Čo drží elektrón v atóme na obežnej dráhe atómového jadra?
Na prvý pohľad, najmä ak sa pozriete na kreslenú verziu atómu, ktorý som opísal vyššie, so všetkými jeho nedostatkami, elektróny obiehajúce okolo jadra vyzerajú rovnako ako planéty obiehajúce okolo Slnka. A zdá sa, že princíp týchto procesov je rovnaký. Má to však háčik.
Obr
Čo udržuje planéty na obežnej dráhe okolo Slnka? V newtonovskej gravitácii (Einsteinovská gravitácia je komplikovanejšia, ale tu ju nepotrebujeme) sa každá dvojica objektov k sebe priťahuje prostredníctvom gravitačnej interakcie úmernej súčinu ich hmotností. Konkrétne gravitácia Slnka priťahuje planéty k sebe (so silou nepriamo úmernou štvorcu vzdialenosti medzi nimi. To znamená, že ak sa vzdialenosť zníži na polovicu, sila sa zoštvornásobí). Planéty priťahujú aj Slnko, no je také ťažké, že to nemá takmer žiadny vplyv na jeho pohyb.
Zotrvačnosť, tendencia objektov pohybovať sa v priamom smere, keď na ne nepôsobí žiadna iná sila, pôsobí proti gravitačnej sile, čo spôsobuje, že sa planéty pohybujú okolo Slnka. To je možné vidieť na obr. 1, ktorý znázorňuje kruhovú dráhu. Zvyčajne sú tieto dráhy eliptické – aj keď v prípade planét sú takmer kruhové, pretože tak vznikli slnečná sústava. Pre rôzne malé skaly (asteroidy) a bloky ľadu (kométy) pohybujúce sa na obežnej dráhe okolo Slnka to už neplatí.
Podobne všetky dvojice elektricky nabitých predmetov sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú, pričom sila je tiež nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi nimi. Ale na rozdiel od gravitácie, ktorá vždy priťahuje predmety k sebe, elektrické sily sa môžu priťahovať alebo odpudzovať. Predmety, ktoré majú rovnaký náboj, kladný alebo záporný, sa navzájom odpudzujú. A záporne nabitý objekt priťahuje kladne nabitý objekt a naopak. Preto romantická fráza"Protiklady sa priťahujú."
Preto kladne nabitý atómové jadro v strede atómu priťahuje ľahké elektróny pohybujúce sa na okraji atómu smerom k sebe, podobne ako Slnko priťahuje planéty. Elektróny tiež priťahujú jadro, ale hmotnosť jadier je oveľa väčšia, že ich príťažlivosť nemá na jadro takmer žiadny vplyv. Elektróny sa tiež navzájom odpudzujú, čo je jeden z dôvodov, prečo neradi trávia čas blízko seba. Dalo by sa myslieť, že elektróny v atóme sa pohybujú na obežnej dráhe okolo jadra v podstate rovnakým spôsobom, ako sa planéty pohybujú okolo Slnka. A na prvý pohľad je to presne to, čo robia, najmä v kreslenom atóme.
Ale tu je háčik: v skutočnosti je to dvojitý trik a každý z týchto dvoch trikov má opačný účinok ako ten druhý, čo spôsobuje, že sa navzájom rušia!
Dvojitý háčik: ako sa atómy líšia od planetárnych systémov
Obr
Prvý háčik: na rozdiel od planét, elektróny pohybujúce sa na obežnej dráhe okolo jadra musia vyžarovať svetlo (presnejšie elektromagnetické vlny, ktorých príkladom je svetlo). A toto žiarenie by malo spôsobiť spomalenie elektrónov a ich špirálovitý pád smerom k jadru. V princípe v Einsteinovej teórii existuje podobný efekt – planéty môžu vyžarovať gravitačné vlny. Ale je extrémne malý. Na rozdiel od prípadu s elektrónmi. Ukazuje sa, že elektróny v atóme musia veľmi rýchlo, v zlomku sekundy, dopadnúť v špirále na jadro!
A urobili by to, keby nebolo kvantovej mechaniky. Potenciálna katastrofa je znázornená na obr. 2.
Druhý háčik: ale náš svet funguje podľa princípov kvantovej mechaniky! A má svoj vlastný úžasný a kontraintuitívny princíp neistoty. Tento princíp, ktorý popisuje fakt, že elektróny sú vlny rovnako ako častice, si zaslúži vlastný článok. Tu je však to, čo o ňom potrebujeme vedieť pre dnešný článok. Všeobecným dôsledkom tohto princípu je, že nie je možné poznať všetky vlastnosti objektu súčasne. Existujú súbory charakteristík, pri ktorých meranie jednej z nich robí ostatné neisté. Jedným prípadom je umiestnenie a rýchlosť častíc, ako sú elektróny. Ak presne viete, kde sa elektrón nachádza, neviete, kam ide a naopak. Je možné dosiahnuť kompromis a s určitou presnosťou vedieť, kde to je, a s určitou presnosťou vedieť, kam smeruje. V atóme všetko funguje takto.
