Qu'est-ce qui retient un électron dans un atome sur l'orbite du noyau atomique ?
À première vue, surtout si vous regardez la version dessinée de l’atome que j’ai décrite plus tôt avec tous ses défauts, les électrons en orbite autour du noyau ressemblent aux planètes en orbite autour du soleil. Et il semble que le principe de ces procédés soit le même. Mais il y a un piège.
Fig. 1
Qu’est-ce qui maintient les planètes en orbite autour du Soleil ? Dans la gravité newtonienne (la gravité einsteinienne est plus compliquée, mais nous n’en avons pas besoin ici), toute paire d’objets est attirée l’une vers l’autre par le biais d’une interaction gravitationnelle proportionnelle au produit de leurs masses. Plus précisément, la gravité du Soleil attire les planètes vers lui (avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Autrement dit, si la distance est divisée par deux, la force quadruple). Les planètes attirent également le Soleil, mais celui-ci est si lourd que cela n'a quasiment aucun effet sur son mouvement.
L'inertie, la tendance des objets à se déplacer en ligne droite lorsqu'aucune autre force n'agit sur eux, s'oppose à l'attraction gravitationnelle, provoquant le déplacement des planètes autour du Soleil. Ceci est visible sur la figure 1, qui montre une orbite circulaire. Habituellement, ces orbites sont elliptiques - bien que dans le cas des planètes, elles soient presque circulaires, puisque c'est ainsi qu'elles se sont formées. système solaire. Pour diverses petites roches (astéroïdes) et blocs de glace (comètes) se déplaçant en orbite autour du Soleil, ce n'est plus le cas.
De même, toutes les paires d’objets chargés électriquement s’attirent ou se repoussent, avec une force également inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Mais contrairement à la gravité, qui rapproche toujours les objets, les forces électriques peuvent soit attirer, soit repousser. Les objets qui ont la même charge, positive ou négative, se repoussent. Et un objet chargé négativement attire un objet chargé positivement, et vice versa. Ainsi phrase romantique"Les contraires s'attirent."
Donc chargé positivement noyau atomique au centre de l'atome attire les électrons légers se déplaçant à la périphérie de l'atome vers lui-même, un peu comme le Soleil attire les planètes. Les électrons attirent également le noyau, mais la masse des noyaux est tellement plus grande que leur attraction n'a presque aucun effet sur le noyau. Les électrons se repoussent également, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles ils n’aiment pas passer du temps à proximité les uns des autres. On pourrait imaginer que les électrons d’un atome se déplacent en orbite autour du noyau, de la même manière que les planètes se déplacent autour du soleil. Et à première vue, c’est exactement ce qu’ils font, surtout dans l’atome du dessin animé.
Mais voici le hic : il s'agit en fait d'un double tour, et chacun des deux tours a l'effet inverse de l'autre, les faisant s'annuler !
Double capture : en quoi les atomes diffèrent des systèmes planétaires
Figure 2
Premier hic : contrairement aux planètes, les électrons en orbite autour d’un noyau doivent émettre de la lumière (plus précisément des ondes électromagnétiques, dont la lumière est un exemple). Et ce rayonnement devrait provoquer le ralentissement des électrons et leur chute en spirale vers le noyau. En principe, dans la théorie d'Einstein, il existe un effet similaire : les planètes peuvent émettre ondes gravitationnelles. Mais c'est extrêmement petit. Contrairement au cas des électrons. Il s’avère que les électrons d’un atome doivent très rapidement, en une petite fraction de seconde, tomber en spirale sur le noyau !
Et ils l’auraient fait sans la mécanique quantique. Le désastre potentiel est représenté sur la figure. 2.
Deuxième hic : mais notre monde fonctionne selon les principes de la mécanique quantique ! Et il a son propre principe d’incertitude, étonnant et contre-intuitif. Ce principe, qui décrit le fait que les électrons sont des ondes au même titre que les particules, mérite son propre article. Mais voici ce que nous devons savoir sur lui pour l'article d'aujourd'hui. La conséquence générale de ce principe est qu’il est impossible de connaître toutes les caractéristiques d’un objet en même temps. Il existe des ensembles de caractéristiques pour lesquelles la mesure de l’une d’entre elles rend les autres incertaines. Un cas est la localisation et la vitesse des particules telles que les électrons. Si vous savez exactement où se trouve l’électron, vous ne savez pas où il va, et vice versa. Il est possible de parvenir à un compromis et de savoir avec une certaine précision où il se situe et de savoir avec une certaine précision où il va. Dans un atome, c’est ainsi que tout se passe.
Supposons qu’un électron tombe en spirale sur un noyau, comme sur la figure. 2. Au fur et à mesure de sa chute, nous connaîtrons son emplacement de plus en plus précisément. Alors le principe d'incertitude nous dit que sa vitesse deviendra de plus en plus incertaine. Mais si l’électron s’arrête au noyau, sa vitesse ne sera pas indéfinie ! C'est pourquoi il ne peut pas s'arrêter. S'il essaie soudainement de tomber dans une spirale, il devra se déplacer de plus en plus vite au hasard. Et cette augmentation de vitesse va éloigner l’électron du noyau !
