Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію
Видатний природознавець і мислитель, основоположник геохімії, біогеохімії, радіогеології та інших наук, а головне, вчень про біосферу і ноосферу, академік В.І.Вернадський, чиє 150-річчя з дня народження ми відзначаємо сьогодні, був ще й організатором багатьох академічних установ Росії, СРСР, України...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187909 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію / Р.Є. Гладишевський, С.В. Волков // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 3. — С. 3-6. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859764897617805312 |
|---|---|
| author | Гладишевський, Р.Є. Волков, С.В. |
| author_facet | Гладишевський, Р.Є. Волков, С.В. |
| citation_txt | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію / Р.Є. Гладишевський, С.В. Волков // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 3. — С. 3-6. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Видатний природознавець і мислитель, основоположник геохімії, біогеохімії, радіогеології та інших наук, а головне, вчень про біосферу і ноосферу, академік В.І.Вернадський, чиє 150-річчя з дня народження ми відзначаємо сьогодні, був ще й організатором багатьох академічних установ Росії, СРСР, України, у тому числі в 1918 році і Академії наук України.
|
| first_indexed | 2025-12-02T05:10:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
КОЛОНКА РЕДКОЛЛЕГИИ
УДК 546:544(09)
Р.Є.Гладишевський, С.В.Волков
ВНЕСОК В.І.ВЕРНАДСЬКОГО В КРИСТАЛОХІМІЮ
Видатний природознавець і мислитель, ос-
новоположник геохімії, біогеохімії, радіогео-
логії та інших наук, а головне, вчень про біосфе-
ру і ноосферу, академік В.І.Вернадський, чиє
150-річчя з дня народження ми відзначаємо сьо-
годні, був ще й організатором багатьох акаде-
мічних установ Росії, СРСР, України, у тому
числі в 1918 році і Академії наук України. Того
ж року він організував і очолив Хімічну лабора-
торію як самостійну наукову установу в складі
фізико-математичного відділення української
Академії наук. У 1929 році на базі Лабораторії
було засновано Інститут хімії, який у 1945 році
перейменований в Інститут загальної та неор-
ганічної хімії АН УРСР, а з 1993 року носить
ім’я свого фундатора.
До часу організації української Академії на-
ук і її Хімічної лабораторії академік В.І.Вер-
надський вже був відомим вченим світового рі-
вня. І цього успіху і положення він досяг, обрав-
ши на початку свого життєвого шляху — серед
багатьох наукових напрямів, які входили в коло
його інтересів, — мінералогію і кристалографію.
Більш того, В.І.Вернадський теоретично обгрун-
тував саме кристалохімію як новий науковий на-
прям: “... кристалохімія — область атомної тео-
рії будови речовини в твердому стані, тісно по-
в’язана з великими успіхами теоретичних ідей у
сучасній фізиці” [1].
Однак повернемося до початку творчої ді-
яльності Володимира Івановича.