Predpokladajme, že elektrón dopadá v špirále na jadro, ako na obr. 2. Ako bude padať, budeme čoraz presnejšie poznať jeho polohu. Potom nám princíp neurčitosti hovorí, že jeho rýchlosť bude čoraz neistejšia. Ale ak sa elektrón zastaví v jadre, jeho rýchlosť nebude neobmedzená! Preto nemôže prestať. Ak sa náhle pokúsi spadnúť v špirále, bude sa musieť náhodne pohybovať rýchlejšie a rýchlejšie. A toto zvýšenie rýchlosti odoberie elektrón z jadra!
Takže tendencia klesať po špirále bude vyvážená tendenciou pohybovať sa rýchlejšie podľa princípu neistoty. Rovnováha sa nachádza, keď sa elektrón nachádza v preferovanej vzdialenosti od jadra a táto vzdialenosť určuje veľkosť atómov!
Obr
Ak je elektrón spočiatku ďaleko od jadra, bude sa k nemu pohybovať po špirále, ako je znázornené na obr. 2 a vyžarujú elektromagnetické vlny. Ale v dôsledku toho bude jeho vzdialenosť od jadra dostatočne malá na to, aby princíp neistoty zakázal ďalšie priblíženie. V tomto štádiu, keď sa nájde rovnováha medzi žiarením a neistotou, elektrón organizuje stabilnú „obežnú dráhu“ okolo jadra (presnejšie orbitál – tento termín bol zvolený preto, aby sa zdôraznilo, že na rozdiel od planét, elektrón vďaka kvantu mechanika, nemá také dráhy ako majú planéty). Orbitálny polomer určuje polomer atómu (obr. 3).
Ďalšia vlastnosť – elektróny patriace k fermiónom – núti elektróny nezostupovať na rovnaký polomer, ale zoraďovať sa v orbitáloch rôznych polomerov.
Aké veľké sú atómy? Aproximácia založená na princípe neurčitosti
V skutočnosti môžeme približne odhadnúť veľkosť atómu iba pomocou výpočtov pre elektromagnetické interakcie, hmotnosť elektrónu a princíp neurčitosti. Pre jednoduchosť vykonáme výpočty pre atóm vodíka, kde jadro pozostáva z jedného protónu, okolo ktorého sa pohybuje jeden elektrón.
Princíp neurčitosti hovorí:
$$display$$m_e (Δ v) (Δ x) ≥ ℏ$$display$$
kde ℏ je Planckova konštanta h delená 2 π. Všimnite si, že hovorí, že (Δ v) (Δ x) nemôže byť príliš malá, čo znamená, že obe jednoznačnosti nemôžu byť príliš malé, hoci jedna z nich môže byť veľmi malá, ak je druhá veľmi veľká.
Keď sa atóm usadí do svojho preferovaného základného stavu, môžeme očakávať, že sa znamienko ≥ zmení na znamienko ~, kde A ~ B znamená, že "A a B nie sú presne rovnaké, ale ani sa veľmi nelíšia." Toto je veľmi užitočný symbol pre hodnotenie!
Pre atóm vodíka v základnom stave, v ktorom sa neistota polohy Δx bude približne rovnať polomeru atómu R a neistota rýchlosti Δv bude približne rovná typickej rýchlosti V elektrónu okolo atómu, získame:
Ako zistiť R a V? Existuje medzi nimi vzťah a sila, ktorá drží atóm pohromade. V nekvantovej fyzike objekt s hmotnosťou m, ktorý sa nachádza na kruhovej dráhe s polomerom r a pohybuje sa rýchlosťou v okolo centrálneho objektu, ktorý ho priťahuje silou F, splní rovnicu
Toto nie je priamo aplikovateľné na elektrón v atóme, ale funguje to približne. Sila pôsobiaca v atóme je elektrická sila, ktorou protón s nábojom +1 priťahuje elektrón s nábojom -1, čím sa rovnica stáva
kde k je Coulombova konštanta, e je jednotka náboja, c je rýchlosť svetla, ℏ je Planckova konštanta h delená 2 π a α je nami definovaná konštanta jemnej štruktúry rovná . Skombinujeme dve predchádzajúce rovnice pre F a odhadovaný vzťah je nasledujúci:
Teraz to aplikujme na atóm, kde v → V, r → R a m → m e. Vynásobme tiež hornú rovnicu číslom . Toto dáva:
V poslednom kroku sme použili náš vzťah neurčitosti pre atóm, . Teraz môžeme vypočítať polomer atómu R:
A ukazuje sa, že je to takmer presné! Takéto jednoduché odhady vám nedajú presné odpovede, ale poskytnú veľmi dobrú aproximáciu!
Kladný náboj jadra a záporný náboj elektrónu sú v stave rovnováhy, preto elektrón na jadro nedopadá a neodlieta z neho. A predsa za určitých podmienok musí byť táto rovnováha narušená, to znamená, že elektrón musí doslova spadnúť na jadro, čo spôsobí predčasnú smrť atómu. Ale aj zo skutočnosti, že planéty, hviezdy a ľudia stále existujú, je zrejmé, že sa to deje len za veľmi špecifických podmienok. Tento stav nastáva, keď je náboj jadra (to znamená počet protónov v ňom) vyšší ako 137 (nedávne výpočty zvýšili toto číslo na 170), a potom by teoreticky elektrón nemal len dopadnúť na jadro, ale mal by sa tam generovať. jeho náprotivky z antisveta – pozitróny, ktoré potom odlietajú do okolitého priestoru a robia všeličo.