Ainsi, la tendance à la spirale descendante sera contrecarrée par la tendance à aller plus vite selon le principe d’incertitude. L'équilibre est trouvé lorsque l'électron est situé à une distance privilégiée du noyau, et cette distance détermine la taille des atomes !
Figure 3
Si l’électron est initialement éloigné du noyau, il se déplacera vers lui en spirale, comme le montre la figure 1. 2, et émettent des ondes électromagnétiques. Mais en conséquence, sa distance du noyau deviendra suffisamment petite pour que le principe d’incertitude interdise toute approche ultérieure. A ce stade, lorsqu'un équilibre a été trouvé entre rayonnement et incertitude, l'électron organise une « orbite » stable autour du noyau (plus précisément, une orbitale - ce terme a été choisi pour souligner que, contrairement aux planètes, l'électron, du fait de l'action quantique mécanique, n'a pas d'orbites telles que celles des planètes). Le rayon orbital détermine le rayon de l'atome (Fig. 3).
Une autre caractéristique – les électrons appartenant aux fermions – oblige les électrons à ne pas descendre dans le même rayon, mais à s'aligner sur des orbitales de rayons différents.
Quelle est la taille des atomes ? Approximation basée sur le principe d'incertitude
En fait, nous pouvons estimer approximativement la taille d’un atome en utilisant uniquement les calculs des interactions électromagnétiques, de la masse de l’électron et du principe d’incertitude. Pour plus de simplicité, nous effectuerons des calculs pour l'atome d'hydrogène, dont le noyau est constitué d'un proton autour duquel se déplace un électron.
Le principe d’incertitude énonce :
$$affichage$$m_e (Δ v) (Δ x) ≥ ℏ$$affichage$$
où ℏ est la constante de Planck h divisée par 2 π. Notez qu'il dit que (Δ v) (Δ x) ne peut pas être trop petit, ce qui signifie que les deux définitions ne peuvent pas être trop petites, bien que l'une d'elles puisse être très petite si l'autre est très grande.
Lorsqu'un atome s'installe dans son état fondamental préféré, nous pouvons nous attendre à ce que le signe ≥ se transforme en un signe ~, où A ~ B signifie que "A et B ne sont pas exactement égaux, mais pas très différents non plus". C'est un symbole très utile pour les notes !
Pour un atome d'hydrogène à l'état fondamental, dans lequel l'incertitude de position Δx sera approximativement égale au rayon de l'atome R, et l'incertitude de vitesse Δv sera approximativement égale à la vitesse typique V de l'électron autour de l'atome, on obtient :
Comment connaître R et V ? Il existe une relation entre eux et la force qui maintient l’atome ensemble. En physique non quantique, un objet de masse m, situé sur une orbite circulaire de rayon r, et se déplaçant avec une vitesse v autour d'un objet central en l'attirant avec une force F, satisfera l'équation
Ceci n’est pas directement applicable à un électron dans un atome, mais cela fonctionne approximativement. La force agissant dans un atome est la force électrique avec laquelle un proton avec une charge de +1 attire un électron avec une charge de -1, et par conséquent l'équation devient
où k est la constante de Coulomb, e est l'unité de charge, c est la vitesse de la lumière, ℏ est la constante de Planck h divisée par 2 π et α est la constante de structure fine définie par nos soins, égale à . Nous combinons les deux équations précédentes pour F, et la relation estimée est la suivante :
Appliquons maintenant cela à un atome, où v → V, r → R et m → m e. Multiplions également l'équation supérieure par . Cela donne:
Dans la dernière étape, nous avons utilisé notre relation d'incertitude pour l'atome, . Nous pouvons maintenant calculer le rayon de l'atome R :
Et cela s’avère presque exact ! Des estimations aussi simples ne vous donneront pas de réponses exactes, mais elles fourniront une très bonne approximation !
La charge positive du noyau et la charge négative de l'électron sont dans un état d'équilibre, c'est pourquoi l'électron ne tombe pas sur le noyau et ne s'en éloigne pas. Et pourtant, sous certaines conditions, cet équilibre doit être rompu, c'est-à-dire que l'électron doit littéralement tomber sur le noyau, provoquant la mort prématurée de l'atome. Mais même si les planètes, les étoiles et les hommes existent toujours, il est évident que cela ne se produit que dans des conditions très spécifiques. Cet état se produit lorsque la charge du noyau (c'est-à-dire le nombre de protons qu'il contient) est supérieure à 137 (des calculs récents ont porté ce chiffre à 170), et alors théoriquement l'électron ne devrait pas simplement tomber sur le noyau, mais y générer ses homologues de l'antimonde - les positrons, qui s'envolent ensuite dans l'espace environnant et font toutes sortes de choses.
Un noyau atomique artificiel constitué de cinq dimères de calcium sur du graphène, dans un nuage électronique situé à la limite d'effondrement (ici et ci-dessous, illustration de M. Crommie).
"De tels atomes, comme prévu, s'effondreraient," prenant "un électron du vide, l'attirant vers le noyau et acquérant une charge excédentaire", explique Leonid Levitov (États-Unis), l'un des auteurs. nouveau travail dédié à ce sujet.
