В природе, вокруг нас множество веществ, состоящих из атомов, не случайно этот элемент всего существующего был в основе познания действительности большую часть истории человечества. Атом (от др. греч. «неделимый») – наименьшая частица, действительно неделимая, в рамках простого химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Принято считать, что история атомизма начинается с Демокрита, Левкиппа (V в. до н. э.), которые предположили, что материя состоит из множества атомов – мельчайших неделимых частиц. Однако о жизни этих мыслителей нам ничего неизвестно, т. к. их труды не дошли до наших дней, но мы знаем о них по ссылкам последователей. Логика их рассуждений была крайне проста: если взять материальный объект, разделить его пополам, а затем половину еще разделить пополам и т. д. В конечном итоге получится столь мелкая часть, что дальнейшему делению пополам невозможна, это и будет атомом материи (неделимой ее частью). Эта идея об атомном строении материи сохранилась до XIX века, когда сформировались основы физики, химии, как отдельные науки. Химики оказались проворнее, проводя химические опыты, было обнаружено, что некоторые вещества, распадаются на компоненты, также состоящие из атомов. Например, атмосферный воздух состоит из нескольких простых частей, а ранее считалось, что это чистый газ, согласно древней теории воздух – одна из четырех стихий, наряду с землей, водой и огнем. Другой пример, вода распадается на водород и кислород, которые далее на составные части, состоящие из атомов, не распадаются, их и стали называть простыми химическими элементами.

Классификация простых химических элементов приведена в таблице Д. И. Менделеева (1834–1907), периодической системе химических элементов, открытой в 1869 году, став одним из величайших научных открытий, который является фундаментом мироздания. От него (от атомного уровня структурной организации материи) расходятся следующие уровни: более высший – молекулярный, состоящий из нескольких атомов, с последующей цепочкой вышестоящих уровней; и более низший уровень, состоящий из составных частей атома и последующих за ними элементарных частиц. Так, выстраивая последовательные цепочки уровней структурной организации материи, и будет строиться единая картина мира.

К тому времени было известно 63 химических элемента. Таблица построена в порядке возрастания атомного веса (массы), поэтому в таблице появилось много пустых клеточек, химические элементы которых были открыты позже, а Менделеев смог описать некоторые еще неведомые вещества. Менделеев три раза был представлен для получения нобелевской премии, но несправедливость заканчивалась лишь номинациями. И все же научный авторитет Менделеева был огромен, включающий более ста званий и титулов. Он был избран почетным членом всеми российскими и большинством зарубежных академий, университетов и научных обществ, а также награжден восемью орденами России и зарубежных стран.

Не вдаваясь глубоко в историю, как было отмечено ранее, следует признать существование более 600 видов периодической системы химических элементов. Даже краткий анализ этого увеличил бы объем данного раздела и книги в целом, т. к. в каждом последующем разделе подобных историй предостаточно. Однако с одной стороны единая картина мира должна включать основные варианты альтернативных теорий, что должно быть обязательным в учебном процессе, а с другой стороны единая картина мира должна быть по возможности краткой, чтобы была видна ее суть. В данной картине мира использованы наиболее распространенные теории, другие кратко упоминаются.

С появлением научного доказательства атомной теории в конце XIX века, появились мудрецы, опровергающие эту теорию. Так немецкая физическая наука, передовая наука того времени, находилась под влиянием энергетической теории, последователями которой были Джон Ринкен (1820–1872), Вильгельм Освальд (1853–1932), Эрнст Мах (1838–1916) и др., а также Макс Планк, которого позже принято считать основателем квантовой теории. Активным сторонником атомизма был Людвиг Больцман (1844–1906). Представители энергетизма отрицали существование атомов, недоступных для чувственного опыта (атом невозможно увидеть и ощутить). Спор между оппонентами был острым, как «тореро с быком». Планк в последствие писал: «Новая научная правда побеждает не потому, что удается переубедить оппонентов и заставить их прозреть, а больше потому, что оппоненты, в конце концов, умирают, уступая место новому поколению, для которых эта правда уже привычна». В словах Планка звучит горькая ирония, с которой он вспоминал эти дискуссии. Данное высказывание Планка справедливо не только для рассмотренного периода и теории атомизма, но и ко многим научным положениям, принятым с не совсем обоснованными доказательствами, а просто ученые договорились так считать.

