Скачать 378.52 Kb.
|
ЭВОЛЮЦИЯ ТЕОРИЙ АТОМА Канарёв Ф.М. Четвёртая лекция аксиомы Единства Анонс. Формирование научных представлений о структуре атомов – наиболее сложный процесс познания микромира.
Уважаемые искатели научной истины, Вы уже вооружены знаниями условий реализации аксиомы Единства. Она помогла нам найти уравнения для расчета спектров атомов и ионов, из которых следует отсутствие орбитального движения электрона в атоме. Теперь мы должны понять суть ошибочности постулатов и теорий атома, доказывавших орбитальное движение электрона. Наиболее последовательно эти постулаты и теории кратко изложены в книге [1]. Первое представление о структуре атома было теоретически обосновано Нильсом Бором в 1913 г. Главным его вкладом в теорию атома является гипотеза о квантовании орбитального момента импульса ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Из условия квантования (47), как мы уже показали, легко выводится формула для расчета спектра атома водорода [1]. Считается, что правило квантования орбитального момента импульса, предложенное Нильсом Бором, оставалось гипотезой до тех пор, пока Луи Де Бройль1 не высказал предположение о том, что длина волны ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() и появилась странность. Как понимать тот факт ( ![]() ![]() ![]() ![]() Зоммерфельд ввел новое правило квантования орбитального момента импульса. Вместо зависимости (48) он предложил зависимость [1] ![]() где ![]() В результате появилась необъяснимая закономерность изменения обоих квантовых чисел ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Так множились противоречия теории орбитального движения электрона в атоме и неясно было, как эти противоречия устранять. Почему орбитальный момент импульса электрона должен равняться нулю, когда он находится на первой орбите? Этот вопрос висит в воздухе до сих пор. Физики и химики привыкли к такому положению и уже не замечают этого вопроса. Не получив ответа на него, исследователи пошли дальше. Они присвоили названия состояниям электрона в момент, когда он имеет различные орбитальные моменты импульса (табл. 13) [1]. Таблица 13.
Последующие исследования показали, что в действительности орбитальный момент импульса изменяется по зависимости [1] ![]() Углубление теории орбитального движения Зоммерфельдом не позволило рассчитывать спектры атомов сложнее водородоподобных (атомов и ионов с одним электроном) атомов. Это означало отсутствие понимания процесса взаимодействия электрона с ядром атома. Но на это не обращали внимание и двигались дальше в ложном направлении [1]. Так как заряд электрона отрицательный, то условились считать, что векторы орбитального момента импульса ![]() ![]() ![]() ![]() Следующее соглашение оказалось ещё абсурднее. Известно, что спин ![]() ![]() ![]() где ![]() На этом странности теории атома не закончились. Было введено понятие «полный момент импульса», равный ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Странно, но вопрос о закономерности изменения энергии связи электрона с ядром атома при орбитальных переходах электрона так никто и не поставил. А ведь это главный вопрос при анализе всех химических реакций. Почему он не был поставлен? Это - загадка и историки науки, несомненно, будут разгадывать её. Не был поставлен и второй фундаментальный вопрос: каким образом электроны двух атомов, летающие по орбитам вокруг их ядер, соединяют атомы в молекулы? Вместо того, чтобы поставить эти вопросы и искать на них ответы, исследователи пошли дальше в тупиковом направлении. Обилие квантовых чисел затуманило орбитальное движение электрона в атоме. Плотность этого тумана увеличило уравнение Шредингера, за которое он вместе с Дираком получил Нобелевскую премию в 1933 [4]. В трехмерном пространстве уравнение Шредингера имеет вид [5] ![]() Решением этого уравнения является функция ![]() в которой координата ![]() ![]() Из уравнения Шредингера (52) следовала невозможность определения положения электрона в атоме. Можно было оценить лишь плотность вероятности пребывания его в атоме. Чтобы спасти идею орбитального движения электрона, плотность этой вероятности назвали орбиталью и стали представлять её в виде электронного облака определенной формы (рис. 1) [7].
Рис. 1. Формы электронных облаков Как видно (рис. 1), формы орбиталей весьма далеки от форм круговых и эллиптических орбит, но это не смущает физиков и химиков. Они продолжают считать, что электроны в атомах движутся по орбитам [7]. Завершил тупиковый путь Паули, сформулировавший принцип, согласно которому в атоме не может быть электронов, имеющих все одинаковые квантовые числа. За это ему была присуждена Нобелевская премия в 1945 г с такой формулировкой: «За открытие принципа, названного его именем (Принцип Паули)» [4]. Такой путь развития теории атома не дал самую необходимую информацию - закономерность изменения энергий связи электронов с ядрами. В результате химики до сих пор не знают энергии связи электрона атома водорода с протоном, не говоря уже о других атомах и электронах. Но самое удивительное в том, что они не желают даже знать о том, что это нужно знать. И совсем не интересуются информацией о том, что эта задача уже решена [2], [3]. 2. Структуры атомов первых химических элементов 2.1. Структура атома и молекул водорода Теперь приведем модели атомов первых химических элементов, следующие из описанных теорий атома и из новой теории. Атом водорода первый и самый простой из них. Роль ядра выполняет протон и с ним взаимодействует электрон. Уравнение Э. Шредингера предсказывает наибольшую вероятность пребывания электрона на поверхности сферы атома с радиусом ![]() ![]() Рис. 2. Схема атома водорода, следующая из теорий атома ХХ века Этой информации явно недостаточно для анализа процесса взаимодействия электрона с протоном. Поскольку электрон может находиться на разных орбитах, то необходимо знать радиусы этих орбит. Далее необходимо знать энергии связи электрона с протоном, соответствующие разным орбитам. Эти энергии обязательно должны содержатся в спектре атома водорода и, как мы уже показали, они действительно имеются там, но орбитальное движение электрона не позволило многочисленным исследователям найти эти энергии и закон их изменения. Поэтому первая и самая главная задача выявления структуры атома водорода должна быть посвящена поиску математической модели закона изменения энергии связи электрона с протоном [2], [3]. Известно, что энергия ионизации атома водорода равна ![]() ![]() ![]() Далее, поглощая фотон с энергией ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Это и есть математическая модель закона изменения энергии связи электрона с протоном атома водорода. Она явно следует из спектра атома водорода, но её проигнорировали, и мы не знаем почему. Быть может, смущал факт отсутствия спектральной линии, соответствующей энергии ионизации атома водорода ![]() Для последующего описания поведения электронов в атомах мы вводим понятие энергетический уровень электрона в атоме вместо существующих понятий орбита и орбиталь. Электрон атома водорода вступает в связь с протоном на расстоянии, соответствующем 108-му энергетическому уровню [2], [3]. Далее он не может перескочить все уровни и сразу оказаться на первом ( ![]() ![]() ![]() ![]() Далее, мы приводим математическую модель закона формирования спектров атома водорода, соответствующую стационарным энергетическим уровням электрона [2], [3]. ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Как видно, в этой модели (55) нет энергии и частоты, соответствующей орбитальному движению электрона в атоме. Это значит, что он не совершает такого движения. Закон Кулона позволяет определить расстояние между протоном и электроном в момент пребывания его на первом энергетическом уровне. Поскольку энергия связи протона с электроном в этом случае равна ![]() ![]() ![]() Подставляя в полученные формулы ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Результаты расчета ![]() ![]() Таблица 14. Спектр атома водорода, энергии связи ![]() ![]()
Мы уже показали, что из закона спектроскопии (55), открытого нами, следует, что энергии поглощаемых и излучаемых фотонов при переходе электрона между энергетическими уровнями ![]() ![]() ![]() Таким образом, математические модели (54, 55 и 57) формирования спектра атома водорода не имеет составляющей, соответствующей орбитальному движению электрона. Это значит, что электрон не имеет орбитального движения в атоме. Сразу возникает вопрос: каким же образом электрон атома водорода взаимодействует с протоном? Какие силы сближают эти частицы и какие ограничивают их сближение? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо проанализировать уже имеющуюся научную информацию о моделях электрона и протона [2], [3]. Известно, что масса покоя электрона равна ![]() ![]() Детальный анализ структуры электрона показал, что он имеет форму полого тора (рис. 3). Его структура оказывается устойчивой благодаря наличию двух вращений. Первое - относительно оси, проходящей через геометрический центр тора перпендикулярно плоскости вращения, и второе - вихревое вращение относительно кольцевой оси, проходящей через центр окружности сечения тора [2], [3]. ![]() Рис. 3. Схема модели электрона На рис. 3 показана лишь часть магнитных силовых линий и линий, характеризующих электрическое поле электрона. Если показать всю совокупность этих линий, то модель электрона примет форму, близкую к форме яблока. Как