» топосов возникают «молекулярные». Итак, топосы 1 и 5 (ветви) группы, 2 и 6 (ветви) группы попарно склеиваются, образуя полусферу (рис. 8, названную нами «Восточной полусферой») общей сферической модели структурных топосов, которые мы также называем ветвистыми структурами. Во второй полусфере (рис. 9) также попарно склеиваются 3 и 7 (ветви) группы, 4 и 8 (ветви) группы. Причем, ветви разделяются на четные и нечетные: верхняя полусфера объединяет 1 и 5 и 3 и 7 ветви, а нижняя полусфера объединяет 2 и 6; 4 и 8 ветви элементы поровну, сохраняя ненарушенными их классы и проходит между элементами, не пересекая ни одного из них) - это один из математических признаков, что данная организация элементов представляет собой систему. Если «правильного сечения» провести нельзя, то под вопросом остается признание конструкции элементов системой. В нашем случае можно провести два правильных сечения: