Опыт общей классификации микрочастиц, соединений и смесей
Дата: 10/11/2015
Тема: Атомная наука


А.И.Бобков, Российский государственный геологоразведочный университет

Значение классификации в науке трудно переоценить. Классификация играет в науке организующую роль, выполняет функции систематизированного учета, анализа данных и выполняет прогностическую функцию. Как метод познания объектов и процессов, классификация способствует движению науки от эмпирического накопления знаний на уровень теоретического синтеза. Классификация – фундамент теоретических и прикладных наук. Классификация постоянно совершенствуется и отражает уровень развития науки.


По данным современной науки наблюдается глубокое единство нашего многообразного мира. В частности это выражается в иерархической последовательности и генетической взаимосвязи структурных уровней организации материи – более высокий уровень формируется на основе нижележащего уровня и существует вместе с ним. Это наводит на мысль о целесообразности создания общей классификации объектов нижних уровней дискретной организации материи – микрочастиц и химических соединений.
Состояние проблемы изложено в работе автора [2].

От периодической системы к непериодической классификации элементов

Математический анализа структуры периодической системы элементов (ПСЭ) позволил получить неожиданный результат. Периодическая система элементов оказалась непериодической.

Таблица 1. Прогрессивно-последовательная классификация элементов

Для исследований была выбрана сверхдлинная форма таблицы ПСЭ, строки и столбцы элементов которой совпадают с приведенными строками и столбцами в таблице 1. Если абстрагироваться от физического смысла такой формы ПСЭ, то перед нами таблица значений аппликат Z. Требуется найти соответствующие значения абсцисс (X) и ординат (Y), а также саму функцию. Решение приведено в таблице 1, которая отражает также физическую интерпретацию полученных результатов. В итоге мы, полностью сохранив химические и электронные аналогии элементов данного варианта периодической системы, переходим от ПСЭ к прогрессивно-последовательной классификации элементов (ППКЭ). В ППКЭ аналогами периода и группы ПСЭ являются соответственно прогрессии Y и последовательности X. Названия прогрессия и последовательность по арифметическим прогрессиям и числовым последовательностям, которые образуют значения Z соответственно элементов строки и столбца (табл. 1). Связь величин X, Y и Z имеет простое выражение:
                                                                       Z = X + Y                                                      (1).

Если физический смысл аппликаты Z очевиден – заряд (количество протонов) ядра атома элемента, то для абсциссы X и ординаты Y следует этот смысл определить.

X принимает значения 0, -1, -2, -3… и с учетом (1) и размерности Z эту величину с определенной долей условности очевидно можно рассматривать как дефицит заряда или дефицит протонов в ядре с данным Z.

Y – это критический заряд (и критическое число протонов в ядре), являющийся мерой, превышение которой приводит к переходу ядра данного рода в ядро другого рода.

Ядро элемента с X = 0 является эталоном для элементов той же прогрессии при определении  с учетом выражения (1) значений X и Y  их ядер. Элементы с равными значениями X и расположенные в порядке возрастания Z образуют последовательность (столбец элементов в табл. 1). Последовательности химических элементов объединяются в серии последовательностей A, B, C, D (табл. 1), которые в целом представлены соответственно  s-, p-, d-, f-элементами.

Критический заряд Y для ядер атомов химических элементов принимает значения 2, 4, 12, 20, 38, 56, 88, 120 (табл. 1). Элементы с равными значениями Y составляют прогрессию (строку элементов в табл. 1)..  Прогрессия делится на субпрогресии, с закономерно изменяющимся суммарным дефицитом заряда:

                                                           Xj = -(2j – 1)3                                                             (2),
где j – порядковый номер субпрогрессии в прогрессии.

Субпрогрессии состоят соответственно возрастанию их номера j в основном из s-, p-, d-, f-элементов.
           
Семейство гипотетических восемнадцати 5g-элементов, которое должно располагаться в 8-ом периоде ПСЭ, В. И. Гольданский предложил назвать октадеканидами [4]. Аналогично, субпрогрессии из четырнадцати смешанных d- и f-элементов (аналоги лантанидов и актинидов) можно назвать тетрадеканидами, субпрогрессии из десяти d-элементов именовать деканидами, субпрогрессии шести p-элементов – гексанидами и из двух s-элементов – динидами.