Umelé atómové jadro pozostávajúce z piatich kalciových dimérov na graféne v elektrónovom oblaku umiestnenom na hranici kolapsu (tu a nižšie, ilustrácia M. Crommie).
„Takéto atómy by sa podľa očakávania zrútili, „vzali“ elektrón z vákua, pritiahli ho do jadra a získali nadbytočný náboj,“ vysvetľuje Leonid Levitov z (USA), jeden z autorov. Nová práca venovaný tejto téme.
Zdá sa, že je to vynikajúci predpoklad - v tom zmysle, že je pevne nevyvrátiteľný: zatiaľ sme neboli schopní nájsť jadrá atómov nad 118 ani v prírode, ani ich umelo vytvoriť. Fyzici už mnoho rokov dúfajú, že získajú pevnosť, ak nie hladom, tak prefíkanosťou. Keďže existujú takí ťažké prvky sa nedajú získať, podobný efekt sa snažia dosiahnuť zrážkou dvoch jadier (napríklad uránu s atómové číslo 92) o časticových organizéroch. „Takéto experimenty sa vykonávajú už desaťročia,“ komentuje situáciu pán Levitov. Ale, samozrejme, neexistovali žiadne jasné dôkazy o atómovom kolapse.
Preto autori predmetnej práce navrhli použiť nový trik na simuláciu takéhoto kolapsu. V graféne – monatomicky hrubej mriežke atómov uhlíka – sa elektróny v dôsledku nezvyčajnej topológie tohto materiálu správajú ako bezhmotné častice, hoci v skutočnosti majú hmotnosť. Pohybujú sa však oveľa nižšími rýchlosťami ako skutočné bezhmotné častice. To znamená, že stavy formálne podobné kolapsu atómov za účasti takýchto elektrónov môžu byť spôsobené rovnakým množstvom menšieho jadrového náboja.
Fyzici používali páry atómov vápnika (diméry) na grafénovom substráte ako náhrady za atómové jadrá. Pomocou skenovacieho tunelového mikroskopu ako manipulátora získali jasný dôkaz o udalosti úplne analogickej kolapsu atómových jadier.
Normálny elektrón okolo normálneho jadra (ako sú tie, z ktorých sme vy a ja) a ultrarelativistické elektróny okolo nestabilného superkritického jadra.
Akonáhle boli tri takéto diméry dostatočne blízko seba, okolité elektrónové pole vykazovalo špecifické spektrum rezonancií, ktoré presne zodpovedalo tým, ktoré sa pred desiatimi rokmi predpokladali pre atómový kolaps. Pozorované rezonancie sa zachovali aj pre umelé „atómové jadrá“ štyroch a piatich dimérov.
Hoci myšlienkou experimentu bolo potvrdiť dlhotrvajúce kvantové mechanické predpovede o kolapse atómov, jeho aplikácie môžu byť trochu praktické. Po prvé, ako sa ukazuje, je možné študovať mnohé vlastnosti grafénu, ktorý sa teraz aktívne propaguje ako materiál pre elektroniku. Po druhé, takáto citlivosť umelých „atómov“ na graféne nám umožňuje dúfať v použitie takých štruktúr, ako sú detektory chemikálií a biomarkery.
Kitaygorodsky A.I. Fyzika pre každého. Elektróny. Spracovala Hlavná redakcia fyzikálnej a matematickej literatúry - M.: Nauka, 1979. - 208 s.Stiahnuť ▼(priamy odkaz) : fdvek3kn1979.djvu Predchádzajúci 1 .. 13 > .. >> Ďalší
Okamžite je teda jasné, že atómy sa skladajú hlavne... z prázdnoty. Zriedkavé čelné zrážky by sa mali chápať takto: vo vnútri atómu sa nachádza kladne nabité jadro v blízkosti jadra. Sú veľmi ľahké, a preto nepredstavujú pre alfa časticu vážnu prekážku. Elektróny spomaľujú časticu alfa, ale každá jednotlivá zrážka elektrónov nemôže časticu vychýliť z jej dráhy.
Rutherford pripustil, že interakčné sily medzi podobne nabitým atómovým jadrom a časticou alfa sú Coulombovými silami. Ďalej za predpokladu, že hmotnosť atómu je sústredená v jeho jadre, vypočítal pravdepodobnosť vychýlenia častíc pod daným uhlom a získal brilantnú zhodu medzi teóriou a experimentom.
Fyzici takto testujú modely, ktoré vymyslia.
Predpovedá model výsledky experimentu? - Áno. ,
Odráža to teda realitu?
No prečo tak tvrdo? Model vysvetľuje množstvo javov, čo znamená, že je dobrý. A jeho objasnenie je vecou budúcnosti...
Výsledky Rutherfordových experimentov nenechali na pochybách o platnosti nasledujúceho tvrdenia: elektróny sa vplyvom Coulombových síl pohybujú v blízkosti jadra.
Z teórie vyplynuli aj niektoré kvantitatívne odhady, ktoré sa neskôr potvrdili. Rozmery najmenších atómových jadier sa ukázali byť približne 10""13 cm, zatiaľ čo rozmery atómu boli asi 10-8 cm ^
Porovnaním experimentálnych výsledkov s výpočtami sa ukázalo, že je možné odhadnúť náboje kolidujúcich jadier. Tieto odhady hrali veľkú, ak nie hlavnú úlohu pri interpretácii periodického zákona o štruktúre prvkov.