В.І.Вернадський ще молодим вченим одер-
жав прекрасну академічну наукову освіту. Сту-
дентом слухав лекції Д.І.Мендєлєєва і В.В.До-
кучаєва на природничому відділенні фізико-ма-
тематичного факультету Петербурзького універ-
ситету. У 1885 році він написав твір “Про фізи-
чні властивості ізоморфних сумішей” і згодом
— магістерську дисертацію “Про групу силіма-
ніту і роль глинозему в силікатах”, де вперше
використав термін “ізоморфне заміщення”. Зна-
чення цієї термінології та явища ізоморфізму в
період розвитку науки, коли існування атомів
ще піддавали сумніву, а про будову твердої ре-
човини не існувало вірогідних експерименталь-
них даних, ми можемо по-справжньому оцінити
тільки тепер. Для здобуття посади приват-до-
цента Московського університету в 1891 році
він прочитав та опублікував лекцію “Про полі-
морфізм як загальну властивість матерії”, у якій
доводив, що поліморфізм, тобто існування де-
кількох кристалічних модифікацій однієї речо-
вини, є не випадковістю, а закономірною влас-
тивістю твердого тіла. У цій роботі він вперше
розглянув явище, нині широко відоме як мета-
стабільний стан. У 1893 році В.І.Вернадський
почав читати лекції з кристалографії і мінера-
логії на фізико-математичному факультеті Моc-
ковського університету. Докторська дисертація
В.І. Вернадського “Явища ковзання кристалічної
речовини”, опублікована в 1897 році, формаль-
но присвячена деформаціям зсуву в кристалах,
але насправді була, на той час, видатною робо-
тою із загальної кристалографії та кристало-
фізики. Саме тоді він задумав серію статей під
загальною назвою “Етюди з фізичної кристало-
графії”, які в 1909 році були об’єднані в “Лекції
з фізичної кристалографії”. За сучасними уяв-
леннями лекції стосуються розділів кристалохі-
мії та фізико-хімічного аналізу. Сам автор нази-
вав цей науковий розділ хімічною кристалогра-
фією. Особливу увагу приділено кристалічній і
поверхневій енергії, явищам кристалізації, полі-
морфізму. Можна сміливо стверджувати, що це
були перші к р и с т а л о х і м і ч н і лекції. Зок-
рема, в них розглянуто поліморфізм амоній ніт-
рату NH4NO3 з його чотирма модифікаціями
оксидів титану і силіцію TiO2 і SiO2. У цей час
опубліковані його важливі праці “Про пусті
проміжки в ізоморфних сумішах” та “Про ізо-
© Р.Є.Гладишевський, С.В.Волков , 2013
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 3 3
мерію в групі алюмо- і ферисилікатів”, які ха-
рактеризуються вже виключно кристалохімі-
чною методологією. У подальшій роботі В.І. Вер-
надський розширював кристалохімічні понят-
тя та аналізував розвиток цієї науки з огляду на
історичну перспективу.
Роботи В.І.Вернадського про симетрію та
кристалічний простір є методологічними і до-
слідницькими [2]. Слід зауважити, що матема-
тичні основи кристалографії і кристалохімії на
початку XX сторіччя були не такими, як сьо-
годні. Зокрема, тензорний аналіз для опису фі-
зичних властивостей кристалів як анізотропно-
го середовища ще практично не використову-
вали. Але розуміння В.І.Вернадським взаємо-
зв’язку симетрії і властивостей кристалу прос-
тежувалося в його лекціях з кристалографії у
розділах “Закон еліпсоїда і його симетрія” та
“Порівняння симетрії еліпсоїда з симетрією кри-
сталічних класів”. У сучасних кристалографії і
кристалохімії це розглядається як використання
тензорів другого рангу для опису фізичних вла-
стивостей кристалів, зокрема еліпсоїдів теплових
коливань атомів, деформацій, напруг, магнітної
сприйнятливості та деяких інших властивостей.
Безумовно, параметри цих еліпсоїдів залежать від
симетрії, що і зазначав В.І.Вернадський. У частині
лекцій “Декілька зауважень про характер фізич-
них явищ, які виражаються законом еліпсоїда”
подано вказівки щодо опису фізичних властивос-
тей анізотропних матеріалів з урахуванням їхньої
симетрії. Ці методичні матеріали використовують
опосередковано в лабораторних дослідженнях і в
наш час — при описі характеристик текстури по-
лікристалічних речовин за допомогою законів
еліпсоїда [3]. Цікаво, що більш наочними вия-
вились міркування саме В.І.Вернадського, ніж
при застосуванні тензорного аналізу.
