Все записи
09:05  /  24.08.17

3799просмотров

Теория строения атома

+T -
Поделиться:

Благодаря существованию у человека хорошего вкуса он имеет возможность подсознательного интуитивного принятия верных решений в повседневной деятельности. Стремление к элегантности в науке всегда делало её более совершенной.

Основным источником сведений о строении мельчайших частиц материи, в частности химических частиц (атомов, молекул, ионов), является экспериментальное исследование их свойств. После обобщения экспериментальных данных создавались теории строения этих частиц, содержащих определенную совокупность представлений и постулатов. Любая такая теория ограничена, так как описывает определенную совокупность экспериментальных фактов, возможно очень большую, но часто где-то оказывается предел её возможностей и за этой чертой без дальнейшего ее развития теория становится непригодной и тормозит дальнейшее развитие науки. 

Был период бурного развития науки конца XIX столетия и первой половины XX века, когда почти ежегодно делались фундаментальные открытия, которые в течение следующего года воплощались в практику, например, в 1895 году состоялось открытие Рентгеном Х-лучей, которые уже в 1896 году начали использоваться в практической медицине, и в том же 1896 году Беккерель открыл явление радиоактивности солей урана. По сравнению с теми годами, сейчас положение вещей в фундаментальной науке можно назвать периодом застоя, когда развитие техники осуществляется только за счет обычного совершенствования технологий, в частности наращивания объема памяти компьютеров, смартфонов, запасов энергии аккумуляторов и тому подобное. Это можно объяснить только тем, что либо уже все открыто, либо предыдущие фундаментальные теории исчерпали себя, являются неверными и уже тормозят развитие науки. Поэтому необходимо создавать новые теории, которые лучше объясняли бы известные экспериментальные данные и создавали возможности для движения фундаментальной науки вперед.

По моему мнению, сейчас между классической, проверенной временем, теорией химического строения и современной квантовой механикой содержится значительный разрыв, обусловленный ложным пониманием физической сути поведения электрона в атоме. Слишком много в квантовой механике нерешенных вопросов, которые непонятны не только школьникам, но и их учителям и академикам. Среди них: что заставляет электрон двигаться по вытянутой гантелеобразной р-орбите (как написано в школьных учебниках), траектория которой проходит через ядро, почему электрон при этом не падает на ядро и не излучает во время своего углового ускорения по такой орбите свет? При этом отсутствуют доказательства существования такой формы электронной орбиты, иначе говоря, такие орбиты никто не видел. 

Сейчас возможно получение правильных квантовых количественных расчетов только для простейшего атома водорода, но ни для одного другого многоэлектронного атома. При этом отсутствует корреляция между теоретическим и экспериментальным орбитальным магнитным спином. Невозможно объяснить, почему ядро, имеющее собственный спин, стабильно находится на своем месте в центре совокупности гантелеобразных электронных орбиталей. Когда спрашиваешь об этом физика, он обычно отвечает, что это представление о гантелеобразную электронную орбиту не имеет физического смысла и является условным, и достаточно только математического описания поведения электрона в атоме.

Планетарная модель строения атома была предложена Резерфордом в 1911г. Позже от нее отказались из-за невозможности объяснения движения электрона по кругу без излучения. Сейчас физики не представляют себе строение атома, а просто описывают его математически сложным трехмерным дифференциальным уравнением Шредингера. Но даже для атома водорода решение этого уравнения не совсем верно из-за элементарных функций. Для атомов, имеющих два и более электронов, уравнение Шредингера не может быть решено даже численным образом. 

Не верится, что строение атома невозможно себе представить. По моему, всё возможно себе представить, и если эта воображаемая модель будет правильная, то все формулы и расчеты будут сходиться. Из базовых принципов строения атома совсем не вытекает, почему именно 2 элемента содержатся в I-м периоде периодической системы элементов, восемь во II-м и III-м периодах, восемнадцать в IV-м и V-м периодах, тридцать два в VI-м периоде. Почему происходит такая характерная периодическая смена радиусов атомов и их первых потенциалов ионизации? И почему вообще существует периодическая система элементов. Напротив, существование различных типов химических связей, магнитных свойств веществ, сверхпроводимости объясняется введением надуманных и искусственных понятий типа sp-гибридизации. Такие искусственные объяснения и неочевидные предположения, которые затрудняют общую картину, обычно используются в случаях, когда возникают проблемы в основном алгоритме определенного явления или проблемы. Непонятно также, почему валентность равна 8, а также почему все физико-математические расчеты поведения электронов в атоме, более сложном, чем атома водорода, являются неточными. Поэтому не удается создать точный магнитно-резонансный томограф, настроенный на атомы других важных биологических элементов, кроме атома водорода, например на атом углерода, азота или кислорода. И для уточненного описания поведения электрона в многоэлектронных атомах ученые вынуждены подгонять формулы, вводя какие-то дополнительные коэффициенты, используются приближенные методы, в частности теории возмущений.