Cela semble être une excellente hypothèse - dans le sens où elle est résolument irréfutable : nous n'avons pas encore été capables de trouver des noyaux d'atomes supérieurs à 118, ni dans la nature, ni de les créer artificiellement. Depuis de nombreuses années, les physiciens espèrent s'emparer de la place forte, sinon par la famine, du moins par la ruse. Puisqu'il y a de tels éléments lourds ne peut pas être obtenu, ils essaient d'obtenir un effet similaire en faisant entrer en collision deux noyaux (par exemple, l'uranium avec numéro atomique 92) sur les organisateurs de particules. "De telles expériences sont menées depuis des décennies", commente M. Levitov à propos de la situation. Mais, bien sûr, il n’y avait aucune preuve claire d’un effondrement atomique.
Les auteurs des travaux en question ont donc proposé d'utiliser une nouvelle astuce pour simuler un tel effondrement. Dans le graphène - un réseau monoatomique d'atomes de carbone - les électrons, en raison de la topologie inhabituelle de ce matériau, se comportent comme des particules sans masse, bien qu'en fait ils aient une masse. Cependant, elles se déplacent à des vitesses bien inférieures à celles des particules réelles sans masse. Cela signifie que des états formellement similaires à l'effondrement d'atomes avec la participation de tels électrons peuvent être provoqués avec la même quantité de charge nucléaire en moins.
Les physiciens ont utilisé des paires d'atomes de calcium (dimères) sur un substrat de graphène comme substituts aux noyaux atomiques. En utilisant un microscope à effet tunnel comme manipulateur, ils ont obtenu des preuves claires d'un événement complètement analogue à l'effondrement des noyaux atomiques.
Un électron normal autour d'un noyau normal (comme ceux dont vous et moi sommes constitués) et des électrons ultra-relativistes autour d'un noyau supercritique instable.
Une fois que trois de ces dimères étaient suffisamment proches les uns des autres, le champ électronique environnant présentait un spectre spécifique de résonances qui correspondait exactement à ceux prédits pour l’effondrement atomique il y a dix ans. Les résonances observées ont également été préservées pour des « noyaux atomiques » artificiels de quatre et cinq dimères.
Bien que l’idée de l’expérience soit de confirmer les prédictions de longue date de la mécanique quantique concernant l’effondrement des atomes, ses applications pourraient être quelque peu pratiques. Premièrement, il s’avère qu’il est possible d’étudier de nombreuses propriétés du graphène, qui est désormais activement promu comme matériau pour l’électronique. Deuxièmement, une telle sensibilité des «atomes» artificiels sur le graphène nous permet d'espérer l'utilisation de structures telles que des détecteurs de produits chimiques et des biomarqueurs.
Kitaïgorodski A.I. La physique pour tous. Des électrons. Edité par le Comité de rédaction principal de littérature physique et mathématique - M. : Nauka, 1979. - 208 p.Télécharger(lien direct) : fdvek3kn1979.djvu Précédent 1 .. 13 > .. >> Suivant
Ainsi, il devient immédiatement clair que les atomes sont principalement composés... de vide. Les rares collisions frontales doivent être comprises de cette façon : à l’intérieur de l’atome se trouve un noyau chargé positivement. Les électrons sont situés à proximité du noyau. Ils sont très légers et ne constituent donc pas un obstacle sérieux à la particule alpha. Les électrons ralentissent la particule alpha, mais chaque collision électronique individuelle ne peut pas dévier la particule de sa trajectoire.
Rutherford a admis que les forces d'interaction entre le noyau atomique de charge similaire et la particule alpha sont des forces de Coulomb. En supposant en outre que la masse d'un atome est concentrée au niveau de son noyau, il a calculé la probabilité de déviation des particules à un angle donné et a obtenu un brillant accord entre la théorie et l'expérience.
C’est ainsi que les physiciens testent les modèles qu’ils proposent.
Le modèle prédit-il les résultats de l’expérience ? - Oui. ,
Alors, cela reflète-t-il la réalité ?
Eh bien, pourquoi si durement ? Le modèle explique un certain nombre de phénomènes, ce qui signifie qu'il est bon. Et sa clarification est une affaire d’avenir…
Les résultats des expériences de Rutherford ne laissent aucun doute sur la validité de l'affirmation suivante : les électrons, sous l'influence des forces coulombiennes, se déplacent à proximité du noyau.
Certaines estimations quantitatives découlent également de la théorie, qui ont ensuite été confirmées. Les dimensions des plus petits noyaux atomiques se sont avérées être d'environ 10""13 cm, tandis que les dimensions d'un atome étaient d'environ 10 à 8 cm ^.
En comparant les résultats expérimentaux avec les calculs, il s'est avéré possible d'estimer les charges des noyaux en collision. Ces estimations ont joué un rôle important, sinon principal, dans l'interprétation de la loi périodique de la structure des éléments.
Ainsi, le modèle de l’atome a été construit. Mais la question suivante se pose immédiatement. Pourquoi les électrons (particules chargées négativement) ne tombent-ils pas sur le noyau (chargés positivement) ? Pourquoi un atome est-il stable ?
Ce qui est incompréhensible ici, dira le lecteur. Après tout, les planètes ne tombent pas sur le Soleil. La force d'origine électrique est, comme la force de gravité, une force centripète et assure le mouvement circulaire des électrons autour du noyau.