Эмпирически удачно подобранные на основании химических свойств и электронных конфигураций атомов отношения элементов в ПСЭ позволили математическим путем выйти на более существенные связи элементов, обнаружившиеся на уровне ядер их атомов. Периодичность химических и электронных аналогий элементов это лишь проявление прогрессивно-последовательных отношений зарядов ядер атомов элементов.

Основы общей классификации микрочастиц, соединений и смесей

Общая схема единой классификации
: состав объекта (качественная сторона состава → количественные отношения частей состава) → строение объекта → свойства объекта.

Качественная сторона (квалитет) состава объекта, а точнее его ядерная составляющая,  является важнейшим системообразующим фактором при построении общей прогрессивно-последовательной классификации объектов.

Квалитет [<англ. Quality качество <нем. Qualität качество] – это ядерный состав объекта, взятый без учета количественных соотношений ядер и без учета примесей. Например, квалитет химического соединения CaCO3 составляют ядра C, O и Ca. Основными характеристиками квалитета являются: мультиплетность (М) – количество элементов квалитета (в примере М = 3); гетерогенность (H) – число элементов квалитета, c различными значениями Y (в примере YC = 12, YO = 12, YCa = 20, следовательно, HCOCa = 2) и величины Z, X, Y квалитета, которые в силу их аддитивности, вычисляются  как суммы аналогичных величин ядер атомов элементов квалитета. В примере ZCOCa = ZC + ZO + ZCa = 6 + 8 + 20 = 34; XCOCa = XC + XO + XCa = -6 + (-4) + 0 = -10; YCOCa = YC + YO + YCa = 12 + 12 + 20 = 44. При этом должно соблюдаться условие Z = X + Y. Проверяем ZCOCa = XCOCa + YCOCa = -10 + 44 = 34. Условие выполнено.

Инверсия квалитета или просто инверсия. В прогрессивно-последовательной классификации соединение CaCO3 рассматривается как соединение Ca, находящееся в определенных связях с другими соединениями Ca и его аналогов, и как соединение C, которое находится в определенных связях с другими соединениями углерода и его аналогов, а также соответственно как соединение O. Таким образом, инверсии квалитета являются способом отображения разнообразных связей данного объекта с другими объектами.

Формула инверсии используются для вычисления индекса отношения и его последовательностей различных уровней (см. ниже), в которых участвует соединение. Формулы инверсий получаются путем перестановок символов элементов в формуле квалитета.

В примере квалитет соединения CaCO3 имеет шесть инверсий – CaCO, CaOC, CCaO, COCa, OCaC и OCCa.

Отношение  наглядно можно представить в форме таблицы, «естественным номером» которой является индекс отношения (R), связанный с критическим зарядом Y (3). Строки таблицы являются прогрессиями со своими индексами Y, а столбцы – последовательностями с индексами X (табл. 1). Количество отношений R, в которых находится соединение, зависит не от сложности состава соединения (мультиплетности М), а от его разнородности (гетерогенности H квалитета).

Отношение является многослойным. Объекты различных структурных уровней (молекула данного вещества, различные агрегатные состояния этого вещества и т.д.) относятся к разным слоям (L) одного и того же отношения, так как имеют идентичные квалитеты.

Отношения через свои индексы в свою очередь участвуют в отношениях более высоких порядков. Чем сложнее состав соединения (выше мультиплетность М его квалитета), тем больше уровней последовательностей отношений различных порядков (см. (4), (5), … и табл. 2). Общие формулы для вычисления индексов отношений R и их последовательностей различных порядков (S, SII, SIII, …) на основе значений Y формулы инверсии
                                                    


где Y0 = 0.

Таблица 2. Фрагмент модели прогрессивно-последовательных отношений

Математическая модель прогрессивно-последовательных отношений

Определить набор прогрессий любого отношения R и последовательностей отношений различного уровня можно с помощью математической модели прогрессивно-последовательных отношений, фрагмент которой приведен в таблице 2. Под индексом, выделенным в верхней строке полужирным шрифтом, располагается столбец индексов таксона следующего более низкого порядка. Индекс таксона более низкого порядка расположен слева от индекса выбранного таксона. Например, нулевое отношение R0 (нулевой столбец таблицы 2) содержит прогрессии Y2, Y4, Y12, Y20, Y38, Y56, Y88, Y120. Нулевая последовательность отношений S0 (тот же нулевой столбец таблицы 2) содержит отношения R2, R4, R12, R20, R38, R56, R88, R120.