Все становится проще и понятнее без дополнительных вводных, если принять базовым простое положение. Единственное состояние электрона в атоме - это движение по кругу, и все. Нет никаких гантелей р-орбиталей и p-электронов, как и нет последующих d-, f-, g-состояний электрона, и d-, f-, g-орбит. Просто из таких колец, по которым движутся электроны и построены все атомные орбиты.  По моему мнению, первым исследователям, которые описывали поведение электрона в атоме, просто не хватило пространственного воображения для построения кольцевой модели атома, поэтому они вынуждены были ввести искусственные понятия и идеи гантелеобразных орбит. Позже эти идеи корифеев закрепились и после того как они попали в учебники по физике их никто не решался опровергать.

На самом деле, в атоме водорода содержит только одно электронное кольцо, что является простым и верным решением, с которым никто не спорит, потому что оно согласуется со всеми расчетами и современными представлениями об s-электроне. Этот единственный электрон вращается по кругу вокруг ядра, которое находится в центре этого круга. Это кольцо может свободно вращаться вокруг ядра, образуя сферу. В атоме гелия первый электронный уровень дополняется вторым, который представляет собой параллельно расположено кольцо с противоположным первому направлением движения электрона. Противоположное направление движений второго необходимо для компенсации магнитного момента, возникающего во время движения первого электрона.

В атомах второго периода периодической системы элементов первый уровень электронов занимает более близкую к ядру систему из двух s-колец, а все последующие по мере увеличения заряда ядра занимают стабильную 8-кольцевую конструкцию, которая может свободно вращаться вокруг ядра - центра симметрии. Кольца переходят друг в друга, поэтому направление движений электронов в соседних кольцах противоположный, а в местах их соединения совпадает и сливается в общий поток. На орбите вокруг ядра, таким образом, существует 4 парных расположенных друг против друга кольца, в которых поток электронов однонаправленный. 

Конфигурация магнитных полей в данном случае такова, что происходит взаимосогласование движения электронов именно по этим траекториям, а ядро оказывается в своеобразной магнитной ловушке. При смещении ядра из центра этой системы в одну сторону увеличения силы магнитного поля с этой стороны возвращает ядро в прежнее положение в центр системы. Атомные орбиты электронов центральносимметричные. Таким образом, во 2-3-х периодах в конструкции орбиты можно расположить только 8 центральносимметричных связанных друг с другом колец, в 4-5 периодах - 18 колец, 6-7 периодах - 32 кольца. Поэтому все элементы можно расположить в периодической системе по изменением своих химических характеристик. После полного заполнения 8 колец начинается заполнение именно 18 колец, а не любого другого количества. Другие варианты невозможны. Другое количество колец не может стать взаимосвязанным и создать симметричную сферическую конструкцию с таким расчетом, чтобы электрон, двигаясь по всей области орбиты и переходя с одного кольца на другое, сохранял постоянное направление движений при возвращении на то же самое кольцо. Так логично и просто можно объяснить наличие именно такой периодической системы элементов.

Подобные кольцеобразные модели рисовали и американский архитектор К.Снельсон в 1963 году, и позднее были сконструированы объемные модели в образовательных целях российским педагогом Д.Кожевниковым. Однако они не связывали и не связывают расположение этих колец с потоками электронов, поэтому 32-электронная орбита у них смоделирована неправильно. Траектория движения электрона по периметру всего уровня 8-, 18- и 32-электронных орбит выглядит волнообразной, и, учитывая корпускулярно-волновой дуализм частиц микромира, этот процесс можно описать термином «стоячая волна».

При наличии на орбите одного электрона только он движется по всем кольцам, переходя из одного кольца на другое. При расположении на орбите нескольких электронов, их может расположиться не более одного электрона на одно кольцо. БОльшая вероятность или расположение нескольких электронов в каком-либо из восьми колец уровня обусловлена необходимостью постоянного сохранения максимально полной компенсации момента атома и симметрии электромагнитных моментов, которая происходит в такой конструкции автоматически. Заполнение электронами всего уровня орбиты создает для каждого отдельного электрона возможность длительного времени пребывания в идеальных для себя условиях кругового движения в пределах одного кольца без всяких флуктуаций, тогда химические свойства атома становятся инертными.