Mais le fait est que l’analogie entre le système planétaire et l’atome n’est que superficielle. Comme nous l'apprendrons plus tard, du point de vue des lois générales de l'électro champ magnétique un atome doit émettre des ondes électromagnétiques. Cependant, vous ne connaissez peut-être pas la théorie de l’électromagnétisme. La matière, c'est-à-dire les atomes,
capable d'émettre de la lumière et de la chaleur. Si tel est le cas, l’atome perd de l’énergie, ce qui signifie que l’électron doit tomber sur le noyau.
Quelle est la sortie ? C’est très « simple » : il faut se confronter aux faits et élever ces faits au rang de loi de la nature. Cette démarche fut franchie en 1913 par le grand physicien de notre siècle, Niels Bohr (1885-1962).
QUANTIFICATION DE L'ÉNERGIE
Comme toutes les premières étapes, cette étape fut relativement timide. Nous allons décrire nouvelle loi la nature, qui a non seulement sauvé l’atome de Rutherford, mais nous a également forcé à conclure que la mécanique des grands corps est inapplicable aux particules de petite masse.
La nature est structurée de telle manière qu'un certain nombre de grandeurs mécaniques, telles que le moment cinétique et l'énergie, ne peuvent avoir une série continue de valeurs pour aucun système de particules en interaction. Au contraire, l'atome dont nous parlons maintenant, ou le noyau atomique, dont nous parlerons plus tard, a sa propre séquence de niveaux d'énergie, caractéristique uniquement d'un système donné. Il y a le niveau le plus bas (zéro). L'énergie du système ne peut être inférieure à cette valeur. Dans le cas d’un atome, cela signifie qu’il existe un état dans lequel l’électron se trouve à une certaine distance minimale du noyau.
Un changement dans l’énergie d’un atome ne peut se produire que brusquement. Si le saut s'est produit « vers le haut », cela signifie que l'atome a absorbé de l'énergie. Si le saut s'est produit « vers le bas », alors l'atome a émis de l'énergie.
Nous verrons plus tard comment les spectres d’émission de divers systèmes peuvent être magnifiquement déchiffrés à partir de ces positions.
La loi formulée est appelée loi de quantification de l'énergie. On peut aussi dire que l'énergie a une nature quantique. ~
Il convient de noter que la loi sur la quantification est complètement caractère général. Cela s’applique non seulement à l’atome, mais à tout objet constitué de milliards d’atomes. Mais lorsqu’il s’agit de grands corps, nous pouvons souvent « ne pas remarquer » la quantification de l’énergie.
Le fait est que, grosso modo, pour un objet composé d'un milliard de milliards d'atomes, le nombre de niveaux d'énergie augmente d'un milliard de milliards de fois. Les niveaux d’énergie seront si proches les uns des autres qu’ils fusionneront pratiquement. Par conséquent, nous ne remarquerons pas le caractère discret des valeurs énergétiques possibles. Ainsi, les mécanismes que nous avons décrits dans le premier livre ne changent pratiquement pas lorsque nous parlons de sur les grands corps.
Dans le deuxième livre, nous avons découvert que le transfert d’énergie d’un corps à un autre peut se produire sous forme de travail et sous forme de chaleur. Nous sommes désormais en mesure d’expliquer la différence entre ces deux formes de transfert d’énergie. Sous une influence mécanique (par exemple, compression), les niveaux d'énergie du système changent. Ce déplacement est très insignifiant et n'est détecté que par des expériences subtiles et seulement si les pressions sont suffisamment élevées. Quant à l'effet thermique, il consiste à transférer le système de plus niveau faible l'énergie vers le haut (chauffage) ou de haut vers le bas (refroidissement).
Quels bons lecteurs il y a ! Non seulement ils aiment et respectent les professeurs d’histoire naturelle, mais ils savent aussi comment le modèle atomique de Bohr explique que les électrons ne tombent pas sur les noyaux.
Ou sont-ils en train de tomber ?
La question « pourquoi les électrons ne tombent-ils pas sur les noyaux » ne mentionne pas le fait que nous parlons exclusivement d'un atome à un électron. Le modèle atomique de Bohr (et l'ancienne mécanique quantique en général) ne dit rien sur la stabilité des atomes et des molécules à plusieurs électrons. Le fait que la « chute » ne se produise pas dans un atome à un seul électron ne garantit pas la même chose pour les autres systèmes. Si vous êtes des experts de l’ancienne théorie quantique et que vous avez décidé d’aider les professeurs d’histoire naturelle, poursuivez votre raisonnement. Par exemple, j'ai besoin d'une preuve position générale inconnu.
P.S. Le modèle de Bohr peut être utilisé pour décrire assez bien les états singulet et triplet de molécules diatomiques simples. Elle n’a cependant été découverte qu’en 2005, mais mieux vaut tard que jamais. La construction est assez frontale :
Fonctionne un peu moins bien que la théorie GL originale à propos de liaison chimique. Par construction, les électrons sont garantis de ne pas tomber sur les noyaux (hourra !), mais le modèle lui-même est loin, dans son esprit, de quantifier les invariants adiabatiques. J'ai vu quelque chose de similaire faire pour l'ion H2+, mais dans une version plus sophistiquée. L’idée était de quantifier non pas les intégrales elles-mêmes, mais leur somme :
Ils auraient probablement fait cela depuis vingt ou trente ans si Schrödinger n'avait pas trouvé son équation. Comprendre comment faire ne serait-ce que cela avec l’ancienne mécanique quantique n’est pas facile. Pearson est une sommité de la chimie quantique, membre de la National Academy, Hershbach l'est également Lauréat du Prix Nobel. Une tâche bien plus difficile vous attend. Il est nécessaire de créer ce que Bohr n’a pas réussi à réaliser : une théorie générale fonctionnelle des systèmes à plusieurs électrons. Après cela, il ne reste plus qu’à prouver dans le cas général la stabilité de toutes les orbites électroniques.