Проте головним “симетрійним” уподобан-
ням В.І.Вернадського в теорії твердого тіла бу-
ла теорія просторових груп, розроблена Є.С. Фе-
доровим і А.Шенфлісом, а також поняття “крис-
талічного простору”. В роботі “Про стани фізич-
ного простору” він вводить важливе поняття ста-
ну простору, який проявляється в матеріально-
му середовищі. Так, В.І.Вернадський пише: “В дійс-
ності в глибоких побудовах Федорова і Шенфлі-
са ми маємо геометрично виражені структури про-
стору, в яких тільки і може існувати атомний
прояв будови матерії. Це є єдиним геометрично
можливим вираженням атомної будови речо-
вини”. І далі: “... при з’ясуванні більш складних
процесів є цілком можливим (і плідним) корис-
туватися при співвідношенні між хімічним скла-
дом і речовиною для вираження спостережених
правильностей (як показали роботи М .С.Кур-
накова і його школи, М .І.Степанова та ін.) ба-
гатовимірним простором. Тим не менше при цьо-
му ми не виходимо з евклідової геометрії”. Суча-
сні наукові уявлення повністю підтвердили вис-
новки В.І.Вернадського. Зображення фазових рів-
новаг у багатокомпонентних системах, що пот-
ребують наочного застосування проекцій бага-
товимірного простору, а також математичний
опис атомної будови речовини в особливих ви-
падках порушення регулярної структури крис-
талічної речовини вимагають поняття багато-
вимірного простору. Це стосується хімічних спо-
лук з так званою модульованою структурою та
сполук з композитною модульованою структу-
рою, опис яких здійснюється з використанням
евклідового фізичного простору з чотирма і бі-
льше вимірами. Поняття кристалічного прос-
тору сьогодні розширені: співвідношення між
хімічним складом і структурними характеристи-
ками в композитних структурах визначаються
граничним переходом від чотиривимірного про-
стору в реальний тривимірний простір. Поняття
кристалічного простору з п’ятьма та шістьма ви-
мірами застосовують для опису квазікристалів
— особливого стану і структури твердої речовини.
Важливим є й інше поняття, введене В.І.Вер-
надським у кристалографію та кристалохімію, –
“псевдосиметрія”. Він відзначав, що така будова
кристалічних речовин можлива у випадку, коли
локальна висока симетрія кристалічної структу-
ри притаманна більшій частині просторової гра-
тки структури речовини, але в загальному вся
структура характеризується нижчою симетрією.
Вчений переконливо довів, що явище псевдоси-
метрії пов’язане з мінімумом енергії системи. Це
було важливим методологічним передбаченням
не тільки для хімії твердого тіла, але і для фізи-
ки. Тепер ми знаємо, що ефект порушення симе-
трії є одним із основних фізичних інструментів
теоретичної фізики, а щодо фізики твердого ті-
ла, то варто згадати ефект Яна-Теллера [4].
Істотними є також інші узагальнення, зроб-
лені В.І.Вернадським щодо будови реальних
кристалів. На межі XIX і XX століть було зібра-
Колонка редколлегии
4 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 3
но достатньо експериментального матеріалу про
двійникування кристалів, проте фізико-хімічні
та геометричні характеристики цього явища ще
чекали свого узагальненого опису. В розділах лек-
цій з фізичної кристалографії, які були присвя-
чені процесам кристалізації, В.І.Вернадський пи-
ше про закони двійникових зростків, а також дає
класифікацію двійників, яка для макроскопічної
теорії двійникування і дотепер залишилась акту-
альною. Зокрема виділені двійники зрощування
та проростання, кристалічні агрегати і полісинте-
тичні двійники. Ця класифікація, яку В.І.Верна-
дський обгрунтовує термодинамічними міркуван-
нями, знайшла своє підтвердження в мікроско-
пічній теорії, пов’язаній з порушеннями ідеаль-
ної атомної структури. Відомим є його тверд-
ження, що симетрія повного двійника завжди є
вищою, ніж симетрія його доменів. Незнайомий з
поняттям атомної структури, в 1909 році В.І.Вер-
надський наводить приклади появи в двійниках
центру симетрії від нецентросиметричних доме-
нів, а також площин симетрії в результаті зро-
щування безплощинних доменів.
Серед усіх проявів кристалічного і фізично-
го просторів найбільше зацікавлення В.І.Верна-
дського викликало явище енантіоморфізму. Він
враховував 219 просторових груп, тоді як 11 про-
сторових груп, які повторювали відповідні інші,
не включав у систематику, а різницю між прави-
ми і лівими енантіоморфними структурами спо-
лук вважав різницею у властивостях простору
їхнього існування. У контексті кристалохімії йо-
го міркування повністю відповідали сучасним –
структури молекул і кристалів ідентичні за хімі-
чним складом, але не однакові за хімічними і фі-
зичними властивостями, зумовленими симетрією.
