Как работают атомы

Теперь давайте применим это к атому, где v → V, r → R, и m → me. Также умножьте верхнее уравнение на . Это дает:

Как работают атомы

Что удерживает электрон в атоме на орбите атомного ядра?

На первый взгляд, особенно если вы посмотрите на мультипликационную версию атома, которую я описал ранее, со всеми ее недостатками, электроны, вращающиеся вокруг ядра, похожи на планеты, вращающиеся вокруг солнца. И похоже, что принцип, лежащий в основе этих процессов, один и тот же. Но есть одна загвоздка.

фото

Что удерживает планеты на орбите вокруг Солнца? В ньютоновской гравитации (эйнштейновская сложнее, но она нам здесь не нужна) каждая пара объектов притягивается друг к другу гравитационным взаимодействием, пропорциональным произведению их масс. В частности, гравитация Солнца притягивает планеты друг к другу (с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними). Это означает, что если расстояние уменьшается вдвое, то сила увеличивается в четыре раза). Планеты также притягивают Солнце, но оно настолько тяжелое, что это почти не влияет на его движение.

Инерция, склонность объектов двигаться по прямой линии в отсутствие других действующих на них сил, действует противоположно гравитационному притяжению, в результате чего планеты движутся вокруг Солнца. Это можно увидеть на рисунке 1, где изображена круговая орбита. Обычно эти орбиты эллиптические – хотя в случае с планетами они почти круговые, поскольку именно так сформировалась Солнечная система. Это уже не относится к различным мелким камням (астероидам) и кускам льда (кометам), вращающимся вокруг Солнца.

Аналогично, все пары электрически заряженных объектов притягиваются или отталкиваются друг от друга с силой, которая также обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Однако, в отличие от гравитации, которая всегда притягивает объекты друг к другу, электрические силы могут как притягивать, так и отталкивать. Объекты, имеющие одинаковый положительный или отрицательный заряд, отталкиваются друг от друга. А отрицательно заряженный объект притягивает положительно заряженный объект и наоборот. Отсюда романтическая поговорка “противоположности притягиваются”.

Поэтому положительно заряженное атомное ядро в центре атома притягивает легкие электроны, движущиеся в задней части атома, более или менее подобно тому, как Солнце притягивает планеты. Электроны также притягиваются к ядру, но масса ядер настолько велика, что их притяжение почти не влияет на ядро. Электроны также отталкиваются друг от друга, что является одной из причин, почему они не любят проводить время рядом друг с другом. Вы можете подумать, что электроны в атоме движутся по орбитам вокруг ядра так же, как планеты движутся вокруг солнца. И на первый взгляд это именно так, особенно в комическом атоме.

Но вот в чем загвоздка: на самом деле это двойная ловля, каждая из которых имеет противоположный эффект по отношению к другой, в результате чего они отменяют друг друга!

Двойной улов: чем атомы отличаются от планетарных систем

фото

Первая загвоздка: в отличие от планет, электроны, вращающиеся вокруг ядра, должны излучать свет (точнее, электромагнитные волны, одним из примеров которых является свет). И это излучение должно заставить электроны замедлиться и закрутиться спиралью ближе к ядру. На самом деле, подобный эффект есть и в теории Эйнштейна – планеты могут излучать гравитационные волны. Но она чрезвычайно мала. В отличие от электронов. Оказывается, электроны в атоме должны по спирали спуститься к ядру очень быстро, за крошечную долю секунды!

И это было бы так, если бы не квантовая механика. Потенциальная катастрофа показана на рисунке 2.

Вторая загвоздка: но ведь наш мир работает по принципам квантовой механики! И у него есть свой удивительный и контринтуитивный принцип неопределенности. Этот принцип, описывающий тот факт, что электроны являются волнами так же, как и частицы, заслуживает отдельной статьи. Но вот что нам нужно знать об этом для сегодняшней статьи. Общее следствие этого принципа заключается в том, что невозможно знать все характеристики объекта сразу. Существуют наборы признаков, измерение одного из которых делает неопределенными все остальные. В одном случае речь идет о положении и скорости частиц, таких как электроны. Если вы точно знаете, где находится электрон, вы не знаете, куда он направляется, и наоборот. Вы можете пойти на компромисс и с определенной точностью знать, где он находится, и с определенной точностью знать, куда он идет. В атоме это происходит следующим образом.

Предположим, что электрон падает по спирали в направлении ядра, как показано на рис. 2. По мере его спуска мы будем знать его положение все точнее и точнее. Принцип неопределенности говорит нам, что его скорость будет становиться все более и более неопределенной. Но если электрон остановится в ядре, его скорость не будет неопределенной! Поэтому он не может остановиться. Если он вдруг попытается упасть вниз по спирали, ему придется двигаться все быстрее и быстрее в случайном порядке. И это увеличение скорости будет отталкивать электрон от ядра!

Таким образом, тенденция к падению по спирали будет нейтрализована тенденцией к более быстрому движению в соответствии с принципом неопределенности. Равновесие достигается, когда электрон находится на предпочтительном расстоянии от ядра, и это расстояние определяет размер атома!

фото

Если электрон изначально находится далеко от ядра, он будет приближаться к нему по спирали, как показано на рис. 2, и излучать электромагнитные волны. Однако в результате его расстояние от ядра станет настолько малым, что принцип неопределенности запрещает ему приближаться к ядру дальше. В этот момент, когда баланс между испусканием и неопределенностью найден, электрон организует стабильную “орбиту” вокруг ядра (точнее, орбиталь – этот термин был выбран, чтобы подчеркнуть, что в отличие от планет, электрон, благодаря квантовой механике, не имеет той же орбиты, что и планеты). Радиус орбитали определяет радиус атома (рис. 3).

Другая особенность – принадлежность электронов к фермионам – заставляет электроны не сводиться к одному и тому же радиусу и выстраиваться на орбиталях разных радиусов.

Насколько велики атомы? Аппроксимация на основе принципа неопределенности

В действительности мы можем приблизительно определить размер атома, используя только расчеты для электромагнитных взаимодействий, массу электрона и принцип неопределенности. Для простоты проведем расчеты для атома водорода, ядро которого состоит из одного протона, вокруг которого движется один электрон.

  • Масса электрона обозначается через
  • Обозначим неопределенность положения электрона через Δx
  • Неопределенность в скорости электрона обозначается Δv

где ℏ – постоянная Планка h, деленная на 2 π. Обратите внимание, что здесь говорится, что (Δ v) (Δ x) не может быть слишком маленьким, что означает, что обе неопределенности не могут быть слишком маленькими, хотя одна может быть очень маленькой, если другая очень большая.

Когда атом переходит в предпочтительное основное состояние, мы можем ожидать, что знак ≥ изменится на

B означает “A и B не совсем равны, но и не сильно отличаются”. Это очень полезный символ для оценки!

Для атома водорода в основном состоянии, где неопределенность положения Δx будет приблизительно равна радиусу атома R, а неопределенность скорости Δv будет приблизительно равна типичной скорости V электрона вокруг атома, мы получим:

Как мы узнаем R и V? Существует связь между ними и силой, удерживающей атом вместе. В неквантовой физике объект массы m на круговой орбите радиуса r, движущийся со скоростью v вокруг центрального объекта, притягивающего его с силой F, будет удовлетворять уравнению

Это не применимо непосредственно к электрону в атоме, но примерно работает. Сила, действующая в атоме, – это электрическая сила, с которой протон с зарядом +1 притягивает электрон с зарядом -1, и полученное уравнение имеет вид

где k – постоянная Кулона, e – единица заряда, c – скорость света, ℏ – постоянная Планка h, деленная на 2 π, и α – определенная нами постоянная тонкой структуры, равная . Объедините два предыдущих уравнения для F, и расчетное соотношение получится следующим:

Давайте теперь применим это к атому, где v → V, r → R, и m → me. Умножьте также верхнее уравнение на . Это дает:

На последнем этапе мы использовали наше соотношение неопределенности для атома, . Теперь мы можем вычислить радиус атома R:

И это оказывается почти точным! Такие простые оценки не дадут вам точных ответов, но они дадут очень хорошее приближение!