Bonne chance.
P.P.S. Puisque je n'ai aucune envie de débattre du sujet selon lequel la stabilité des systèmes coulombiens à plusieurs particules dans la (nouvelle) mécanique quantique s'explique par l'auto-adjoint de l'hamiltonien, les phases de la Lune, etc., il est conseillé aux commentateurs de lire
D’ailleurs, la raison pour laquelle le principe d’incertitude de Heisenberg n’explique pas à lui seul la stabilité de l’atome (comme le prétend la crème de l’Internet publiée par Google) est écrite aux pages 554-555 de cet essai, partie I.
Explication et compréhension ne sont pas la même chose. Dilthey l’a prouvé une fois pour toutes.
S. Kurginyan
La mécanique quantique, basée sur la théorie de la relativité, et la chimie physique, basée sur la mécanique quantique, « expliquaient » l'atome en « étalant » les électrons dans des « nuages d'orbitales ». Il existe des postulats, des lois des nombres, mais il n'y a aucune explication des lois naturelles « pourquoi il en est ainsi » et, de plus, il y a un manque total de compréhension des lois du mouvement des électrons dans un atome. Le paradoxe est que même l'apparition d'un atome d'hydrogène contredit la loi de l'interaction électrique des charges. L'électron doit être attiré par les forces d'interaction dans le vide ou le vide physique vers le proton, il doit donc « tomber » sur lui et les charges doivent se « décharger ». Pourquoi l’électron ne « tombe-t-il pas », mais commence-t-il à tourner autour du proton et à former un atome d’hydrogène ? Essayons de dissiper la nébuleuse des nuages d'"orbitales" et de mieux comprendre ce qui peut être considéré comme l'orbite d'une particule élémentaire, quel est le type et l'emplacement des orbites, et surtout, de comprendre principes physiques les remplir d'électrons dans les atomes.
Sur la base de la généralité des lois de la Nature, rejetant la relativité et les incertitudes du micromonde, nous accepterons les « indices » du Soleil :
.Ø l'existence de certaines orbites pour les électrons ;
.Ø les orbites doivent être quantifiées ;
.Ø toutes les orbites sont circulaires ou avec une légère excentricité ;
Les orbites .Ø sont situées principalement dans un plan - dans le plan équatorial du noyau.
Les mêmes caractéristiques de la formation de la structure atomique découlent directement des lois de l'interaction électrique et magnétique entre le noyau et les électrons dans l'environnement SPIRIT.
Le noyau d’un atome doit attirer les électrons vers lui par la force de l’interaction électrique. Les forces électriques, comme nous l'avons découvert (voir 4.2), sont déterminées par le mouvement de rotation du milieu SPIRIT, « capté » par la rotation du masson matériel - l'électron. Dans l'environnement SPIRIT, la loi de conservation de la quantité de mouvement opère : le mouvement de la matière donne lieu au mouvement de l'environnement et vice versa. Par conséquent, la vitesse de déplacement la plus élevée du médium ESPRIT en interaction avec le maçon doit se manifester dans son plan équatorial. Nous avons également découvert que la charge unitaire du proton et son spin sont déterminés par le « positon » central dans le muon central, et que les charges et spins restants du muon et des mésons pi sont compensés. Dans les noyaux des atomes, les charges des protons s'additionnent, ce qui entraîne respectivement une augmentation de l'intensité du champ électrique - la force d'attraction des électrons. Les plus grandes forces l'attraction des électrons par un proton et les noyaux des éléments doivent agir dans leur plan équatorial, plan de plus grande action du mouvement vortex du milieu ESPRIT. Ceci explique pourquoi le remplissage des coquilles dans toutes les couches n commence par des orbites circulaires : 1, 2, 3 etc.
Les orbites sont déterminées par le champ électrique du noyau, et doivent donc nécessairement être circulaires, équatoriales.
Mais pourquoi les orbites existent-elles ? Pourquoi un proton, lorsqu'il rencontre un électron, ne l'attire-t-il pas, et pourquoi un électron, lorsqu'il se déplace dans un champ électrique, n'atteint-il pas un proton chargé positivement ou un noyau contenant de nombreux protons ? Pourquoi l’électron cesse-t-il d’être attiré et reste-t-il sur l’orbite de Bohr ? Ce paradoxe - preuve de l'impossibilité de la formation d'un atome d'hydrogène - est étouffé en physique.
Selon les lois de l'électrostatique, l'absence d'attraction entre le positif et le positif charges négatives en l'absence d'un milieu (vide physique) ou en l'absence de sa résistance (« éther ») n'est possible qu'en l'absence de charge dans l'une des particules ou de son passage à l'opposé. La physique, qui ne sait pas ce qu’est une charge, ne peut permettre une modification des charges et passe donc sous silence le problème. Dans l'environnement SPIRIT, ce problème n'existe pas (voir 3.2).