Теория атомизма оказалась более убедительной в объяснении всех тепловых явлений как результат микроскопического движения атомов и молекул, из которых состоит материя. Когда рядом горячее и холодное тела, молекулы горячего тела посредством взаимного столкновения передают свою кинетическую энергию молекулам холодного тела. Эти объяснения, построенные на основании исследования излучений черного тела, сформулированы законы термодинамики, используемые до сих пор, а также Больцман открыл статистическую интерпретацию понятия энтропии. Энтропия тела S пропорциональна логарифму термодинамической вероятности определенного состояния системы W. Эту формулу можно увидеть на могиле Больцмана в Вене:

Коэффициент k = 1,3806488(13)*10– 23 Дж*K– 1 носит название постоянной Больцмана.

Некоторые варианты таблиц простых химических элементов вызваны своей необходимостью представления химических элементов в разных областях знания, например, геохимики, имеют свою таблицу по распространенности элементов в земной коре; некоторые исследования химиков-аналитиков выделяли свои группировки элементов. Своеобразно таблица периодической системы химических элементов представлена русским химиком Рыбниковым Ю. С. (1955 г. р.), основанной на истории русской науки, включая Менделеева. Его своеобразное представление формы таблицы и элементов в таблице очевидно связано в какой-то степени с энергетической теорией с единственным отступлением – признание атомов, но отрицание их составляющих – атомного ядра и последующих частиц.

Немного ранее предложен интересный вариант таблицы Менделеева академиком Болотовым Б. В. (1930 г. р.), за основу которого взят атом водорода, все остальные элементы являются производными от него, образованных в результате соединения нескольких водородных или других атомов. Это происходит с помощью преобразования энергии на более высоком уровне, чем в обычных химических реакциях и на более низшем уровне, чем в ядерных процессах. Так появилась химия второго поколения, химия первого поколения это все процессы химических преобразований: горения, взрыва, термические процессы – это процессы на уровне эВ, иногда на уровне КэВ. Болотов занимался атомными процессами в диапазоне энергии от 250 МэВ (расщепление урана) до эВ, которым наука не занималась. Это было названо химией второго поколения. В дополнение к элементам таблицы Менделеева появляются фрагменты элементов, т. е. пришлось отказаться от атомной модели Бора, т. к. она не все объясняет. Структура атома представляется в виде кристалла, образованного из электронно-позитронных пар, сближенных за счет кулоновских сил, как гантели, но не на столько, чтобы аннигилировать. Эти пары как нейтральные могут образовывать кристаллические структуры, в виде правильных геометрических фигур. Построено 9 таких тел, включая 5 платоновских конструкций и еще несколько, им даны свои названия: тетрон, кубон, ромбон и т. д. в соответствие с названием фигур. Это позволило построить таблицу, имеющую 9 рядов, в которой просматриваются физические законы и все закономерности таблицы Менделеева. Таблица построена в виде цилиндра, элементы усложняются по спиральной траектории, как по диагоналям, а также по зигзагам. На другой таблице изображены потенциалы ионизации элементов. Верхний углеродный ряд, имеющий высший потенциал ионизации, доходящий до 140 эВ. Далее идет боровский ряд, за ним бериллиевый, литиевый, гелиевый ряд, водородный и ниже ряды азота, кислорода и фтора – те же 9 рядов, что и в первой таблице. В первом ряду за углеродом следует хром с похожими свойствами, следующий элемент молибден, далее идет платина и т. д. Если к углероду, у которого 6 водородных атомов добавить еще водородный атом получится 7, можно сказать, что это азот, но он в другом месте, на изотоп тоже не похож, у него 6, для изобара не соответствует масса, здесь получается новый химический элемент азот со свойствами углерода, имеющий новые свойства. Элементы такого рода имеют общее название изостер. Таким образом таблица Менделеева в болотовском варианте имеет около 10 тысяч химических элементов.