Takže model atómu bol zostavený. Okamžite však vyvstáva ďalšia otázka. Prečo elektróny (záporne nabité častice) nepadajú na jadro (kladne nabité)? Prečo je atóm stabilný?
Čo je tu nepochopiteľné, povie čitateľ. Planéty predsa nepadajú na Slnko.. Sila elektrického pôvodu je podobne ako gravitačná sila dostredivá a zabezpečuje kruhový pohyb elektrónov okolo jadra.
Faktom však je, že analógia medzi planetárnym systémom a atómom je len povrchná. Ako sa neskôr dozvieme, z pohľadu všeobecných zákonov elektro magnetické pole atóm musí vyžarovať elektromagnetické vlny. Možno však nepoznáte teóriu elektromagnetizmu. Hmota, t.j. atómy,
schopné vyžarovať svetlo a teplo. Ak áno, potom atóm stráca energiu, čo znamená, že elektrón musí dopadnúť na jadro.
Aká je cesta von? Je to veľmi „jednoduché“: musíte sa vyrovnať s faktami a povýšiť tieto fakty na úroveň zákona prírody. Tento krok urobil v roku 1913 veľký fyzik nášho storočia Niels Bohr (1885-1962).
KVANTIZÁCIA ENERGIE
Ako všetky prvé kroky, aj tento bol pomerne nesmelý. Načrtneme nový zákon prírody, ktorá nielenže zachránila Rutherfordov atóm, ale prinútila nás dospieť k záveru, že mechanika veľkých telies je neaplikovateľná na častice s malou hmotnosťou.
Príroda je štruktúrovaná tak, že množstvo mechanických veličín, ako je moment hybnosti a energia, nemôže mať súvislý rad hodnôt pre žiadny systém interagujúcich častíc. Naopak, atóm, o ktorom teraz hovoríme, alebo atómové jadro, o štruktúre ktorého si povieme neskôr, má svoju postupnosť energetických hladín, charakteristickú len pre daný systém. Tam je najnižšia úroveň (nula). Energia systému nemôže byť menšia ako táto hodnota. V prípade atómu to znamená, že existuje stav, v ktorom je elektrón v určitej minimálnej vzdialenosti od jadra.
Zmena energie atómu môže nastať iba náhle. Ak došlo k skoku „nahor“, znamená to, že atóm absorboval energiu. Ak k skoku došlo „dole“, atóm vyžaroval energiu.
Neskôr uvidíme, ako sa z týchto pozícií dajú krásne dešifrovať emisné spektrá rôznych systémov.
Formulovaný zákon sa nazýva zákon kvantovania energie. Môžeme tiež povedať, že energia má kvantovú povahu. ~
Treba poznamenať, že zákon o kvantovaní je úplne všeobecný charakter. Platí to nielen pre atóm, ale pre akýkoľvek objekt pozostávajúci z miliárd atómov. Ale pri práci s veľkými telesami si kvantovanie energie často „nevšimneme“.
Faktom je, že zhruba povedané, pre objekt pozostávajúci z miliardy miliárd atómov sa počet energetických úrovní zvýši miliardu miliárd krát. Energetické hladiny budú tak blízko pri sebe, že prakticky splynú. Nevšimneme si preto diskrétnosť možných energetických hodnôt. Mechanika, ktorú sme načrtli v prvej knihe, sa teda prakticky nezmení hovoríme o o veľkých telách.
V druhej knihe sme zistili, že k prenosu energie z jedného telesa do druhého môže dochádzať vo forme práce a vo forme tepla. Teraz sme v pozícii vysvetliť rozdiel medzi týmito dvoma formami prenosu energie. Pod mechanickým vplyvom (povedzme kompresia) sa energetické úrovne systému posúvajú. Tento posun je veľmi nevýznamný a zisťuje sa iba jemnými pokusmi a iba vtedy, ak sú tlaky dostatočne vysoké. Čo sa týka tepelného efektu, ten spočíva v prenesení systému z viacerých nízky level energie na vyššiu (kúrenie) alebo z vysokej na nižšiu (chladenie).
Akí dobrí čitatelia sú! Nielenže milujú a rešpektujú učiteľov prírodopisu, ale vedia aj to, ako Bohrov atómový model vysvetľuje, že elektróny nepadajú na jadrá.
Alebo padajú?
Otázka „prečo elektróny nepadajú na jadrá“ nespomína skutočnosť, že hovoríme výlučne o jednoelektrónovom atóme. Bohrov atómový model (a stará kvantová mechanika všeobecne) nehovorí nič o stabilite mnohoelektrónových atómov a molekúl. Skutočnosť, že „pád“ nenastane v atóme s jedným elektrónom, nezaručuje to isté pre iné systémy. Ak ste odborníkmi na starú kvantovú teóriu a rozhodli ste sa pomôcť učiteľom prírodopisu, pokračujte vo svojich úvahách. Napríklad potrebujem dôkaz všeobecné postavenie neznámy.