Considérons le comportement d’un électron lors de la formation d’un atome d’hydrogène, en utilisant le bon modèle de I. Dmitriev de l’électron comme rotation d’un volume sphérique. La charge est un certain sens de rotation : droite ou gauche. En s'approchant du proton, l'électron se retrouve dans la région de fort mouvement vortex du milieu SPIRIT, qui est représenté par une rotation vortex à la vitesse de la lumière. Un électron dans un champ électrique de charge positive doit accélérer. Mais le mouvement des points de surface de l’électron par rapport au milieu correspond déjà à la vitesse de la lumière et ne peut donc pas être accéléré. Les constantes électriques et magnétiques de l’environnement SPIRIT ne « permettront » pas cela. En approchant du noyau, l'électron se retrouve dans le mouvement vortex du milieu, provoqué par la charge du noyau. Pouce. La figure 4.4 montre que la taille des vortex dans le milieu SPIRIT est plusieurs fois supérieure à la taille des vortex « captés » par l'électron (longueur d'onde Compton). Par conséquent, pour l’électron, leur effet sera chaotique. Avec un tel mouvement dans le flux du milieu SPIRIT depuis le noyau, l'électron, qui, selon notre hypothèse, est la seule particule élémentaire de masse (voir 3.2), peut, lors de la rotation, se révéler soit un « électron », soit un « positon » par rapport au noyau. La particule est soumise à des forces attractives ou répulsives qui la déchirent. La condition principale de l'existence d'une particule est violée - la relation sans ambiguïté entre son volume et sa surface, déterminée par la valeur de la constante de Planck.
Comme seule explication physique possible de la possibilité de formation d'atomes, il faut accepter l'option selon laquelle un électron, comme une onde enfermée dans une sphère, lorsque la surface se déforme sous l'influence du mouvement vortex du milieu SPIRIT , peut former une onde enfermée dans un tore. Ceci est facilité par le moment magnétique de l'électron, qui est 658,21 fois supérieur au moment magnétique du proton. Le processus d'interaction entre le « nuage » de l'environnement SPIRIT autour de l'électron et le « nuage » autour du proton peut être représenté comme la prédominance du champ magnétique de l'électron, qui est considéré comme le mouvement dirigé de l'environnement SPIRIT, sur le champ magnétique du proton. Le mouvement de rotation des vortex dans le milieu SPIRIT se transforme naturellement en mouvement de translation. Ce mouvement du milieu SPIRIT « transporte » l'électron le long d'une orbite circulaire autour du proton et le « étale » le long de l'orbite. Les forces d'interaction magnétique à une certaine distance du noyau, appelée orbite de Bohr, prévalent sur la force d'attraction électrique. Comme le montrent les formules ci-dessous, les caractéristiques de l'environnement SPIRIT dans l'orbite de Bohr dans l'atome d'hydrogène sont uniquement liées aux caractéristiques de l'électron, qui peut y être représenté comme un tore d'onde (« faisceau d'électrons »), préservant la masse. et les caractéristiques électriques de l'électron.
Les lois physiques de l’interaction électrique empêchent la formation d’atomes. Seules des hypothèses sur le seul particule élémentaire« Mason = électron + positron » et la transformation d'une particule sur l'orbite d'un atome en un tore d'onde (« faisceau d'électrons ») sont capables d'expliquer la naissance des atomes.
L'idée d'un maçon électronique en tant que mouvement organisé de l'environnement SPIRIT et son interaction avec l'environnement SPIRIT transforme le paradoxe du dualisme en un phénomène naturel se produisant dans le champ électromagnétique du noyau.
Dans les concepts physiques ordinaires, un électron « tourne » autour du noyau à une vitesse de plus de 2000 km/s sur une orbite d'une longueur de 3,3·10 -10 m. Un tel mouvement, ainsi que les orbitales probables théoriques, ne peuvent pas correspondre à celui-ci. les réalités de la nature. L'idée de transformer un maçon en tore d'onde résout les contradictions physiques et explique quand et pourquoi une particule électronique se transforme en onde électronique.
L'hypothèse principale de ce travail sur l'unité « ESPRIT + matière » conduit à la conclusion qu'un électron libre doit être considéré non pas comme une substance indépendante, mais comme un mouvement organisé du milieu ESPRIT, comme une onde stationnaire d'oscillations du milieu dans une surface sphérique. Il s'agit d'une onde d'oscillations « stationnaires », dont l'interaction continue avec le milieu SPIRIT donne naissance à une masse - une mesure d'inertie. Ces oscillations à l'interface sphérique provoquent des oscillations de réponse du milieu SPIRIT avec ses caractéristiques - constantes électriques et magnétiques, que nous interprétons comme un mouvement à la vitesse de la lumière. En réalité, il s’agit d’un processus oscillatoire. Pour expliquer le paradoxe de la naissance d'un atome, il suffit de « déployer » l'onde sphérique en une certaine « corde » en orbite. Dans ce cas, notre électron sera « étalé » dans un espace circulaire dans le plan équatorial du noyau. Cet analogue du courant électrique dans un fil annulaire - un «faisceau d'électrons» - représente une onde électromagnétique stationnaire dans un tore, situé dans l'espace dans le plan équatorial du noyau, assurant un écran de sa charge. Le modèle orbital électronique n’est pas capable de fournir une telle explication.