І. Рассмотрим примеры составления формул и определения зарядов элементов в соединениях этим методом.
Пример 1. Приведите формулу оксида трехвалентного элемента.
1 Напишите схему формулы оксида трехвалентного элемента -.

Движение электронов в атомах

Электронное облако – это модель движение электронов в атомеОбласть пространства, в которой данный электрон может быть найден в каждой точке . . Размер зависит от энергии электрона.. Чем выше энергия электроначем больше его орбита и чем дальше он находится от ядра.

Движение электронов в атомах

Распределение электронов в атомах

Отойди! Атом, молекула. Структура атома

Из курса седьмого класса мы узнали, что атом – это сложная система, состоящая из ядра и электронов (рис. 1). Теперь объясним расположение электронов вокруг ядра. Число электронов равно заряду ядра (атомному номеру элемента). Однако в
Электроны не притягиваются к ядру с одинаковой силой, потому что они обладают разными энергетическими ресурсами и поэтому находятся на разных расстояниях от ядра.

Движение электронов в атомах

Электроны с одинаковыми значениями энергии находятся на одинаковом расстоянии от ядра. Эти расстояния называются уровень энергии. Они обозначаются буквой n и нумеруются в порядке удаления от ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Значение n определяется номером периода, в котором находится элемент. Максимальное количество электронов
на каждом энергетическом уровне (емкость энергетического уровня)
задается формулой Движение электронов в атомахгде N– число электронов, n – число
уровень энергии. Если n = 1, N = 2; n = 4, Движение электронов в атомахэлектроны.

Движение электронов в атомах

Электроны, расположенные ближе к ядру, сильнее притягиваются к
в ядро. Энергия связи уменьшается с расстоянием от ядра. Радиус r показывает расстояние каждого энергетического уровня от ядра.

Электроны постепенно заселяют пространство вокруг ядра, образуя энергетические уровни (рис. 2). Почему важно знать, как распределены электроны в атоме? Поскольку физические и химические свойства элемента зависят от структуры его электронных оболочек (Таблица 1). Потому что именно при непосредственном участии электронов в атомах образуются и разрываются химические связи, т.е. происходят химические реакции. Скорость электрона очень велика, и его положение в пространстве в любой момент времени не может быть определено. Она может часто встречаться в одном месте пространства и редко – в другом. Область пространства, где вероятность найти электроны наиболее высока, называется электронное облако…или… орбитальный (с, п, д, ф).

Движение электронов внутри атомов

Электроны движутся внутри атомов

Форма электронных облаков различна: сферический обозначается буквой s (s-облако); в форме гантелир-облако, благодаря которому рp-облака ориентированы взаимно перпендикулярно вдоль трех осей x, y, z (рис. 3).

Электроны движутся внутри атомов

s-облако может располагаться в пространстве симметрично относительно пересечения осей x, y и z, поэтому оно обозначается одной клеткой.
пересечение координатных осей, поэтому он отмечен одной клеткой Электроны движутся внутри атомов р-облако
могут быть расположены вдоль трех осей x, y, zпоэтому обозначается как Электроны движутся внутри атомов
или три клетки Электроны движутся внутри атомов На одном энергетическом уровне могут находиться электронные облака различной формы, которые образуют подуровни.
Электроны вращаются не только вокруг ядра, но и вокруг своей оси, как
Земля вокруг Солнца и своей оси.

Вращение электрона вокруг своей оси называется спином. (от англ. спин – spin). Электроны могут вращаться по или против часовой стрелки. На каждой орбитали может быть только два разнонаправленных электрона. Поэтому в электронно-графических формулах для атомов электроны представлены в ячейке двумя разнонаправленными стрелками Электроны движутся внутри атомов

Электронное облако, энергетический уровень, электронная схема, ячейка, спин.

Электронные модели атомов

Давайте теперь обратимся к электронным моделям атомов. Давайте начнем с первого элемента таблицы Менделеева – атома водорода. Атом водорода имеет один электрон на s-уровне первого энергетического уровня. Электроны движутся внутри атомовАтом гелия – Электроны движутся внутри атомов(“один-два”).
В периодической таблице атомы водорода и гелия расположены в периоде 1, то есть у этих элементов одинаковые запасы энергии электронов, поэтому они находятся на одном энергетическом уровне. В соответствии с формулой Электроны движутся внутри атомовна первом энергетическом уровне может быть только Электроны движутся внутри атомов

Далее: литий является элементом II периода. Литий имеет два энергетических уровня вокруг ядра, внутренний из которых повторяет электронную структуру атома гелия. Два его электрона находятся на первом энергетическом уровне, третий электрон – на втором. Во второй трети п = 2,Электроны движутся внутри атомов, т.е. Электроны движутся внутри атомовТаким образом, на втором энергетическом уровне могут вращаться восемь электронов (табл. 2).

Электроны движутся внутри атомов

Электроны движутся внутри атомов

Второй энергетический уровень атома неона заполнен электронами, т.е.
второй слой завершен.
Эта схема повторяется на третьем энергетическом уровне, от натрия до аргона. Структура двух внутренних уровней элементов этого периода повторяет структуру неона (табл. 2).
Атом аргона завершает третий энергетический уровень. Элементы с завершенным внешним энергетическим уровнем обладают инерцией.
После аргона в таблице идет калий. В атоме калия еще один электрон образует новый четвертый энергетический уровень, а внутренние три уровня повторяют электронную структуру аргона (табл. 1).

Сравнивая электронную структуру элементов периода 2 и 3, можно заметить, что число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов лития, натрия и калия одинаково Электроны движутся внутри атомовТакая же закономерность наблюдается для атомов бериллия, магния и кальция. Электроны движутся внутри атомов

Такое сходство в структурах внешних уровней можно наблюдать у элементов одной группы, например, фтор и хлор имеют по 7 электронов. Неон и аргон имеют по 8 электронов на внешних энергетических уровнях.

Каждый период (кроме 1.) начинается со щелочного металла и заканчивается инертным газом. Слева направо число электронов увеличивается от 1 до 8, причем электроны на внешних энергетических уровнях меньше притягиваются к ядру. В элементах главной подгруппы (A) электроны внешнего элементов главной группы (А) являются валентными, т.е. определяют валентность элемента (см. табл. 3). (Таблица 3).

Рассмотренные 20 элементов являются элементами главных подгрупп, их последовательные электроны размещены за пределами s– и р-сублевелы, поэтому их называют s– и р-элементы.

Элементы s являются элементами главных подгрупп групп I и II; элементы p являются элементами главных подгрупп групп с III по VIII. Они объединены в одну группу, потому что имеют одинаковое количество валентных электронов.

Как только мы узнаем электронную структуру атома, мы можем определить периоды и группы в периодической таблице следующим образом:

Электроны движутся внутри атомов

Периоды – это горизонтальные ряды элементов с одинаковым числом энергетических уровней, начинающиеся со щелочного металла и заканчивающиеся благородным газом (за исключением 1-го периода).