P.S. Bohrov model môže celkom dobre opísať singletové a tripletové stavy jednoduchých dvojatómových molekúl. Zistili sme to však až v roku 2005, ale lepšie neskoro ako nikdy. Konštrukcia je celkom čelná:
Funguje to trochu horšie ako pôvodná teória GL chemická väzba. Konštrukciou elektróny zaručene nedopadnú na jadrá (hurá!), no samotný model má ďaleko od kvantovania adiabatických invariantov. Videl som niečo podobné urobiť pre ión H2+, ale v sofistikovanejšej verzii. Cieľom bolo kvantifikovať nie samotné integrály, ale ich súčet:
Pravdepodobne by to robili dvadsať alebo tridsať rokov, keby Schrödinger neprišiel so svojou rovnicou. Prísť na to, ako aj toto málo urobiť so starou kvantovou mechanikou, nie je jednoduché. Pearson je majstrom kvantovej chémie, členom Národnej akadémie, Hershbach je tiež kandidát na Nobelovu cenu. Máte pred sebou oveľa ťažšiu úlohu. Je potrebné vytvoriť to, čo Bohr nedokázal: fungujúcu všeobecnú teóriu mnohoelektrónových systémov. Potom už zostáva len dokázať vo všeobecnom prípade stabilitu všetkých dráh elektrónov.
Veľa štastia.
P.P.S. Keďže nemám chuť diskutovať o téme, že stabilita mnohočasticových Coulombových systémov v (novej) kvantovej mechanike sa vysvetľuje samoadjunkciou Hamiltoniánu, fázami Mesiaca atď., komentátorom odporúčame prečítať si
Mimochodom, prečo samotný Heisenbergov princíp neurčitosti nevysvetľuje stabilitu atómu (ako tvrdí internetová smotánka vydaná Googlom), je napísané na s. 554-555 tejto eseje, časť I.
Vysvetlenie a pochopenie nie je to isté. Dilthey to raz a navždy dokázal.
S. Kurginyan
Kvantová mechanika založená na teórii relativity a fyzikálna chémia založená na kvantovej mechanike „vysvetlili“ atóm „rozmazaním“ elektrónov v „oblakoch orbitálov“. Existujú postuláty, zákony čísel, ale neexistuje vysvetlenie prírodných zákonov „prečo je to tak“ a navyše úplne chýba pochopenie zákonov pohybu elektrónov v atóme. Paradoxom je, že aj objavenie sa atómu vodíka je v rozpore so zákonom o elektrickej interakcii nábojov. Elektrón musí byť priťahovaný interakčnými silami v prázdnote alebo fyzikálnom vákuu k protónu, takže naň musí „padnúť“ a náboje sa musia „vybiť“. Prečo elektrón „nepadá“, ale skôr sa začne otáčať okolo protónu a vytvorí atóm vodíka? Pokúsme sa rozptýliť hmlovinu oblakov „orbitálov“ a priblížiť sa k pochopeniu toho, čo možno považovať za dráhu elementárnej častice, aký je typ a umiestnenie dráh, a čo je najdôležitejšie, pochopiť fyzikálnych princípov ich naplnenie elektrónmi v atómoch.
Na základe všeobecnosti prírodných zákonov, odmietajúc relativitu a neistoty mikrosveta, prijmeme „náznaky“ Slnka:
.Ø existencia určitých dráh pre elektróny;
.Ø obežné dráhy musia byť kvantované;
.Ø všetky obežné dráhy sú kruhové alebo s miernou excentricitou;
.Ø obežné dráhy sa nachádzajú prevažne v jednej rovine – v rovníkovej rovine jadra.
Rovnaké znaky tvorby atómovej štruktúry priamo vyplývajú zo zákonov elektrickej a magnetickej interakcie medzi jadrom a elektrónmi v prostredí DUCHA.
Jadro atómu musí k sebe priťahovať elektróny silou elektrickej interakcie. Elektrické sily, ako sme zistili (pozri 4.2), sú determinované rotačným pohybom média DUCH, „zachyteným“ rotáciou hmotného masívu - elektrónu. V prostredí DUCHU funguje zákon zachovania hybnosti: pohybom hmoty vzniká pohyb prostredia a naopak. Preto by sa najvyššia rýchlosť pohybu média DUCH interagujúceho s murárom mala prejaviť v jeho rovníkovej rovine. Zistili sme tiež, že jednotkový náboj protónu a jeho spin sú určené centrálnym „pozitrónom“ v centrálnom mióne a zvyšné náboje a spiny miónu a pi-mezónov sú kompenzované. V jadrách atómov sa sčítavajú náboje protónov, čo vedie k zvýšeniu intenzity elektrického poľa - sily príťažlivosti elektrónov. Najväčšie sily príťažlivosť elektrónov protónom a jadrá prvkov musí pôsobiť v ich rovníkovej rovine, v rovine najväčšieho pôsobenia vírivého pohybu prostredia DUCH. To vysvetľuje, prečo plnenie škrupín vo všetkých vrstvách n začína kruhovými dráhami: 1 s, 2 s, 3 s atď.
Dráhy sú určené elektrickým poľom jadra, a preto musia byť nevyhnutne kruhové, rovníkové.
Prečo však existujú obežné dráhy? Prečo ho protón pri stretnutí s elektrónom nepriťahuje a prečo elektrón pri pohybe v elektrickom poli nedosiahne kladne nabitý protón alebo jadro s mnohými protónmi? Prečo sa elektrón prestane priťahovať a zostane na Bohrovej dráhe? Tento paradox – dôkaz nemožnosti vytvorenia atómu vodíka – je vo fyzike umlčaný.