видно, магнитное поле по форме близко к магнитному полю стержневого магнита. Несколько методов расчета радиуса ![]() ![]() ![]() ![]() Напряженность магнитного поля вблизи геометрического центра электрона оказывается равной ![]() Это очень большая напряженность. Она убывает при удалении от геометрического центра вдоль оси вращения электрона пропорционально кубу расстояния. Но самая главная новая информация об электроне касается его спина. Он равен постоянной Планка ![]() О протоне информации меньше. Известно, что это очень маленькая частица с положительным зарядом, равным отрицательному заряду электрона ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где: ![]() ![]() Таким образом, радиус ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В современной физике векторы ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Анализ процессов формирования молекул показывает, что у протона направления векторов спина и магнитного момента противоположны, поэтому формула (61) описывает магнитный момент электрона, а формула (62) – протона. Напряженность магнитного поля вблизи геометрического центра модели протона оказывается значительно больше аналогичной напряженности магнитного поля электрона. Используя магнитный момент протона ![]() ![]() ![]() ![]() Это - колоссальная напряженность магнитного поля вблизи центра симметрии протона. За пределами этого центра она убывает пропорционально кубу расстояния от его геометрического центра [2], [3]. Мы уже предположили, что эта напряженность магнитного поля генерирует силы, эквивалентные ядерным силам, соединяющим протоны с нейтронами [2], [3]. Из этого следует, что электрон с протоном сближают их разноименные электрические поля, а ограничивают это сближение одноименные магнитные полюса. Тогда модель атома водорода будет такой, как она показана на рис. 4. ![]() Рис. 4. Схема модели атома водорода: ![]() ![]() Таким образом, из результатов наших исследований следует, что ядро атома на три порядка меньше размера электрона. Оно располагается на его оси, на расстоянии ![]() Сравнивая модель атома водорода, следующую из совокупности старых теорий атома, представленную на рис. 4, со схемами атома водорода, представленными на рис. 1 и 2, и следующими из новой теории атома, видим их разительное различие по архитектонике и по информативности. Новая модель атома водорода (рис. 4) содержит почти всю информацию, необходимую химикам для анализа процессов формирования молекул водорода. Сейчас считается, что молекулы образуются в результате перекрытия электронных облаков атомов (рис. 5) [6]. Фактически это означает, что электроны атомов соединяют их в молекулы. Это - следствия огромного опыта химиков, который подсказывал им, что электроны атомов, взаимодействуя, соединяют их в молекулы. Однако идея орбитального движения электрона препятствовала детальному анализу этого процесса. Чтобы спасти эту идею, они ввели понятие «орбиталь». Теперь этого препятствия нет и у нас появилась возможность для детального анализа этого процесса. Чтобы реализовать эту возможность, необходимо найти ответы, прежде всего, на следующие вопросы. Первый - какие силы сближают электроны, имеющие одинаковые заряды? Второй - как меняется энергия связи между электронными облаками при изменении расстояния между ними? Странно, но химики почти 100 лет боятся ставить эти вопросы, смирившись с абсурдной информацией о формировании молекул. ![]() Рис. 5. Схема формирования связи между электронными облаками атомов водорода [6] Вот ответ на первый вопрос, следующий из новой теории атома. При формировании молекулы водорода электроны двух его атомов сближают их разноименные магнитные полюса, а ограничивают сближение одноименные электрические поля. В результате образуется молекула водорода (рис. 6, а) и у нас формируется обязанность назвать связь между электронами электронной связью. ![]() Рис. 6. Схемы молекулы водорода ![]() Молекула водорода может формироваться и путем сближения протонов его атомов (рис. 6). В этом случае протоны сближают их разноименные магнитные полюса, а ограничивают сближение одноименные электростатические поля протонов. Такую связь мы обязаны назвать протонной связью. Кроме этого, как мы уже показали (рис. 4, 6, а), существует ещё электронно-протонная связь. Рассмотрим энергетику процесса формирования электронной связи в молекуле водорода (рис. 6, а). Известно, что энергия синтеза одного моля молекул водорода равна 436 кДж, а одной молекулы – 4,53eV. Энергию эту выделяют электроны атомов в виде фотонов. Каждый электрон излучает фотон с энергией 4,53/2=2,26eV [2], [3]. Так как фотоны излучают электроны, то при формировании молекулы водорода каждый электрон должен излучить один фотон с энергией 2,26eV. Возникает вопрос: на каких энергетических уровнях должны находиться электроны в атомах водорода перед тем, как они начнут объединяться в молекулы? На рис. 7 представлена осциллограмма двух спектральных линий атома водорода. Первая светлая линия (слева) соответствует переходу электрона на второй энергетический уровень с энергией связи 3,4eV, а вторая (справа) – на третий с энергией связи 1,51eV [2], [3]. ![]() Рис. 7. Спектральные линии атома водорода Молекулярный спектр