У праці “Про пусті проміжки в ізоморфних
сумішах” В.І.Вернадський пропонує енергетич-
ну теорію твердих розчинів. Він уперше пояс-
нив явище розпаду твердого розчину на окремі
фази, розглянув фазові рівноваги за участю твер-
дих розчинів. У роботі “Парагенезис хімічних
елементів у земній корі” (1909 рік) вперше сфор-
мульовано важливе кристалохімічне поняття “ізо-
морфні ряди”. Показано, що утворення твердих
розчинів і їхня протяжність залежать від бага-
тьох фізико-хімічних чинників. Зокрема, В.І.Вер-
надський розмістив елементи з однаковою ва-
лентністю і подібними хімічними властивостя-
ми в ізоморфні ряди, хоча вони іноді не спів-
падають з розташуванням у групах у Періоди-
чній системі елементів. Він запропонував розді-
лення ізоморфних рядів на хімічні і природні.
Природні ряди [Si, Ti, Mn, Zr, Sn] і [Al, Fe, Cr,
Mn, Ti, V] добре відтворюють кристалохімічні
характеристики мінералів, а хімічні, наприклад
[V, P, As, Sb, Bi, N], є подібними, з точки зору
кристалохімії, хімічними сполуками. Всього В.І.
Вернадський представив 18 ізоморфних рядів. У
наш час передбачення В.І.Вернадського повні-
стю підтвердилися. Багато мінералів і хімічних
сполук, одержаних в лабораторії, є ізоструктур-
ними або їхні структури належать до серій го-
мологічних структур. Він не обмежився виведен-
ням ізоморфних рядів і розглянув гетеровален-
тне заміщення. На основі розуміння процесів ут-
ворення і розпаду твердих розчинів В.І.Верна-
дський зробив багато відкриттів у галузях гео-
хімії і мінералогії, зблизив вчення про живу та
неживу природу. У 1918 році він повідомив між-
народне товариство про наявність нікелю та ко-
бальту в живих організмах, а також з’ясував роль
живих організмів у кругообігу речовин планети
та космічного пилу.
Співпраця В.І.Вернадського з іншими вче-
ними України привела до укорінення кристало-
графічних міркувань в освітянських закладах і
в Академії наук та дала суттєвий поштовх роз-
витку кристалохімії в Україні. На сьогодні кри-
сталохімічні дослідження неорганічних речо-
вин отримали найбільший розвиток у Львівсь-
кому національному університеті ім. І.Франка,
в Інституті загальної та неорганічної хімії ім.
В.І.Вернадського та НТК "Інститут монокрис-
талів" НАН України.
Розвиток кристалохімії в світі, пов’язаний з
відкриттям дифракційних методів вивчення крис-
талічної структури речовини у 1912 році, змінив
наукову думку і напрямки досліджень з хімії твер-
дого тіла. У середині ХХ сторіччя з бурхливим
розвиненням приладобудування та електроні-
ки сталася своєрідна наукова революція в експе-
риментальному визначенні структури речовини.
Починаючи з 50-х років поняття, що були вве-
дені в світову науку В.І.Вернадським, одержали
своє підтвердження на основі вивчення атомної
структури речовини. Для прикладу зазначимо,
що ідеї В.І.Вернадського є фундаментом криста-
лохімії інтерметалічних сполук. У працях зас-
новників Львівської кристалохімічної школи
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 3 5
Є.І.Гладишевського та П.І.Крип’якевича були
розвинуті поняття ізоморфізму в твердих розчи-
нах на основі інтерметалічних сполук [5]. Зокре-
ма, розширено поняття ізоморфних рядів, для
яких отримані такі кількісні характеристики: спів-
відношення атомних радіусів та об’ємів струк-
турних одиниць, а також хімічний і геометрич-
ний вплив фрагментів, характерних для різних
структурних типів. Утворення твердих розчинів
на основі однієї сполуки може відбуватися од-
ночасно за різними схемами: заміщення чи від-
німання частини атомів, заповнення атомами
пустот або утворення дефектів. Усе це веде до змі-
ни фізико-хімічних властивостей речовини, що
є одним із основних інструментів сучасного ма-
теріалознавства. Розпад твердих розчинів знай-
шов своє відображення в деталізованій картині
діаграм фазових рівноваг. Явище псевдосимет-
рії було розвинене та доповнене поняттям внут-
рішньої деформації, яка часто супроводжується
невеликими змінами загальної симетрії. При цьо-
му може змінюватись просторова група симетрії
структури, але її сингонія залишається тією ж
самою. У випадку зміни сингонії, якщо загаль-
ний тип структури з точки зору набору її коор-
динаційних многогранників є аналогічним, спо-
стерігаємо явище псевдосиметрії.