Podľa zákonov elektrostatiky absencia príťažlivosti medzi kladným a záporné náboje v neprítomnosti média (fyzikálne vákuum) alebo v neprítomnosti jeho odporu („éter“) je možné iba v prípade absencie náboja v jednej z častíc alebo jeho zmeny na opačný. Fyzika, ktorá nevie, čo je náboj, nemôže dovoliť zmenu nábojov, a preto problém zamlčí. V prostredí SPIRIT takýto problém neexistuje (pozri 3.2).
Uvažujme o správaní sa elektrónu pri tvorbe atómu vodíka pomocou I. Dmitrievovho dobrého modelu elektrónu ako rotácie guľového objemu. Náboj je určitý smer otáčania: vpravo alebo vľavo. Pri približovaní sa k protónu sa elektrón ocitne v oblasti silného vírivého pohybu prostredia DUCH, ktorý je reprezentovaný vírivou rotáciou rýchlosťou svetla. Elektrón v elektrickom poli s kladným nábojom sa musí urýchliť. Ale pohyb povrchových bodov elektrónu voči médiu už zodpovedá rýchlosti svetla, a preto ho nemožno urýchliť. Elektrické a magnetické konštanty prostredia DUCH to „neumožnia“. Keď sa elektrón priblíži k jadru, ocitne sa vo vírivom pohybe média, ktorý je spôsobený nábojom jadra. V kap. Obrázok 4.4 ukazuje, že veľkosť vírov v médiu SPIRIT je mnohonásobne väčšia ako veľkosť vírov „zachytených“ elektrónom (Comptonova vlnová dĺžka). Preto bude ich účinok pre elektrón chaotický. Pri takomto pohybe v prúdení média DUCH z jadra sa elektrón, ktorý je podľa našej hypotézy jedinou hmotnou elementárnou časticou (pozri 3.2), môže počas rotácie ukázať ako „elektrón“, resp. „pozitrón“ vo vzťahu k jadru. Častica je vystavená príťažlivým alebo odpudivým silám, ktoré ju roztrhajú. Hlavná podmienka existencie častice – jednoznačný vzťah medzi jej objemom a povrchom, určený hodnotou Planckovej konštanty – je porušená.
Ako jediné možné fyzikálne vysvetlenie možnosti vzniku atómov treba akceptovať možnosť, podľa ktorej elektrón ako vlna uzavretá v guli, keď sa povrch deformuje vplyvom vírivého pohybu prostredia DUCHA , môže vytvárať vlnu uzavretú v toruse. Toto je uľahčené magnetickým momentom elektrónu, ktorý je 658,21-krát väčší ako magnetický moment protónu. Proces interakcie medzi „oblakom“ prostredia DUCHA okolo elektrónu a „oblakom“ okolo protónu možno znázorniť ako prevahu magnetického poľa elektrónu, ktorá sa považuje za riadený pohyb prostredia DUCHA, nad magnetickým poľom protónu. Rotačný pohyb vírov v médiu DUCH prirodzene prechádza do translačného pohybu. Tento pohyb média DUCH „unáša“ elektrón po kruhovej dráhe okolo protónu a „rozmazáva“ ho po dráhe. Sily magnetickej interakcie v určitej vzdialenosti od jadra, ktorá sa nazýva Bohrova dráha, prevládajú nad elektrickou príťažlivou silou. Ako ukazujú nižšie uvedené vzorce, charakteristiky prostredia SPIRIT na Bohrovej obežnej dráhe v atóme vodíka jednoznačne súvisia s charakteristikami elektrónu, ktorý na ňom možno znázorniť ako vlnový torus („zväzok elektrónov“), ktorý zachováva hmotu. a elektrické charakteristiky elektrónu.
Fyzikálne zákony elektrickej interakcie zabraňujú tvorbe atómov. Iba hypotézy o jedinom elementárna častica„Mason = elektrón + pozitrón“ a premena častice na obežnej dráhe atómu na vlnový torus („zväzok elektrónov“) sú schopné vysvetliť zrod atómov.
Myšlienka elektrónového murára ako organizovaného pohybu prostredia DUCHU a jeho interakcie s prostredím DUCHU mení paradox dualizmu na prirodzený jav vyskytujúci sa v elektromagnetickom poli jadra.
V bežných fyzikálnych koncepciách elektrón „rotuje“ okolo jadra rýchlosťou viac ako 2000 km/s na dráhe s dĺžkou 3,3·10 -10 m, takémuto pohybu, ako aj teoretickým pravdepodobnostným orbitálom, nemôže zodpovedať reality v prírode. Myšlienka premeny murára na vlnový torus rieši fyzikálne rozpory a vysvetľuje, kedy a prečo sa elektrónová častica zmení na elektrónovú vlnu.