Группы – это вертикальные ряды элементов с одинаковым числом валентных электронов.

Электронная формула, электронно-графическая формула, s-, p-элементы.

Лабораторный эксперимент 1
создание моделей атомов
ЦельСоздание моделей атомов.
ОборудованиеЦветные пластилиновые сфероидальные модели атомов.

Курс работы

Атомы элементов можно моделировать пластилином разного цвета (рис. 4, 5).
Модели атомов: водород, углерод, сера, йод, кислород, железо. Подберите цвета пластилина или готовых шариков так, чтобы они соответствовали цветам простой веществаВодород – бесцветный (возможен белый); углерод – черный; сера – желтая; йод – темно-красный; кислород – бесцветный (возможен синий или голубой, т.к. сжиженный кислород голубой); железо – серое.

Электроны движутся внутри атомовЭлектроны движутся внутри атомов

Образование ионов

Отойди! Структура атома, дополнительный слой, электронная конфигурация элемента

Узнав электронную структуру атомов, мы можем приступить к изучению способности элементов образовывать химические соединения.
Каждый период в системе заканчивается инертным газом. Почему вы думаете, что они такие инертные? Чтобы выяснить это, давайте посмотрим на электронные структуры элементов. Мы знаем структуру атомов Электроны движутся внутри атомов Электроны движутся внутри атомовВсе эти газы имеют завершенные внешние энергетические слои, гелий Электроны движутся внутри атомова остальные имеют по 8 электронов (рис. 6).

Химическая активность других элементов определяется этой неполнотой внешнего электронного слоя. Они могут пополнять внешние электронные слои, отдавая или присоединяя электроны для образования соединений (рис. 7).

Движение электронов в атомахДвижение электронов внутри атомов

Если элемент отдает электрон, он превращается в положительно заряженную молекулу, а если принимает электрон, то превращается в отрицательно заряженную молекулу, которую мы называем ионами, т.е. они имеют пополняемый энергетический уровень.

Это зависит от двух факторов:
1) электронная структура атомов;
2) радиус атомов.
Заряды ионов записываются арабскими цифрами сверху
над символом элемента, а знак заряда пишется после символа
числовое значение: например Движение электронов в атомах

Движение электронов в атомах

Элементы в начале периодов имеют мало электронов (1-3) на своих внешних орбиталях. Поэтому они легко отдают эти электроны, принимая электронную структуру инертного газа, с которым заканчивается предыдущий период. А элементы в конце периодов имеют больше электронов на внешнем уровне, поэтому они легко принимают электроны. Таким образом, они принимают конфигурацию инертного газа, с которой заканчивается период. Число электронов на внешнем электронном уровне (валентных электронов) прогрессивно увеличивается по периодам. Слева направо заряды атомных ядер увеличиваются. Это означает, что способность принять электрон увеличивается в этом направлении.
Запишем формулы для валентных электронов элементов третьего периода. Определим число неспаренных электронов и число электронов, недостающих для завершения энергетического уровня (табл. 4).

Движение электронов в атомах

Рассмотрим, как заряжаются атомы элементов при образовании соединения с изменением их электронных структур.

Движение электронов в атомах

Атому хлора не хватает только одного электрона для завершения внешнего слоя, поэтому он принимает один электрон от атома магния, становясь отрицательно заряженным ионом.

Движение электронов в атомах

Атом магния, с другой стороны, имеет два электрона в своем внешнем слое, поэтому он отдает по одному электрону каждому атому хлора, то есть ему требуется два атома хлора.

Движение электронов в атомах

Как эти свойства меняются в зависимости от группы? Число валентных электронов одинаково для элементов одной группы. И число электронных слоев, или атомных радиусов в этом направлении, увеличивается. Вследствие этого способность отдавать электроны Электроны движутся внутри атомоввнешнего уровня.

Способность элемента отдавать электрон характеризует его металлические свойства, а способность принимать электрон характеризует его неметаллические свойства.

Чтобы прояснить этот вопрос, рассмотрим электронную структуру и значения атомных радиусов элементов групп IA и VIIA (табл. 5).

Электроны движутся внутри атомов

В периодах слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические постепенно усиливаются;
В группах сверху вниз металлические свойства увеличиваются.

Ионы, условия образования положительно и отрицательно заряженных ионов.

Составление формул химических соединений

Из изученного материала вы знаете, что атомы – это электрически нейтральные молекулы. Поскольку число электронов, обращающихся вокруг ядра, численно равно заряду ядра, точно так же абсолютные значения положительно и отрицательно заряженных молекул, составляющих молекулу, будут равны. Поэтому молекула также является электрически нейтральной.
Давайте теперь попробуем вывести формулу обычной поваренной соли. Это вещество состоит из элементов натрия и хлора в виде ионов. Образование этих ионов известно из предыдущей главы. Обратимся теперь к значениям зарядов этих ионов:

Электроны движутся внутри атомов

Когда образуется ион натрия, заряд ядра превышает на единицу общее число электронов, обращающихся вокруг ядра.

И наоборот, при образовании ионов хлора общее число электронов становится на один больше, чем заряд ядра.

Электроны движутся внутри атомов

При написании формул бинарных соединений (состоящих из двух элементов) необходимо следовать этому правилу:

В молекулах бинарных соединений положительно заряженная молекула
пишется (в основном) первым, отрицание – вторым.

В химических соединениях, состоящих из металлов и неметаллов, молекулы атомов металлов всегда заряжены положительно, а молекулы неметаллов – отрицательно.
Таким образом, формула поваренной соли выглядит следующим образом: NaCl (хлорид натрия).
В названиях бинарных соединений за международным или сокращенным названием элемента следует окончание id, Электроны движутся внутри атомов– сульфид натрия Электроны движутся внутри атомов– оксид кремния (IV) Электроны движутся внутри атомов– нитрид кремния (IV).
Далее рассмотрим рецепт хлорида магния:

Электроны движутся внутри атомов

Используя правило нулевой суммы, составим следующее уравнение:
+2 + (-1)x = 0 ⇒ x = 2, отсюда формула вещества: Электроны движутся внутри атомов

І. Рассмотрим примеры формул и определения зарядов элементов в соединениях с помощью этого метода.
Пример 1. Напишите формулу оксида трехвалентного элемента.
1 Напишите схему формулы оксида трехвалентного элемента -.

Электроны движутся внутри атомов

2. укажите заряды элементов, входящих в состав этого соединения: Электроны движутся внутри атомов.
3. Найдите значение наименьшего кратного абсолютного заряда атомов элементов (3 – 2 = 6).
4. Разделите значение наименьшего кратного на абсолютную величину зарядов элементов, запишите их в виде подписей рядом:
6 : 3 = 2, 6 : 2 = 3; x = 2, y = 3;
тогда формула оксида Электроны движутся внутри атомов

Алгебраическая сумма зарядов элементов в соединении равна нулю.

+3 · 2 = +6; –2 · 3 = –6; +6 + (–6) = 0
II. Если дана формула вещества, то заряды элементов в
состав.

Пример 2. Определите заряд фосфора (V) в его оксиде.
1. Электроны движутся внутри атомовНапишите символ фосфора хнад кислородом -2.
2. в соответствии с приведенным выше правилом, составьте уравнение с
с одним неизвестным:
2x + 5 – (-2) = 0; 2x = +10; x = +5
Электроны движутся внутри атомовзаряд фосфора в его оксиде равен +5.