La transformation du noyau d'une onde « stationnaire », limitée par une surface sphérique, en un noyau toroïdal dans un champ électromagnétique ne contredit pas les lois physiques. Dans la nature, la formation d'éclairs en boule dans un champ électromagnétique puissant est possible, son existence et sa désintégration avec la libération d'énergie. La transformation d'une onde électromagnétique, telle qu'un électron, d'une forme sphérique à une forme torique dans le mouvement vortex du milieu SPIRIT est un processus similaire de changement de forme d'une charge électrique. La preuve en faveur de l'hypothèse de la transformation d'une onde sphérique en une onde toroïdale peut être le fait que cette forme d'existence d'un électron dans un atome correspond à la méthode de formation, de forme et de structure d'une onde électromagnétique - quanta (voir 4.4). Il explique la stabilité des atomes, leur structure et les processus de formation des quanta de rayonnement lors des transitions orbitales des électrons. La nature confirme une fois de plus l'unité des principes de formation du système !
Le modèle en forme de tore d'un électron en orbite autour d'un noyau correspond aux principes naturels de formation des ondes électromagnétiques. Le mouvement d’un électron ne se produit pas sur une orbite, mais cette orbite est une onde électronique.
Il s'agit d'une onde de mouvement oscillatoire provoquée par l'interaction avec le milieu et très similaire à un cercle élémentaire de courant alternatif. haute fréquence. La rotation externe du tore est caractérisée par les constantes du milieu ESPRIT, et l'énergie correspondant à la masse au repos de l'électron module l'onde de mouvement coaxial interne, qui détermine le rayon de l'orbite. Dans ce cas, la notion d'orbite nécessite également des changements, par exemple « harnais électronique », « ceinture électrique ». Les estimations des paramètres physiques du « paquet électronique » confirment sa réalité.
Un électron capturé par un proton doit conserver sa masse, c'est-à-dire le volume de l'environnement ESPRIT qu'il contient. Un électron « étalé » occupe une orbite de Bohr dans un atome d’hydrogène, dont le rayon est déterminé par la constante de Planck, la charge (quadratique) de l’électron, les constantes électriques et magnétiques et la masse « au repos » de l’électron :
une 0 = h 2 /(π ·μ 0 ·m e c 2 ·e 2) =ε 0 h 2 /(π m e 2)= 0,529177 10 -10 m.
Ici un 0 - rayon de l'orbite de Bohr, h- la constante de Planck, moi - masse électronique, c - vitesse de la lumière , e - charge électronique , μ 0 et ε 0 - constantes magnétiques et électriques de l'environnement ESPRIT.
La présence dans l'équation des constantes électriques et magnétiques du milieu ESPRIT et des caractéristiques de l'électron (charge et masse quadratiques) témoigne de l'interaction naturelle « matière + ESPRIT » dans l'orbite de Bohr et, par conséquent, de son caractère unique. Pour confirmer qu'un électron en orbite représente un mouvement ondulatoire réel, et non le vol d'une particule, les équations d'onde de Schrödinger, qui donnent des résultats corrects, et des expériences sur la diffusion des photons sur les atomes, selon lesquelles la diffusion élastique des ondes se produit sur électrons liés, et l'électron de masse correspond à la longueur d'onde Compton λK:
λ K =h/ m e c = 2,426311·10 -12m.
Des formules bien connues de la mécanique quantique, il résulte :
λ K = α· 2π·a 0 .
Ici α = 1/137,036 est la constante de structure fine.
Ainsi, l'orbite principale d'un électron dans un atome d'hydrogène est 137,036 ·λk. La longueur d'onde Compton, comme indiqué (voir 3.2), peut être considérée comme le « saut » minimum possible de l'électron et comme le rayon du nuage SPIRIT qui l'entoure.
La longueur d'onde de Compton est la longueur de l'onde électronique dans l'orbite d'un atome, déterminée physiquement par la constante de structure fine d'une partie de l'orbite de Bohr.
En combinant les deux formules ci-dessus, nous pouvons comprendre la signification physique de la constante de structure fine :
1/α = 2π une 0m e c / h
Rappelant que la constante de Planck correspond à l'énergie d'un tour du vortex dans la structure de l'Esprit (voir 4.4), nous déterminons que la valeur réciproque de la constante de structure fine est le rapport de l'impulsion de l'électron dans la première orbite autour de le proton à l'élan du médium de l'Esprit.
Le rapport entre l'impulsion électronique dans la première orbite autour du proton et l'énergie du vortex minimum dans le milieu SPIRIT (constante de Planck) est égal à l'inverse de la constante de structure fine. C'est la loi de conservation de la quantité de mouvement entre le milieu ESPRIT et l'électron, dans laquelle la constante 1/α joue le rôle de coefficient de transfert, analogue de l'efficacité !
Une justification de la taille de l’orbite électronique principale dans l’atome d’hydrogène a également été obtenue. Uniquement sur la circonférence 2π une 0 l'impulsion électronique est transférée au milieu SPIRIT et vice versa. Il y a leur interaction continue.