Hlavná hypotéza tejto práce o jednote „DUCHA + hmota“ vedie k záveru, že voľný elektrón by sa nemal považovať za samostatnú látku, ale za organizovaný pohyb média DUCHA, za stojatú vlnu oscilácií médium v guľovej ploche. Ide o „stojatú“ vlnu oscilácií, ktorej nepretržitá interakcia s médiom DUCH dáva vznik hmotnosti – miera zotrvačnosti. Tieto kmity na sférickom rozhraní spôsobujú odozvové kmity prostredia DUCHA s jeho charakteristikami - elektrickými a magnetickými konštantami, ktoré interpretujeme ako pohyb rýchlosťou svetla. V skutočnosti ide o oscilačný proces. Na vysvetlenie paradoxu zrodu atómu stačí „rozvinúť“ sférickú vlnu do určitej „šnúry“ na obežnej dráhe. V tomto prípade bude náš elektrón „rozmazaný“ v kruhovom priestore v rovníkovej rovine jadra. Tento analóg elektrického prúdu v prstencovom drôte - „elektrónový zväzok“ - predstavuje stojacu elektromagnetickú vlnu v toruse, ktorá sa nachádza v priestore v rovníkovej rovine jadra a poskytuje tienenie jej náboja. Elektrónový orbitálny model nie je schopný poskytnúť takéto vysvetlenie.
Transformácia jadra „stojatej“ vlny ohraničenej guľovou plochou na toroidné v elektromagnetickom poli neodporuje fyzikálnym zákonom. V prírode je možný vznik guľového blesku v silnom elektromagnetickom poli, jeho existencia a jeho rozpad s uvoľňovaním energie. Transformácia elektromagnetickej vlny, napríklad elektrónu, z guľového tvaru na tvar torusu pri vírivom pohybe média DUCH je podobný proces zmeny tvaru elektrického náboja. Dôkazom v prospech hypotézy premeny guľovej vlny na toroidnú môže byť skutočnosť, že tejto forme existencie elektrónu v atóme zodpovedá spôsob vzniku, tvaru a štruktúry elektromagnetickej vlny - kvantá (viď. 4.4). Vysvetľuje stabilitu atómov, ich štruktúru a procesy vzniku kvánt žiarenia pri orbitálnych prechodoch elektrónov. Príroda opäť potvrdzuje jednotu princípov formovania systému!
Torusovitý model elektrónu na obežnej dráhe okolo jadra zodpovedá prirodzeným princípom vzniku elektromagnetických vĺn. Pohyb elektrónu sa nevyskytuje na obežnej dráhe, ale táto dráha je elektrónová vlna.
Toto je vlna kmitavého pohybu spôsobená interakciou s médiom, ktorá je veľmi podobná elementárnemu kruhu striedavého prúdu vysoká frekvencia. Vonkajšia rotácia torusu je charakterizovaná konštantami média DUCH a energia zodpovedajúca pokojovej hmotnosti elektrónu moduluje vlnu vnútorného koaxiálneho pohybu, ktorá určuje polomer obežnej dráhy. V tomto prípade si koncept obežnej dráhy tiež vyžaduje zmeny, napríklad „elektronický postroj“, „elektrický pás“. Odhady fyzikálnych parametrov „elektronického balíka“ potvrdzujú jeho reálnosť.
Elektrón zachytený protónom si musí zachovať svoju hmotnosť, teda objem prostredia DUCHA v ňom uzavretého. „Rozmazaný“ elektrón zaberá Bohrovu dráhu v atóme vodíka, ktorého polomer je určený Planckovou konštantou, (kvadratickým) nábojom elektrónu, elektrickými a magnetickými konštantami a „zvyškovou“ hmotnosťou elektrónu:
a 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.
Tu 0 - polomer Bohrovej obežnej dráhy, h- Planckova konštanta, m e - hmotnosť elektrónov, c - rýchlosť svetla , e - elektrónový náboj , μ 0 a ε 0 - magnetické a elektrické konštanty prostredia DUCH.
Prítomnosť elektrických a magnetických konštánt média DUCH v rovnici a charakteristika elektrónu (kvadratický náboj a hmotnosť) je dôkazom prirodzenej interakcie „hmota + DUCH“ na Bohrovej dráhe, a teda aj jej jedinečnosti. Ako potvrdenie, že elektrón na obežnej dráhe predstavuje skutočný vlnový pohyb, a nie let častice, slúžia Schrödingerove vlnové rovnice, ktoré dávajú správne výsledky, a experimenty rozptylu fotónov na atómoch, v súlade s ktorými dochádza k elastickému rozptylu vĺn na viazané elektróny a hmotnostný elektrón zodpovedá Comptonovej vlnovej dĺžke λ K:
λ K =h/ m e c = 2,426311·10 -12 m.
Zo známych vzorcov kvantovej mechaniky vyplýva:
λ K = α· 2π·a 0 .
Tu α = 1/137,036 je konštanta jemnej štruktúry.
Hlavná dráha elektrónu v atóme vodíka je teda 137,036 ·λ k. Comptonovu vlnovú dĺžku, ako je znázornené (pozri 3.2), možno považovať za minimálny možný „skok“ elektrónu a za polomer oblaku DUCHU okolo neho.
Comptonova vlnová dĺžka je dĺžka elektrónovej vlny na dráhe atómu, fyzikálne určená konštantou jemnej štruktúry časti Bohrovej dráhy.
Kombináciou dvoch vyššie uvedených vzorcov môžeme pochopiť fyzikálny význam konštanty jemnej štruktúry:
1/α = 2π a 0m e c / h
Pripomínajúc, že Planckova konštanta zodpovedá energii jednej otáčky víru v štruktúre Ducha (pozri 4.4), určíme, že recipročná hodnota konštanty jemnej štruktúry je pomer hybnosti elektrónu na prvej dráhe okolo protón k hybnosti média Ducha.