Метод нулевой суммы

  • 1. электроны поэтапно заселяют пространство вокруг ядра, образуя энергетические уровни.
  • (2) Область пространства, в которой вероятность нахождения электронов максимальна, называется электронным облаком или орбиталью. Облака s-типа имеют сферическую форму, а облака p-типа – дантелоподобную.
  • 3) Изображение электронов в атоме электронными облаками и их расположение на уровнях и подуровнях называется электронно-графической схемой.
  • 4) Если элемент отдает электрон, он превращается в положительно заряженную частицу, а если принимает электрон, то превращается в отрицательно заряженную частицу. Эти заряженные частицы называются ионами.
  • 5. алгебраическая сумма зарядов элементов в соединении равна нулю.

Услуги по химии:

Лекции по химии:

Лекции по неорганической химии:

Лекции по органической химии:

Отправляйте задания в любое время дня и ночи на ➔.

Официальный сайт Брилёновой Натальи Валерьевны, преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещенные материалы принадлежат их владельцам. Любое коммерческое и/или иное использование материалов сайта natalibrilenova.ru, кроме как объясненное ранее, запрещено. Публикация и распространение размещенных материалов не преследует цели получения коммерческой и/или любой другой прибыли.

Сайт предназначен для облегчения обучения студентов очной и заочной форм обучения в . Наталья Брилёнова не предлагает и не предоставляет услуги или товары.

На мой взгляд, в настоящее время существует значительный разрыв между классической, чтимой традициями теорией химического строения и современной квантовой механикой, вызванный ложным пониманием физической природы поведения электрона в атоме. В квантовой механике слишком много нерешенных вопросов, которые непонятны не только студентам, но и их преподавателям и ученым. Среди них: что заставляет электрон двигаться по вытянутой гантелеобразной p-орбите (как написано в школьных учебниках), траектория которой проходит через ядро, почему электрон не падает на ядро и не излучает свет во время своего углового ускорения по такой орбите? Нет никаких доказательств существования такой формы электронной орбиты; другими словами, никто не видел такой орбиты.

Теория строения атома

Благодаря наличию хорошего вкуса у человека, он способен подсознательно и интуитивно принимать правильные решения в своих повседневных действиях. Стремление к элегантности в науке всегда делало ее более сложной.

Основным источником информации о строении мельчайших частиц материи, в частности химических частиц (атомов, молекул, ионов), является экспериментальное изучение их свойств. После обобщения экспериментальных данных были разработаны теории строения этих частиц, содержащие определенный набор понятий и постулатов. Каждая такая теория ограничена, поскольку описывает определенный набор экспериментальных фактов, возможно, очень большой, но часто где-то есть предел ее возможностей, и за этим пределом без дальнейшего развития теория становится бесполезной и препятствует дальнейшему развитию науки.

В конце 19 века и в первой половине 20 века был период бурного развития науки, когда почти каждый год совершались фундаментальные открытия, которые на следующий год применялись на практике, например, в 1895 году Рентген открыл рентгеновские лучи, которые в 1896 году уже использовались в практической медицине, и в том же 1896 году Беккерель открыл явление радиоактивности в солях урана. По сравнению с теми годами, состояние дел в фундаментальной науке сегодня можно охарактеризовать как период стагнации, когда развитие технологий движется только за счет обычных технологических усовершенствований, в частности, накопления памяти компьютеров, смартфонов, запасов энергии в аккумуляторах и тому подобного. Это можно объяснить только тем, что либо все уже открыто, либо существующие фундаментальные теории исчерпали себя, ошибочны и уже тормозят развитие науки. Поэтому необходимо создавать новые теории, которые лучше объясняют известные экспериментальные данные и создают возможности для прогресса в фундаментальных науках.

На мой взгляд, в настоящее время существует значительный разрыв между классической, проверенной временем теорией химического строения и современной квантовой механикой, вызванный ложным пониманием физической природы поведения электронов в атоме. В квантовой механике слишком много нерешенных вопросов, которые непонятны не только студентам, но и их преподавателям и ученым. Среди них: что заставляет электрон двигаться по вытянутой гантелеобразной p-орбите (как пишут в школьных учебниках), траектория которой проходит через ядро, почему электрон не падает на ядро и не излучает свет во время своего углового ускорения по такой орбите? В то же время нет никаких доказательств существования такой формы электронной орбиты; другими словами, никто не видел таких орбит.

В настоящее время можно получить правильные квантовые расчеты только для простейшего атома водорода, но не для любого другого многоэлектронного атома. И нет никакой корреляции между теоретическим и экспериментальным магнитным орбитальным спином. Невозможно объяснить, почему ядро, обладающее собственным спином, стабильно находится на своем месте в центре набора дантелоподобных электронных орбиталей. Когда вы спросите об этом физика, он обычно ответит, что эта идея о дантелоподобной электронной орбите не имеет физического смысла и является условной, и что достаточно только математического описания поведения электрона в атоме.

Планетарная модель атомной структуры была предложена Резерфордом в 1911 году. Позже от него отказались, так как невозможно было объяснить круговое движение электрона без излучения. В настоящее время физики не представляют себе структуру атома, а просто описывают ее математически с помощью сложного трехмерного дифференциального уравнения Шредингера. Но даже для атома водорода решение этого уравнения не совсем корректно из-за элементарных функций. Для атомов с двумя или более электронами уравнение Шредингера не может быть решено даже численно.

Я не могу поверить, что структуру атома невозможно представить. На мой взгляд, все можно представить, и если эта воображаемая модель верна, то все формулы и расчеты совпадут. Из основных принципов строения атома совсем не ясно, почему в I периоде периодической таблицы элементов имеется ровно два элемента, во II и III периодах – восемь, в IV и V периодах – восемнадцать, а в VI периоде – тридцать два. Почему существует такое характерное периодическое изменение радиусов атомов и их первых потенциалов ионизации? И почему вообще существует периодическая таблица элементов? Напротив, существование различных видов химических связей, магнитных свойств веществ, сверхпроводимости объясняется введением далеко идущих и искусственных понятий, таких как гибридизация sp. Такие искусственные объяснения и неочевидные предположения, усложняющие общую картину, обычно используются, когда есть проблемы в базовом алгоритме явления или проблемы. Также неясно, почему валентность равна 8 и почему все физические и математические расчеты поведения электронов в атоме, более сложном, чем атом водорода, оказываются неточными. По этой причине невозможно сделать точный магнитно-резонансный томограф, настроенный на атомы других важных биологических элементов, помимо атома водорода, таких как атомы углерода, азота или кислорода. И чтобы более точно описать поведение электронов в многоэлектронных атомах, ученым приходится корректировать формулы, вводя некоторые дополнительные коэффициенты, использовать приближенные методы, в частности, теории возмущений.

Все становится проще и понятнее без дополнительных усилий, если взять за основу простое утверждение. Единственное состояние электрона в атоме – это круговое движение, и это все. Не существует гантелеобразных p-орбиталей и p-электронов, а также последовательных d-, f-, g-состояний электрона и d-, f-, g-орбиталей. Именно из таких колец движутся электроны и строятся все атомные орбитали. На мой взгляд, у первых исследователей, описавших поведение электрона в атоме, просто не хватило воображения, чтобы построить кольцевую модель атома, поэтому им пришлось вводить искусственные понятия и представления о дантеловых орбитах. Позже эти идеи Корифея были приняты, и после их появления в учебниках физики никто не осмелился их опровергнуть.