Данная модель позволяет априорно строить систему прогрессивно-последовательных отношений объектов на рассматриваемом верхнем уровне классификации, оставляя места для еще неизвестных природных и техногенных объектов.

О ППК ядер и молекул

Ядро атома элемента, изотоп данного элемента, сам химический элемент и соответствующее простое вещество имеют идентичные квалитеты. Следовательно, в общей классификации они на верхнем уровне будут относиться как синглеты (М = 1) в соответствии с (3) к нулевому отношению (R0). Однако они будут принадлежать к различным слоям этого отношения. Таблицу 1 следовательно можно рассматривать как слой «химические элементы» этого нулевого отношения.
           
Аналогичная картина наблюдается при классификации молекул и гомомолекулярных кристаллических веществ.

Примеры прогрессивно-последовательной классификации органических соединений и минералов
           
Ниже приведены фрагменты классификаций тернарных (тройных) органических и неорганических (минералы) соединений (таблицы 3, 4, 5).

Тернарные органические соединения

Таблица 3. Двенадцатая последовательность отношений  (S12)

Четырнадцатое отношение (R14); слой отношения L = СН


Тернарные минералы

Таблица 4. Двенадцатая последовательность отношений  (S12)

Пятидесятое отношение (R50); слой отношения L = OFe

Химические названия органических веществ, валовые формулы, сингонии и структурные классы взяты из справочника [5], [6].

Для классификации органических веществ использованы инверсии квалитетов соединений, последовательность элементов в формуле которых соответствует последовательности элементов в валовых формулах веществ, принятой авторами справочника: C, H, B, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, F, Cl, Br, I.

При  классификации минералов исходные данные в основном приводятся по справочнику [7]. В этом случае использованы базисные инверсии квалитетов, последовательность символов элементов в формулах которых – от анионов к катионам, от неметаллов к металлам.

В таблицах каждой формуле инверсии предпослан суммарный заряд Z ядер атомов элементов инверсии. Во всех случаях соблюдается условие Z = X + Y.

Особенности классификации смесей подробно рассмотрены в работе автора [2].

Заключение

В основе общей классификации микрочастиц, соединений и смесей лежит закон прогрессивно-последовательных отношений (Бобков [1]): «Ядра, химические элементы, молекулы, вещества и смеси находятся в прогрессивно-последовательных отношениях, определяемых критическим зарядом ядра Y и дефицитом заряда X, связанных с зарядом Z».
Общая классификация объектов нижних структурных уровней открывает новые области их исследования. С другой стороны она может служить мощным фактором интеграции естественных наук.

Наконец, общая классификация данных объектов создает качественно новые возможности для систематизированного учета данных, их анализа и прогноза новых объектов, в том числе с требуемыми свойствами. Поэтому данная разработка имеет большой инновационный потенциал (Бобков [3]).


ЛИТЕРАТУРА
1. Бобков  А.И. Общая классификация химических соединений в связи с анализом и прогнозированием новых типов руд: Материалы Годичного собрания Российского минералогического общества, 3-5 октября 2006 г./ Российское минералогич. общ-во. - СПб, 2006. – 218с. С. 10-11
2. Бобков А. Основы общей классификации микрочастиц, соединений и смесей: Основы, модели, примеры. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. – 132 с. ISBN: 978-3-659-77993-09.
3. Бобков А. General classification of microparticles, compounds and mixtures in the context of globalization of a science and innovations. Global Science and Innovation [Text] : materials of the V International Scientific Conference, Chicago, June 24-25th, 2015. – Publishing office Accent Graphics communications - Chicago – USA, 2015. – 376 p. 39 – 47 p. ISBN: 978-1-77192-204-3.
4. Гольданский В.И. Докл. АН СССР, 180, 1360 (1968).
5. Китайгородский А.И., Зоркий П.М., Бельский В.К. Строение органического вещества. Данные структурных исследований. 1929 – 1970. М.: Наука. 1980, с. 648.
6. Китайгородский А.И., Зоркий П.М., Бельский В.К. Строение органического вещества. Данные структурных исследований. 1971 – 1973. М.: Наука. 1982, с. 611.
7. Минералогические таблицы. Справочник / Е.И. Семенов, О.Е. Юшко-Захарова, И.Е. Максимюк и др. – М. : Недра, 1981, 399 с.






Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=6357