Contrairement au concept de mécanique quantique des orbitales de probabilité, la représentation ondulatoire d'un électron sur une orbite de Bohr est naturellement déterminée par la taille de la longueur d'onde de Compton - son saut minimum dans le milieu SPIRIT. Ces mêmes représentations permettent d'obtenir tous les paramètres de l'orbite électronique dans un atome. Considérant une onde située sur une orbite de Bohr et limitée par une surface de rayon d'un tore, on peut l'estimer en assimilant les volumes d'un tore et d'une particule électronique de rayon connu de 4,536. · 10-17 m.
Électron sur l'orbite de Bohr (un 0 = 0,529177· 10-10 m) représente une onde en forme de tore - un « faisceau d'électrons » avec un rayon de section transversale R. e-tor = 1,9346 ·10 -20 m.
La transformation d'un noyau de particule sphérique en un « faisceau d'électrons » dans le champ entraîne une forte augmentation de la surface d'interaction « matière + ESPRIT ». Surface d'une particule électronique S e-sphère= 2,5856 10 -32 m2, et la surface du « faisceau électronique » S e-tor= 4,0417 ·10 -29 m2. La surface d'interaction continue avec l'environnement SPIRIT a augmenté de 1563 fois. Une augmentation de la surface de l'électron devrait indiquer une forte augmentation du mouvement du milieu SPIRIT le long de la circonférence du tore électronique. Ce mouvement est un champ magnétique.
Le moment magnétique d’une particule électronique est connu : M e-sphère= 0,928477 10 -23 A m 2 (J/T).
Moment magnétique d'un électron en orbite - M définir comme courant circulaire je, multiplié par l'aire du cercle S: M e-tore = I·S. Remplacement je = q e·ν = q e· moi· c 2 / h Et S= π une 0 2, définissons ν = 1,2356 10 20 s -1 ; je= 19,794 A. Moment magnétique d'un électron en orbite M e-tor= 1,7413 10 -19 Un m 2.
La valeur du moment magnétique du « faisceau d'électrons » est quatre ordres de grandeur supérieure à celle de la particule électronique, ce qui indique des forces magnétiques importantes formées par les orbites électroniques. Notez que les orbitales la physique quantique avec l'existence indéfinie de l'électron, ils excluent la possibilité de parler de magnétisme dans les atomes et ne sont donc pas en mesure d'expliquer pourquoi ces orbitales et l'atome lui-même sont préservés.
L'estimation effectuée ne peut prétendre être précise dans le calcul du flux magnétique dans un atome en raison de l'incertitude de la signification physique des concepts de courant électrique et de moment magnétique (voir 4.2) et de la possibilité d'appliquer le concept de courant à un électron. Cependant, à partir de la compréhension générale du contenu physique du champ magnétique en tant que mouvement directionnel du milieu SPIRIT formé par interaction avec la surface de l'électron, il devient évident que le champ magnétique du « faisceau d'électrons » est considérablement amélioré par rapport à celui du champ magnétique. la particule électronique.
Ainsi, une augmentation de la surface d'un électron lorsqu'il est inclus dans un atome sous la forme d'un « faisceau d'électrons » conduit à la formation d'un champ magnétique de l'électron en orbite - un flux dirigé et capable de persister indéfiniment. Milieu ESPRIT ; ce fil est celui force physique, qui assure la rétention et l'existence du tore électronique dans l'orbite atomique.
L'analyse effectuée explique suffisamment le dualisme de l'électron. C'est dans le champ du noyau que l'électron est une onde électromagnétique, alors que les électrons libres sont sans doute des particules.
Contrairement aux modèles mathématiques dans lesquels un électron dans un atome s’avère indétectable à l’intérieur des nuages orbitaux, le modèle proposé d’un « faisceau d’électrons » avec des dimensions et des coordonnées claires est physiquement naturel. Sous l'influence de forces électromagnétiques, une particule électronique, représentant une onde ordonnée du milieu SPIRIT, dans le champ du noyau est forcée de « s'étirer » sur toute son orbite, se transformant en une onde torique, qui est un analogue matériel d'un onde électromagnétique. Comme indiqué (voir 4.4), tout onde électromagnétique, en tant que porteur d'énergie, est une formation en forme de tore qui se propage à la vitesse de la lumière. De manière tout à fait analogue, un électron dans un atome doit représenter un mouvement ondulatoire en forme de tore avec une énergie équivalente à la masse de l’électron, fixé sur une orbite autour du noyau. Dans ce modèle, il est assez simple d'expliquer la transition d'un électron d'une position orbitale haut niveau en orbite inférieure avec un rayonnement quantique électromagnétique. Une onde en forme de tore de grand rayon, lorsqu'elle se déplace vers le noyau, est comprimée jusqu'au rayon de l'orbite inférieure, et lors de ce mouvement envoie dans l'espace un tore quantique correspondant à l'énergie de la différence entre les niveaux d'énergie de l'atome.
Les calculs physiques peuvent clarifier le modèle de transition d'une particule électronique en onde, mais son essence ne doit pas changer. Parce qu'une telle hypothèse s'avère logique et mathématique propriétés associées maçon (électron/positron) et l'environnement SPIRIT. L'idée d'une onde en forme de tore nous permettra d'expliquer la formation des couches électroniques des atomes, et la structure des couches nous permettra de mieux comprendre Propriétés chimiqueséléments résultant des forces du magnétisme.
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