На самом деле атом водорода содержит только одно электронное кольцо, что является простым и правильным решением, с которым никто не спорит, потому что оно согласуется со всеми расчетами и современными представлениями о s-электроне. Этот единственный электрон вращается по кругу вокруг ядра, которое находится в центре круга. Это кольцо свободно вращается вокруг ядра, образуя сферу. В атоме гелия первый электронный уровень дополняется вторым уровнем, который представляет собой параллельное кольцо с противоположным направлением движения первого электрона. Противоположное направление движения второго уровня необходимо для компенсации магнитного момента, созданного при движении первого электрона.

В атомах второго периода периодической таблицы элементов первый электронный уровень занимает система из двух колец s ближе к ядру, а все последующие кольца, по мере увеличения ядерного заряда, занимают стабильную 8-кольцевую структуру, которая может свободно вращаться вокруг ядра – центра симметрии. Когда кольца переходят одно в другое, направление электронов в соседних кольцах противоположно, и в местах их пересечения они сходятся и сливаются в общий поток. Таким образом, на орбите вокруг ядра имеется 4 парных, противоположных кольца, в которых поток электронов однонаправлен.

Конфигурация магнитных полей в этом случае такова, что движение электронов по этим траекториям взаимно совместимо, и ядро оказывается в своеобразной магнитной ловушке. При перемещении ядра из центра системы в одну из сторон, возрастающая интенсивность магнитного поля на этой стороне заставляет ядро вернуться в прежнее положение в центре системы. Атомные орбиты электронов центрально симметричны. Так, во 2-м или 3-м периоде в орбитальной структуре можно разместить только 8 центрально-симметричных соединенных колец, в 4-м или 5-м периоде – 18 колец, в 6-м или 7-м периоде – 32 кольца. Поэтому все элементы можно расположить в периодической таблице в соответствии с их химическими свойствами. Когда 8 колец полностью заполнены, начинают заполняться 18 колец, и никакое другое число. Никакие другие варианты невозможны. Никакое другое количество колец не может быть объединено для формирования симметричной сферической структуры, чтобы электрон, перемещаясь по орбитальной области и переходя от одного кольца к другому, сохранял постоянное направление движения при возвращении в то же кольцо. Это логичный и простой способ объяснить существование периодической таблицы элементов.

Подобные кольцеобразные модели были нарисованы американским архитектором К.Снельсоном в 1963 году, а позднее объемные модели были построены в учебных целях российским педагогом Д.Кожевниковым. Однако они не связывали и не связывают расположение этих колец с потоками электронов, поэтому 32-электронная орбиталь смоделирована неправильно. Траектория движения электрона по окружности всего уровня 8-, 18- и 32-электронных орбит выглядит волнообразно, и, помня о корпускулярно-волновом дуализме частиц микромира, этот процесс можно описать термином “стоячая волна”.

Если на орбите находится только один электрон, он движется по всем кольцам, переходя из одного кольца в другое. Если на орбите находится несколько электронов, то на одно кольцо не может приходиться более одного электрона. Большая вероятность или распределение нескольких электронов в любом из восьми горизонтальных колец объясняется необходимостью сохранить атом как можно более скомпенсированным и симметрией электромагнитного момента, которая возникает автоматически в такой структуре. Заполнение всего орбитального уровня электронами дает возможность каждому отдельному электрону долгое время находиться в идеальных условиях кругового движения в пределах одного кольца без каких-либо колебаний, после чего химические свойства атома становятся нейтральными.

Второй 8-электронный уровень формируется на некотором расстоянии от первого. Таким образом, радиус атома увеличивается. Кольца обоих уровней противоположны друг другу, но направление электронов в них противоположно, что обеспечивает полную магнитную компенсацию атома.

Следующий уровень – 18-электронный, за ним следует 32-электронный. Вторичной структурной единицей этих 18-32-электронных структур являются большие кольца, состоящие из шести одноэлектронных колец. Электроны, находящиеся вблизи ядра, имеют больше энергии, или скорости, чтобы избежать падения на ядро, поскольку они находятся между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами на внешних орбитах. Переход электрона с орбиты вблизи ядра сопровождается потерей энергии и испусканием кванта света – фотона.

Понимая эту структуру электронных оболочек атома, можно легко объяснить и предсказать характерные свойства элементарных и сложных химических молекул – атомов, молекул и ионов. Очевидно, что в пределах одного периода (горизонтальная линия периодической таблицы элементов) радиус атома уменьшается слева направо по мере увеличения заряда ядра. Рассмотрим теперь периодическое увеличение радиусов атомов первой группы (вертикальный столбец) периодической системы элементов: водород – литий – натрий – калий – рубидий – цезий – кальций (0,05 – 0,155 – 0,189 – 0,236 – 0,248 – 0,268 – 0,290 нм). Из этого следует, что радиус 8-электронного атома лития примерно в 3 раза больше, чем у 1-электронного атома водорода (отношение одного кольца ко всей 8-кольцевой модели структуры можно сравнить даже визуально). Более того, восемь электронов в атомах 2-го и 3-го периода увеличивают атомный радиус больше (на 0,034 нм), чем 18 электронов в атомах 4-го и 5-го периода (на 0,012 нм), что нельзя объяснить иначе, чем рассмотрев отношение размеров колец в 8 – 18 – 32-кольцевых структурах к радиусу всей атомной сферы – около 1,7 – 2,5 – 4,2. Размеры колец в 8- и 18-кольцевых структурах схожи. Эти размеры соответствуют как энергии электрона, так и расстоянию орбиты от ядра.

Если невозможно построить симметричную и полностью компенсированную конформацию внутри 8-кольцевой орбитали с полностью незаполненным 8-кольцом, один или несколько электронов становятся плохо локализованными в данном кольце. Тогда может возникнуть конформация модели неспаренного 6-кольца, объясняющая аномально низкие первые потенциалы ионизации газообразных атомов бора и кислорода в их серии роста во втором периоде по сравнению с аналогичными потенциалами атомов в других периодах.

В отличие от атомов, молекулы всегда образуют парные кольцевые электронные орбитали. Это может объяснить преобладание в природе молекул, а не атомов. Недостаточное заполнение электронами энергетических уровней отдельного атома побуждает его объединяться с другими атомами для взаимного достижения идеальной электронной конфигурации. Таким образом, один уровень электронного кольца атома встраивается в 8-кольцо другого атома. Так возникают химические реакции.

Так называемая водородная связь, которая существует между молекулами, содержащими атомы водорода и атомы элемента второго периода (углерод, азот, кислород), на самом деле является магнитной связью на определенном расстоянии между молекулами – между кольцами с нескомпенсированным магнитным моментом. Энергия водородной связи (20-30 кДж/моль) может быть рассчитана между определенными молекулами как энергия магнитного поля, принимая во внимание радиус кольца, скорость электронов (силу электрического тока) и расстояние между электронными кольцами молекул. Отсутствие водородной связи между молекулами H2S, H2Se, H2Te, в отличие от H2O, можно объяснить компенсацией магнитного поля внешнего 8-кольцевого уровня внутренним 8-кольцевым уровнем, в котором электроны движутся в противоположном направлении. Благодаря наличию этой магнитной водородной связи вода обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые определили происхождение и существование жизни на Земле. 8-валентность тяжелых химических элементов обусловлена доминированием главных магнитных четырех осей, создаваемых 8-электронными орбиталями и поддерживаемых этой уникальной геометрической структурой 18- и 32-электронных орбиталей. Внешние 18- и 32-электронные орбитали как бы закреплены на этих 4 главных магнитных осях внутренних орбиталей.