водорода представлен в виде сплошной светлой зоны (слева) (рис. 7). Фотоны, сформировавшие эту зону, излучены электронами атомов водорода при формировании его молекулы. Светлая зона свидетельствует о том, что электроны в составе молекулы не занимают дискретные энергетические уровни, как они это делают, когда находятся в составе атомов. В молекулах их энергии связи с протонами и друг с другом изменяются так, что их величины оказываются равными межуровневым величинам энергий связи, соответствующих атомарному состоянию. Когда электрон находится на третьем энергетическом уровне в атоме водорода, то его энергия связи с протоном равна 1,51eV, а когда на втором, то – 3,4eV. Чтобы излучить фотоны с энергиями 2,26eV при формировании молекулы и оказаться между вторым (с энергией связи 3,4eV) и третьим (с энергией связи 1,51eV) энергетическими уровнями, электрон должен перейти с 4-го на 2-й (примерно) энергетический уровень. В этом случае он излучит фотон с энергией [2], [3]. ![]() Фактически он излучает фотон с меньшей энергией 2,26eV и оказывается не на втором энергетическом уровне, а между вторым и третьим энергетическими уровнями, соответствующими атомарному состоянию (рис. 7). В соответствии с табл. 1. энергия связи между валентными электронами в молекуле водорода изменяется в интервале 1,51…3,40 eV. Конечно, если бы все электроны атомов водорода при формировании молекул излучали фотоны с одной и той же энергией (22,6eV), то в молекулярном спектре (рис. 7) появилась бы одна спектральная линия между атомарными линиями, соответствующими второму и третьему энергетическим уровням. Отсутствие этой линии и наличие светлой зоны (слева) указывает на то, что электроны атомов водорода при формировании его молекул излучают фотоны с разными энергиями так, что их средняя величина оказывается равной 2,26eV. Это, видимо, естественно, так как процесс этот идет не при одной какой-то температуре, а в интервале температур. В результате энергии связи между протонами и электронами в молекуле водорода оказываются такими как показаны на рис. 8 [2], [3]. Мы не будем углубляться в анализ энергетического баланса процессов синтеза молекул водорода, кислорода, озона, воды и др. Желающие могут познакомиться с деталями этого анализа в книгах [2], [3]. Чтобы начать анализ процесса формирования ядра и атома гелия, необходимо иметь информацию о нейтроне. Известно, что масса покоя нейтрона ![]() ![]() ![]() Рис. 8. Схема молекулы водорода с энергиями связи Нейтрон не имеет заряда. Поскольку масса нейтрона незначительно отличается от массы протона, то можно полагать, что они имеют близкие геометрические размеры. Можно полагать также, что радиус нейтрона примерно такой же, как и у протона. Отсутствие орбитального движения электрона формирует условия, при которых каждый электрон должен взаимодействовать с одним протоном ядра атома. Из этого следует, что протоны должны располагаться на поверхности ядра. Тогда для ослабления сил отталкивания, действующих между протонами, они должны соединяться с нейтронами так, чтобы между протонами обязательно были нейтроны. Дальше мы увидим, что описанное условие выполняется, если нейтрон имеет шесть магнитных полюсов. Основываясь на этом постулате, приступим к анализу структур атомов следующих химических элементов [2], [3]. |
![]() | Эволюция теорий атома третья и четвёртая лекции аксиомы Единства... Теперь мы должны понять суть ошибочности постулатов и теорий атома, доказывавших орбитальное движение электрона. Наиболее последовательно... | ![]() | Физический смысл тепла и температуры канарёв Ф. М. Десятая лекция... Происходит это потому, что элементарный носитель тепловой энергии – фотон существует в рамках Аксиомы Единства, а теоретики пытаются... |
![]() | Лекция аксиомы единства канарёв Ф. М. kanarevfm Анонс. В 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции – экспериментальный фундамент существующей... | ![]() | Вторая лекция аксиомы единства Анонс. Главный принцип научного поиска – установление начала формирования изучаемого физического процесса или явления |
![]() | Kanphil@mail ru Седьмая лекция аксиомы Единства Анонс Анонс. В 1831 году английский физик Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции – экспериментальный фундамент существующей... | ![]() | Лекция аксиомы единства канарёв Ф. М. kanarevfm Теперь у них есть возможность присвоить эти названия зримым структурам осколкам ядер, которые оставляют следы в экспериментах на... |
![]() | Новая первая лекция аксиомы единства Представим эту информацию в виде лекций главного судьи достоверности научных знаний – аксиомы Единства. Изучение цикла её лекций... | ![]() | Седьмая новая лекция аксиомы единства Анонс. Научные достижения человечества по формированию, передаче и приёму электронной информации – фантастика, полученная, главным... |
![]() | Лекция аксиомы единства канарёв Ф. М. kanarevfm Описание движения тел он начал с равномерного движения, которое всегда является следствием начального ускоренного движения. В результате... | ![]() | Лекция аксиомы единства канарёв Ф. М Природы начал рождать элементарные частицы и формировать материальный мир, состоящий из протонов, нейтронов и электронов, которые... |