Второй 8-електронний уровень образуется на определенном расстоянии от первого. Радиус атома при этом увеличивается. Кольца обоих уровней располагаются друг против друга, но направление движения электронов в них противоположный, что обеспечивает полную магнитную компенсацию атома.

Следующий уровень является 18-электронным, далее следует 32-электронный. Вторичной структурной единицей этих 18-и 32-электронных конструкций есть большие кольца, построенные из шести одноэлектронных колец. Ближние к ядру электроны имеют бОльшую энергию, или скорость движения, чтобы не упасть на ядро, так как находятся между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами внешних орбит. Переход электрона с близкой к удаленной от ядра орбите сопровождается потерей им энергии и излучением кванта света - фотона.

Осознавая такое строение электронных оболочек атома легко объясняется и предусматриваются характерные свойства элементарных и сложных химических частиц - атомов, молекул и ионов. Понятно, что в пределах периода (горизонтальная строчка периодической системы элементов) атомный радиус уменьшается слева направо, т.к. возрастает заряд ядра. Рассмотрим теперь периодическое увеличение радиусов атомов первой группы (вертикальный столбик) периодической системы элементов (первый вертикальный столбик): водород - литий - натрий - калий - рубидий - цезий - франций (0,05 - 0,155 - 0,189 - 0,236 - 0,248 - 0,268 - 0,290нм). Оно свидетельствует о том, радиус 8-электронного атома лития приблизительно в 3 раза больше 1-электронного атома водорода (можете сравнить отношение одного кольца ко всей 8-кольцевой модели конструкции даже визуально). Кроме того, восемь электронов в атомах 2-го и 3-го периодов увеличивают радиус атома больше (на 0,034нм) чем 18 электронов в атомах 4-го и 5-го периодов (на 0,012нм), что невозможно объяснить иначе, чем рассмотрев соотношение размеров колец в 8 - 18 - 32 - кольцевых конструкциях к радиусу всей сферы атома – около 1,7 - 2,5 - 4,2. Ближе по значениям друг к другу стоят размеры колец 8 и 18 - кольцевых конструкций. Этим размерам соответствует как энергия электронов, так и расстояние от орбиты к ядру.

При невозможности построения в рамках 8-кольцевой орбиты симметричной и компенсированной по всем показателям конструкции с незаполненными полностью 8 кольцами, один или несколько электронов становятся слабо локализованными в определенном кольце. Тогда может происходить конформация в 6-кольцевую не спаренную модель, объясняющую аномально низкие первые потенциалы ионизации газообразных атомов бора и кислорода в ряду их роста во втором периоде к подобным потенциалам атомов в других периодах.

В отличие от атомов молекулы всегда создают спаренные кольцевые электронные орбиты. Этим можно объяснить, что в природе преобладают молекулы, а не атомы. Недостаточная заполненность электронами энергетических уровней единичного атома побуждает его к объединению с другими атомами для взаимного достижения идеальной электронной конфигурации. При этом одно из электронных кольцо атома встраивается в кольцо 8-кольцевого уровня другого атома. Так возникают химические реакции.

Так называемая водородная связь, которая существует между молекулами, в составе которых есть атомы водорода и атомы элемента второго периода (углерод, азот, кислород), является по сути магнитной связью на определенном расстоянии между молекулами - между кольцами с некомпенсированным магнитным моментом. Энергию водородной связи (20-30 кДж/моль) можно рассчитать между определенными молекулами, как энергию магнитного поля, учитывая радиус кольца, скорость движения электрона (силу электрического тока) и расстояние между электронными кольцами молекул. Отсутствие водородной связи между молекулами H2S, H2Sе, H2Те, в отличие от H2О, объясняется компенсацией магнитного поля внешнего 8-кольцевого уровня внутренним 8-кольцевым уровнем, в котором движение электронов по кольцам имеет противоположное направление. Благодаря наличию этой магнитной водородной связи вода обладает уникальными физико-химическими свойствами, что обусловило появление и существование жизни на Земле. 8-валентность тяжелых химических элементов объясняется доминированием основных магнитных четырех осей, порождаемое 8-электронной орбитой и поддерживается благодаря такому уникальному геометрическому строению 18-и 32-электронных орбит. Внешние 18- и 32-электронные орбиты будто нанизываются на эти 4 основные магнитные оси внутренних орбит.