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

В свою очередь, сопряжение больших электронных колец приводит к образованию пуриновых и пиримидиновых оснований, которые являются производными бензола, в спиралевидную молекулу нуклеиновой кислоты ДНК или РНК. Можно утверждать, что энергия, содержащаяся в атоме, сделала природу живой, т.е. самовоспроизводящейся. Молекула ДНК по существу концентрирует и направляет поток электронов в определенных направлениях; она может создавать различные комбинации электромагнитных полей. Поэтому он может легко соответствовать, активируя определенные его части, которые выходят наружу, в то время как другие части скрываются внутри и становятся неактивными. Вполне вероятно, что клеточная ДНК постоянно конформируется под совокупным воздействием электромагнитных полей других ДНК во время роста человеческого эмбриона и плода. Таким образом, каждая ДНК в клетке, как в голограмме, несет информацию обо всем организме.

С помощью этой модели атомной структуры легче объяснить отсутствие излучения, которое должно происходить при круговом ускорении. Физически, с одной стороны, это можно объяснить взаимным подавлением электромагнитных волн, возникающих от электронов соседних колец, вдоль которых электроны вращаются в разных фазах. С другой стороны, постоянное возвращение электрона в круговом движении в одно и то же место в течение любого промежутка времени не должно вызывать никаких изменений ни снаружи, ни внутри такой системы, включая излучение. Равномерное поступательное движение электрона вдоль прямой линии является частным случаем движения вдоль окружности с радиусом, близким к бесконечности. В таком воображаемом путешествии электрона во Вселенной, при отсутствии внешнего воздействия, электрон должен вернуться в начальную точку траектории. Разница между приведенными примерами – прямолинейным движением во Вселенной и движением по круговой орбите атома, заключается только в энергии электрона, которая прямо пропорциональна скорости его движения и обратно пропорциональна радиусу круговой орбиты. Из данного примера можно также сделать вывод, что Вселенная не бесконечна, так как постоянное движение в одном направлении со временем неизменно приводит нас к начальной точке движения.

Как мы видим, скорость электрона в ускоряющем поле зависит только от разности потенциалов U между конечной и начальной точками его движения.

Электрон в электрическом поле

Движение электрона в электрическом поле является одним из наиболее важных физических процессов для электротехники. Давайте посмотрим, как это происходит в вакууме. Сначала рассмотрим пример движения электрона от катода к аноду в однородном электрическом поле.

Электроны в электрическом поле

На рисунке ниже показана ситуация, когда электрон покидает отрицательный электрод (катод) с пренебрежимо малой начальной скоростью (стремящейся к нулю) и попадает в однородное электрическое поле, которое присутствует между двумя электродами.

Электроны в электрическом поле - диаграмма

К электродам прикладывается постоянное напряжение U, а электрическое поле имеет соответствующую напряженность E. Расстояние между электродами равно d. В этом случае на электрон будет действовать сила F от поля, которая пропорциональна заряду электрона и напряженности поля:

Напряженность и интенсивность поля

Поскольку электрон имеет отрицательный заряд, эта сила будет направлена против вектора E напряженности поля. Поэтому электрон будет ускоряться в этом направлении под действием электрического поля.

Ускорение a, испытываемое электроном, пропорционально величине действующей на него силы F и обратно пропорционально массе электрона m. Поскольку поле однородно, ускорение для данной формулы может быть выражено следующим образом:

Ускорение электрона

В этой формуле отношение заряда электрона к его массе – это удельный заряд электрона, величина, которая является физической константой:

Удельный заряд электрона

Значит, электрон находится в ускоряющемся электрическом поле, поскольку направление начальной скорости v0 совпадает с направлением силы F со стороны поля, и электрон движется с равным ускорением. Если нет препятствий, он пройдет расстояние d между электродами и достигнет анода (положительного электрода) с определенной скоростью v. Когда электрон достигнет анода, его кинетическая энергия будет равна соответственно:

Кинетическая энергия

Поскольку электрон был ускорен силами электрического поля вдоль своего пути d, он приобрел эту кинетическую энергию в результате работы, совершенной силой, действующей со стороны поля. Эта работа равна:

Работа

Тогда кинетическая энергия, полученная электроном, движущимся в поле, может быть найдена следующим образом:

Кинетическая энергия, развиваемая электроном, движущимся в поле

То есть, это не что иное, как работа силы поля по ускорению электрона между точками разности потенциалов U.

В таких ситуациях для выражения энергии электрона удобно использовать такую единицу измерения, как “электрон-вольт”, равный энергии электрона при напряжении 1 вольт. А поскольку заряд электрона постоянен, то 1 электрон-вольт также постоянен:

1 электрон-вольт

Из предыдущей формулы легко определить скорость электрона в любой момент его движения в ускоряющемся электрическом поле, зная только разность потенциалов, через которую прошел электрон при ускорении:

Скорость электрона в любой точке на его пути в ускоряющемся электрическом поле

Как мы видим, скорость электрона в ускоряющем поле зависит только от разности потенциалов U между концом и началом его движения.

Представим, что электрон начинает двигаться от катода с ничтожно малой скоростью, а напряжение между катодом и анодом составляет 400 В. В этом случае при достижении анода его скорость будет равна:

Скорость электрона

Время, которое требуется электрону, чтобы преодолеть расстояние d между электродами, может быть легко определено. В случае равномерно ускоренного движения из состояния покоя средняя скорость равна половине конечной скорости, тогда время ускоренного полета в электрическом поле будет равно:

Средняя скорость

Теперь рассмотрим пример, когда электрон движется в замедляющемся однородном электрическом поле. То есть поле направлено как и раньше, но электрон начинает двигаться в противоположном направлении, от анода к катоду.

Электрон, движущийся в замедляющемся однородном электрическом поле - схема

Предположим, что электрон покинул анод с некоторой начальной скоростью v и сначала начинает двигаться к катоду. В этом случае сила F, действующая на электрон со стороны электрического поля, будет направлена против вектора напряженности электрического поля E – от катода к аноду.

Это уменьшит начальную скорость электрона, т.е. поле будет замедлять электрон. Это означает, что электрон при данных условиях будет двигаться равномерно и равномерно замедляться. Эта ситуация описывается как “электрон движется в замедляющемся электрическом поле”.

Электрон, движущийся в замедляющемся электрическом поле

От анода электрон начал двигаться с ненулевой кинетической энергией, которая начинает уменьшаться по мере его замедления, поскольку эта энергия теперь расходуется на преодоление силы, действующей на электрон со стороны поля.

Энергия электрона

Если начальная кинетическая энергия электрона при выходе из анода сразу больше энергии, необходимой полю для ускорения электрона при движении от катода к аноду (как в первом примере), то электрон пройдет расстояние d и в конце концов достигнет катода, несмотря на замедление.

Энергия электрона

Если начальная кинетическая энергия электрона меньше заданного критического значения, электрон не достигнет катода. В какой-то момент он остановится, а затем начнет равноускоренное движение обратно к аноду. В результате поле вернет ему энергию, которая была израсходована в процессе торможения.

Электрон, движущийся в поле - схема

Что произойдет, если электрон влетит со скоростью v0 в электрическое поле под прямым углом? Разумеется, сила бокового поля в этой области направлена для электрона от катода к аноду, то есть противоположно вектору электрического поля E.

Таким образом, электрон теперь имеет два компонента движения: первый движется со скоростью v0 перпендикулярно полю, а второй ускоряется со скоростью, перпендикулярной боковой силе поля, направленной на анод.

Оказывается, что при входе в поле электрон движется по параболической траектории. Но после выхода из поля электрон будет продолжать равномерно двигаться по инерции по прямолинейной траектории.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет нам в развитии нашего сайта!