Тільки сьогодні, володіючи великим бага-
жем здобутих теоретичних знань і сучасними ек-
спериментальними методиками, ми можемо оці-
нити вагомий науковий доробок Володимира
Івановича Вернадського, його геніальні ідеї та
далекоглядність.
ЛІТЕРАТУРА
1. Вернадский В.И . Некоторые соображения о хими-
ческой изученности алюмосиликатов / Избранные
труды. -Т. 4. -С 229—231.
2. Вернадский В.И . Кристаллография. Избранные тру-
ды / Под ред. В.С.Урусова. -M.: Наука, 1988.
3. Печарский В.К., Аксельруд Л.Г., Завалий П.Ю. О ме-
тоде учета влияния преимущественной ориента-
ции (текстуры) в порошковом образце при иссле-
довании структуры вещества // Кристаллография.
-1987. -32. -C. 874—877.
4. Shriver D.F., A tkins P.W . Inorganic Chemistry. W.H.
-New York: Freeman and Co., 2010.
4. Гладышевский Е.И ., Черкашин Е.Е. Твердые раство-
ры на основе металлических соединений // Журн.
неорган. химии. -1956. -№ 1. -С. 1394—1401.
Львівський національний університет ім. І.Франка Надійшла 04.03.2013
Інститут загальної та неорганічної хімії
ім. В.І.Вернадського НАН України, Київ
Колонка редколлегии
6 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 3
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-187909 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-02T05:10:14Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гладишевський, Р.Є. Волков, С.В. 2023-02-04T08:20:49Z 2023-02-04T08:20:49Z 2013 Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію / Р.Є. Гладишевський, С.В. Волков // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 3. — С. 3-6. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187909 Видатний природознавець і мислитель, основоположник геохімії, біогеохімії, радіогеології та інших наук, а головне, вчень про біосферу і ноосферу, академік В.І.Вернадський, чиє 150-річчя з дня народження ми відзначаємо сьогодні, був ще й організатором багатьох академічних установ Росії, СРСР, України, у тому числі в 1918 році і Академії наук України. uk Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Колонка редколлегии Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію Вклад В.И.Вернадского в кристаллохимию Contribution of V.I.Vernadskii to crystal chemistry Article published earlier |
| spellingShingle | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію Гладишевський, Р.Є. Волков, С.В. Колонка редколлегии |
| title | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію |
| title_alt | Вклад В.И.Вернадского в кристаллохимию Contribution of V.I.Vernadskii to crystal chemistry |
| title_full | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію |
| title_fullStr | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію |
| title_full_unstemmed | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію |
| title_short | Внесок В. І. Вернадського в кристалохімію |
| title_sort | внесок в. і. вернадського в кристалохімію |
| topic | Колонка редколлегии |
| topic_facet | Колонка редколлегии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/187909 |
| work_keys_str_mv | AT gladiševsʹkiirê vnesokvívernadsʹkogovkristalohímíû AT volkovsv vnesokvívernadsʹkogovkristalohímíû AT gladiševsʹkiirê vkladvivernadskogovkristallohimiû AT volkovsv vkladvivernadskogovkristallohimiû AT gladiševsʹkiirê contributionofvivernadskiitocrystalchemistry AT volkovsv contributionofvivernadskiitocrystalchemistry |