Учитывая направление движения электронов по кольцам 8-кольцевой модели атома углерода можно объяснить наличие противоположных кольцевых потоков совместных электронов над и под круговой молекулой бензола (если ее представить в горизонтальной плоскости), что придает молекуле дополнительную устойчивость именно в кольцеобразном варианте строения. 

В свою очередь, спаривание больших электронных колец приводит к образованию пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, которые являются производными бензола, спиральной молекулы нуклеиновой кислоты ДНК или РНК. Можно утверждать, что природа стала живой, то есть самовоспроизводимой, благодаря энергии, содержащейся в атоме. Молекула ДНК по сути концентрирует и направляет в определенных направлениях электронные потоки, она может создавать различные комбинации электромагнитных полей. Поэтому она может легко конформироваться для активизации определенных своих участков, выходящих наружу, а другие участки при этом скрываются внутри и становятся неактивными. Вероятно, что ДНК клеток под суммарным воздействием электромагнитных полей других ДНК постоянно конформируется в процессе роста зародыша и плода человека. Таким образом, каждая ДНК в клетке, как в голограмме несет информацию обо всем организме.

Учитывая такую модель строения атома легче объяснить отсутствие излучения, которое должно возникать при круговом ускорении. Физически, с одной стороны, это можно объяснить взаимным гашением возникающих электромагнитных волн от электронов соседних колец, по которым электроны вращаются в разных фазах. С другой стороны, постоянное возвращение электрона при движении по кругу на то же место в течение сколь угодно долгого времени не должно вызывать никаких изменений как снаружи так и внутри такой системы, в том числе излучения. Равномерное поступательное движение электрона по прямой является частным случаем кругового движения с радиусом, приближенным к бесконечности. В такой воображаемом путешествии электрона во Вселенной при отсутствии внешнего воздействия, электрон должен вернуться в исходную точку траектории. Разница между приведенными примерами - прямолинейным движением Вселенной и круговым по орбите атома, состоит только в энергии электрона, которая прямо пропорциональна скорости его движения и обратно пропорциональна радиусу круговой орбиты. Из приведенного примера также напрашивается вывод, что Вселенная не является бесконечной, т.к.  постоянное движение в одну сторону со временем неизменно приводит нас в начальную точку движения.

Комментировать Всего 8 комментариев

Это, как я понимаю, камушек в огород наших физиков-теоретиков. А вот рекламу Ирвина вы прилепили, или это уже редакция на вас начала зарабатывать?

Anton Litvin

Уже пропала. А по поводу сказанного у меня есть одна баналинка:

«Жизнь – это лента Мебиуса. Хотя она все время поворачивается к тебе разными сторонами, не отпускает ощущение, что все равно ты движешься по кругу.» ©Anton Litvin 

Как в жизни, то черная полоса, то белая. Как и в этой теории, то по одному кольцу крутишься, то по кругому. Правда многие жалуются, что застревают часто на одном кольце и на черной полосе.

Да, в них камень. Я эту теорию еще в школе придумал и даже опубликовал. Только сейчас в интернете нашел, что еще пару челов к подобной модели пришли, но неправильно ее понимают, поэтому рисуют неправильные 32-электронные орбиты. Они просто берут кольца и рисуют симметричные модели.

Ирвин не мой

Михаил Аркадьев Комментарий удален автором блога

что заставляет электрон двигаться по вытянутой гантелеобразной р-орбите

Это вульгаризация собственно научного положения: речь там идет об орбитали (а не орбите) - это не вид траектории, а область наиболее вероятной локализации. 

Это представление области наиболее вероятной локализации неверно. Ведь в этой области наиболее вероятной локализации электрон двигается, он же не стационарен. Поэтому он должен был бы двигаться от одного конца "гантели" в  другую, потом в обратную сторону, что является неверным представлением о траектории его движения.

Согласно Гейзенбергову соотношению неопределенностей, в применении к микрообъекту понятие траектории нерелевантно. 

Принцип неопределенности говорит только о том, что невозможно одновременно точно установить скорость и координаты микрочастицы, в данном случае электрона. А раздельно, без определения скорости положение электрона теоретически можно определить. Да и практически положение электрона можно определить, например, в камере Вильсона. 

И во всех учебниках по физике приводятся неправильные "области вероятности" существования электронов в атомах, которые я и критикую.

Михаил Аркадьев Комментарий удален автором блога