В таком поле электроны на своем свободном пути получают энергию, достаточную для ионизации атомов. Быстрые электроны, сталкиваясь с атомами, выбивают дополнительные электроны, которые, в свою очередь, также ускоряются полем и генерируют новые носители заряда. Этот процесс называется ударной ионизацией. Общая концентрация n электронов увеличится и, следовательно, увеличится проводимость. Если электрическое поле увеличивается еще больше (E > 10 7 В/м) концентрация и проводимость возрастают подобно лавине, и полупроводник разрушается.

Полупроводники в сильных электрических полях

Образец с Iизлучается, высвобождается энергия

P = I^2R = ^сигма E^2LS)

I = jS = ^сигма ES), ¯(

R = ¯frac< ¯sigma L> = firac)). В единице объема выделяемая мощность равна ¯(

Q = ^сигма E^2). Для одного и того же значения Q электрическое поле (

E = sqrt<frac>) в полупроводниках намного больше, чем в металлах, поскольку концентрация электронов в полупроводниках, а значит, и проводимость σ гораздо меньше. Поэтому им легче нарушить условия (

Кроме того, на один электрон в полупроводнике приходится больше энергии, чем в металле. Электронный газ нагревается сильнее, поэтому неравенство (

T_e ≥ T_e ≥) также легче нарушить.

Нарушение (1), (2) или (3) при увеличении электрического поля приводит к наиболее значительным отклонениям от закона Ома, зависит от типа полупроводника. Например, в CdS условие (

u < ¯upsilon). На этом, на поле Ezv = 1,4-10 5 В/м на вольт-амперной характеристике j(E) производит преломление (рис. 2). Если Е > Ezvэтот полупроводник будет интенсивно излучать звук и может быть использован в качестве звукового генератора.

В других полупроводниках, таких как Ge, Si, GaAs, InP, CdTeзвук значительно меньше возбуждает, и в полевых условиях Ezv значительных разрывов не наблюдается. В этих полупроводниках отклонения от закона Ома возникают из-за нарушения условия (

T_e ≥ T_e ≥ll T_e ≥). В этом случае время свободного пробега обратно пропорционально полю Ето есть ¯(

¯tau (E) ¯frac 1E), а зависимость плотности тока от поля связана только с изменением m * и n. В Ge и Si на стр. Е > 10 6 В/м на кривой вольт-амперной характеристики (рис. 3) насыщение j (m * , n не зависят от Е). В GaAs, InP, CdTe потому что энергия электрона увеличивается с ростом Е не только время свободного пути τно эффективная масса m * . Увеличение m * обусловлено изменением взаимодействия электронов с кристаллической решеткой. В результате в этих полупроводниках, начиная с определенного значения электрического поля Eaплотность тока j уменьшается с увеличением Е (раздел Ea < E < Eb на рисунке 3). В GaAs осень j начинается с Ea = 3,2-10 5 В/м и далее до Eb ≈ 10 Ea. В поле Ea скорость дрейфа электронов равна (

u = firac) = 1,5-10 5 м/с.

В еще более сильном поле Е

10 7 В/м, и более того, нарушает условие (

T_e ≥ T_e) условие ≥(

u нарушается. В таком поле электроны на своем свободном пути получают энергию, достаточную для ионизации атомов. Быстрые электроны, сталкиваясь с атомами, выбивают дополнительные электроны, которые, в свою очередь, также ускоряются полем и генерируют новые носители заряда. Этот процесс называется ударной ионизацией. Общая концентрация n электронов увеличится и, следовательно, увеличится проводимость. Если электрическое поле увеличивается еще больше (E > 10 7 В/м) концентрация и проводимость возрастают подобно лавине, и полупроводник распадается.

Таким образом, в полупроводниках в очень сильных полях Е плотность тока Е(

j = Е-сигма) возрастает быстрее, чем по линейному закону. В частности, в Ge и Si насыщение тока сменяется его нелинейным ростом, а в GaAs, InP, CdTe вольт-амперная характеристика имеет вид N-(рис. 3); при 0 < E < Ea Закон Ома действует в интервале Ea < E < Eb сечение уменьшается из-за наклона. τ и увеличение m * в сильном электрическом поле, и, наконец, в области E > Eb происходит резкое увеличение j в связи с увеличением n.

Мы знаем, что электрон, попадающий в область протона, будет стремиться упасть на протон под действием притягательных сил отрицательного и положительного полей. Согласно научным данным, напряженность магнитного поля вблизи геометрического центра электрона составляет 7,017*10 8 Tlа для протона напряженность поля составляет 8,476*10 14 Tl .. Это большие силы, которые быстро убывают от центров частиц.

Атом, его структура

Современная наука частично изучила структуру атомов. По крайней мере, она знает, что атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Он измерил параметры этих частиц: массу, заряд, магнитные параметры, размер. Но на этом все и ограничивается.

Мы мало знаем о структуре этих частиц и поэтому не можем более или менее понять их взаимодействие друг с другом. Как они остаются вместе? Какие силы задействованы? Что и как они меняют, и меняют ли вообще?

Я пытался искать модели атомов, но их не так много. Точнее, их всего два, и один из них является улучшением другого.

Классическая модель атома была предложена Резерфордом и Бором. Вот что говорит об этом Википедия:

“Планетарная модель атома Бора-Рутерфорда. В 1911 году Эрнест Резерфорд, проведя серию экспериментов, пришел к выводу, что атом подобен планетарной системе, в которой электроны движутся по орбитам вокруг тяжелого, положительно заряженного ядра, расположенного в центре атома (“модель атома Резерфорда”). Однако такое описание атома противоречило классической электродинамике. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон, движущийся с центростремительным ускорением, должен излучать электромагнитные волны и, следовательно, терять энергию. Расчеты показали, что время, за которое электрон в таком атоме упадет на ядро, ничтожно мало. Чтобы объяснить стабильность атомов, Нильсу Бору пришлось ввести постулат о том, что электрон в атоме, находясь в некоторых особых энергетических состояниях, не излучает энергию (“атомная модель Бора-Резерфорда”). Постулаты Бора показали, что классическая механика не подходит для описания атома. Дальнейшие исследования излучения атома привели к развитию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.”

Постулаты, введенные Бором, не могли быть описаны законами классической механики. Электрон вращается вокруг ядра с ускорением и поэтому вынужден излучать электромагнитную энергию. Потеря энергии приводит электрон в нестабильное состояние. Необходимо сделать так, чтобы электрон не излучал энергию, например, как спутник, тогда он будет вращаться вокруг ядра, не падая на него. Бор подумал и решил приписать электронам следующее свойство: если электрон находится в данном энергетическом состоянии, то он ничего не излучает. Эта дискриминация энергетических состояний не была понята классиками. Квантовая механика пришла на помощь и появилась:

“Квантово-механическая модель атома. Современная модель атома является развитием планетарной модели. Согласно этой модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако понятия квантовой механики не позволяют нам предположить, что электроны движутся вокруг ядра по определенным траекториям (неопределенность координат электрона в атоме может быть сравнима с размером самого атома)”.

Теперь все стало ясно. Поскольку мы не знаем, как движется электрон и является ли он электроном в классическом смысле, там может произойти все, что угодно. В квантовой механике электрон представлен в терминах модуля волновой функции, который может находиться там с такой-то и такой-то вероятностью.

Оказывается, современная модель не внесла никакой ясности в структуру атома. Но электрон как частица (конденсированная волна) или как волна все равно каким-то образом движется вокруг ядра, и это стабильное и, главное, рабочее состояние. А можем ли мы измерить координаты частицы или волны – это наша проблема. Природа знает, где что находится.

Я согласен с Эрнестом Резерфордом, но у меня есть сомнения относительно постулатов Нильса Бора.

Как же электрон удерживается на орбите атома?

Скажем, по линии AC электрон, движущийся со скоростью V (рис. 1). В точке Б входит в протонный диапазон. Что означает, что он входит в протонный диапазон? Это происходит, когда взаимное притяжение частиц вызывает ускорение электрона, при котором он испускает фотон. Пока энергия не имеет значения.

Под действием этого притяжения электрон окажется в точке В. Конечно, электрон не движется по прямой линии. BVно по другой траектории. Но это не важно, главное, что ускорение привело к испусканию фотона.

Потеря части отрицательного заряда электрона вызвала уменьшение электрического притяжения электрона Fee и частичная компенсация положительного заряда протона этим фрагментом отрицательного заряда приводит к уменьшению электрического притяжения протона Fep ..

На электрон влияет магнитное поле протона Fm и электрон начинает удаляться от протона вдоль линии ВГ .. Электрон приобретает отрицательное ускорение, т.е. замедляется вдоль радиуса протона. Но скорость вдоль линии AC остается неизменным. Во время движения по линии BV электрон сгенерировал фотон и, двигаясь вдоль линии BH он поглотит фотон, испущенный электроном и отраженный от протона.

Из-за этого неупругого поглощения фотона в точке Г абсолютная скорость электрона будет такой же, как в точке D Б. Этот цикл можно повторять любое количество раз. Энергия никуда не уходит и ниоткуда не приходит. Происходит просто передача энергии от одного вида к другому и обратно.

Здесь начинается полноценный атом. Начинается процесс обмена, как между протонами и нейтронами в ядре или между спутником и Землей.

На какой орбите (уровне) движется электрон, зависит от его скорости и массы.

При скорости V электрон будет двигаться по орбите а. Если скорость электрона будет больше скорости Vто электрон будет двигаться по орбите синаче на орбите b.

А что происходит, когда электрон падает прямо на протон? Что мы знаем об этом явлении наверняка, а что можем предположить с большой долей вероятности? Мы точно знаем, что не существует протонно-электронного синтеза, то есть протоны и электроны не разрушают друг друга частично или полностью, более или менее похоже на падение метеоритов на землю. Метеорит разрушается, становясь частью Земли.

Мы знаем, что электрон, попадающий в область протона, будет стремиться упасть на протон под действием притягательных сил отрицательного и положительного полей. Согласно научным данным, напряженность магнитного поля вблизи геометрического центра электрона составляет 7,017*10 8 Tlа для протона напряженность поля составляет 8,476*10 14 Tl .. Это высокие напряжения, которые быстро уменьшаются от центров частиц.

Мы достоверно знаем, что электрон, попадая в магнитное поле, изменяет свою траекторию. Это проявляется в электронных лампах, электродвигателях, ускорителях. Наша Земля защищена от бомбардировки частицами, летящими из космоса, магнитным полем, что можно наблюдать в северном сиянии. Наблюдается рассеяние электронов на протонах.

Поэтому можно предположить, что электрон, летящий к протону под действием гравитационных сил, не будет отталкиваться от протона в пространство, а изменит свое направление и полетит по касательной к протону. То, насколько близко электрон находится к протону, зависит от его скорости. Вернемся к ситуации, показанной на рисунке 1.

Что произойдет, если электрон, движущийся по орбите a, поглотит определенный фотон (рис. 2)?

Предположим, что электрон некоторой массы движется вдоль линии ABв точке Б входит в протонный диапазон. Взаимодействие между частицами должно вызвать движение электрона по траектории BVG .. Если к тому времени он поглотит фотон или сумму фотонов, что произойдет, если электрон замедлится и уменьшит свою скорость, его траектория изменится. И вот почему.

Электрону была добавлена порция энергии. Как следствие, масса, а значит, и заряд электрона увеличились. Но количество заряда увеличивается быстрее, чем количество массы. Из-за этого изменения магнитная сила между протоном и электроном частично увеличилась, но из-за преобладающего увеличения заряда магнитная сила Fm повернет электрон обратно раньше, и теперь электрон будет следовать по пути BW1Г1. И электрон будет продолжать двигаться на этом уровне, непрерывно испуская и поглощая фотон той же энергии.

Это динамически стабильное состояние. Электрон не может улететь в космос из-за кулоновских сил, а магнитные силы протона не позволяют ему упасть на протон. Чем выше энергия фотона, генерируемого электроном для связывания, тем прочнее связь между электроном и протоном. Это приводит к различной прочности ковалентной связи между атомами.

Чем выше скорость электрона, тем меньше его заряд, тем слабее действует на него магнитное поле протона и тем ближе электрон подлетает к ядру. Это физическая сущность уменьшения тела при увеличении его скорости.

Является ли это колебательное движение электрона вокруг ядра волной Луи де Бройля? Возможно, что так оно и есть. Согласно Луи де Бройлю, движущаяся частица имеет длину волны, равную .

Однако, с другой стороны, из формулы ясно, что уменьшение скорости приводит к увеличению длины волны. И что перевешивает, что нет – неясно. Если электрон вышел на орбиту b вдоль траектории сто сходимость к формуле Луи де Бройля была бы полной, но это противоречило бы нашей модели.

Конечно, это всего лишь гипотеза. Автор, к сожалению, не может подтвердить это (просто не может) хотя бы математическими расчетами. И задача кажется простой: есть значения электрической и магнитной составляющей, размеры тел, массы и т.д. Может быть, кто-нибудь в свободную минуту подсчитает ее и либо опровергнет, либо подтвердит истинность этой модели.

Казалось бы, все просто – электрон подлетает к протону, и атом готов. Но это не работает. У нас достаточно протонов и электронов, но нет способа синтезировать такой заманчивый атом золота. Что это такое?

Рассмотрим рисунок 3.

Поскольку электрон кажется огромным для фотона, такое столкновение может произойти несколько раз, и только после этого система разрушится. Это обсуждается в статьях “Спонтанная эмиссия”, “Стимулированная эмиссия” и “Лазер и мазер”. , “Стимулированное излучение” и “Лазер и мазер”.

Когда все параметры подобраны соответствующим образом, как на рис. 4,

В предложенной модели электрон, как и все остальные элементы атома, ведет себя детерминированно. Вероятности нет, все повторяется циклически – просто измерьте. Но мы любим считать, а не это. Так удобнее.

Для тех, кому не нравится предложенная гипотеза, могу предложить гипотезу о строении атома, высказанную Ричардом Фейнманом.

И, наконец, немного философии. Какой бы ни была модель атома: вероятностной, как считает сейчас мировая наука, или детерминированной, как предполагаю я, или любой другой, – остается проблема синтеза атомов. В природе существует очень много атомов. Они не могут воспроизводить себя, как ДНК. Или я ошибаюсь?

Возможно, для атомов во Вселенной существовала некая субвитальная зона, где одновременно создавалось множество различных видов ДНК. Для бесконечного мира наша Вселенная – это бесконечно малая область, в которой собралось такое огромное количество атомов.

На первый взгляд, вероятностная модель атома больше подходит для слияния большого количества атомов, чем детерминированная модель. Человек выбирает желаемое ядро, приобретает достаточное количество электронов, бросает электроны в ядро, которое притянет эти электроны к себе, и эти электроны примут желаемые состояния в этом ядре. Да, дело в том, что существует запрет Паули. Все штаты должны быть разными. Неважно, как электроны сокращаются в более удобные места.

 

Читайте далее:
Сохранить статью?