Pomer hybnosti elektrónu na prvej dráhe okolo protónu k energii minimálneho víru v prostredí DUCH (Planckova konštanta) sa rovná prevrátenej hodnote konštanty jemnej štruktúry. Ide o zákon zachovania hybnosti medzi médiom DUCH a elektrónom, v ktorom konštanta 1/α hrá úlohu prenosového koeficientu, analógu účinnosti!
Získalo sa aj zdôvodnenie veľkosti hlavnej elektrónovej dráhy v atóme vodíka. Len po obvode 2π a 0 hybnosť elektrónu sa prenáša do prostredia DUCH a naopak. Existuje ich nepretržitá interakcia.
Na rozdiel od kvantovej mechanickej myšlienky orbitálov pravdepodobnosti je vlnová reprezentácia elektrónu na Bohrovej obežnej dráhe prirodzene určená veľkosťou Comptonovej vlnovej dĺžky - jej minimálnym skokom v prostredí SPIRIT. Tieto rovnaké zobrazenia umožňujú získať všetky parametre dráhy elektrónov v atóme. Ak vezmeme do úvahy vlnu umiestnenú na Bohrovej dráhe a obmedzenú povrchom s polomerom torusu, môžeme ju odhadnúť tak, že prirovnáme objemy torusu a elektrónovej častice so známym polomerom 4,536. · 10 -17 m.
Elektrón na Bohrovej obežnej dráhe (a 0 = 0,529177· 10 - 10 m) predstavuje vlnu v tvare torusu - „elektrónový zväzok“ s polomerom prierezu R e-tor = 1,9346.10-20 m.
Transformácia jadra sférickej častice na „elektrónový zväzok“ v poli vedie k prudkému zvýšeniu interakčného povrchu „hmota + DUCH“. Povrchová plocha elektrónovej častice S e-sféra= 2,5856 10 -32 m2 a povrchová plocha „elektronického balíka“ S e-tor= 4,0417 ·10 -29 m2. Plocha nepretržitej interakcie s prostredím DUCHU sa zväčšila 1563-krát. Zväčšenie povrchovej plochy elektrónu by malo naznačovať prudké zvýšenie pohybu média SPIRIT po obvode elektrónového torusu. Tento pohyb je magnetickým poľom.
Magnetický moment elektrónovej častice je známy: M e-guľa= 0,928477 10-23 Am2 (J/T).
Magnetický moment elektrónu na obežnej dráhe - M definovať ako kruhový prúd ja, vynásobené plochou kruhu S: M e-torus = I·S. Nahrádzanie ja = q e·ν = q e· m e· c 2 / h A S= π a 0 2, definujme ν = 1,2356 1020 s-1; ja= 19,794 A. Magnetický moment elektrónu na obežnej dráhe M e-tor= 1,7413 10 -19 A m2.
Hodnota magnetického momentu „elektrónového zväzku“ je o štyri rády väčšia ako hodnota magnetického momentu elektrónovej častice, čo naznačuje významné magnetické sily vytvorené obežnými dráhami elektrónov. Všimnite si, že orbitály kvantová fyzika pri neurčitej existencii elektrónu vylučujú možnosť hovoriť o magnetizme v atómoch, a preto nevedia vysvetliť, prečo sú tieto orbitály a samotný atóm zachované.
Vykonaný odhad nemôže tvrdiť, že je presný pri výpočte magnetického toku v atóme z dôvodu neistoty fyzikálneho významu pojmov elektrický prúd a magnetický moment (pozri 4.2) a možnosti aplikácie konceptu prúdu na jeden elektrón. Zo všeobecného chápania fyzikálneho obsahu magnetického poľa ako smerového pohybu prostredia DUCHU vytvoreného interakciou s povrchom elektrónu je však zrejmé, že magnetické pole „zväzku elektrónov“ je v porovnaní s elektrón-častica.
Zväčšenie povrchu elektrónu, keď je obsiahnutý v atóme vo forme „elektrónového zväzku“, teda vedie k vytvoreniu magnetického poľa elektrónu na obežnej dráhe - riadeného a schopného neobmedzene pretrvávajúceho toku elektrónu. Stredný DUCH; toto vlákno je jediné fyzická sila, ktorý zabezpečuje udržanie a existenciu elektrón-toru na atómovej dráhe.
Vykonaná analýza dostatočne vysvetľuje dualizmus elektrónu. Práve v poli jadra je elektrón elektromagnetická vlna, zatiaľ čo voľné elektróny sú nepochybne častice.
Na rozdiel od matematických modelov, v ktorých sa elektrón v atóme ukazuje ako nedetegovateľný v orbitálnych oblakoch, navrhovaný model „elektrónového zväzku“ s jasnými rozmermi a súradnicami je fyzikálne prirodzený. Pod vplyvom elektromagnetických síl je elektrónová častica, predstavujúca usporiadanú vlnu média DUCH, v poli jadra nútená „natiahnuť“ sa po celej svojej dráhe a premeniť sa na torusovú vlnu, ktorá je hmotným analógom elektromagnetická vlna. Ako je znázornené (pozri 4.4), akékoľvek elektromagnetická vlna, ako nosič energie, je útvar v tvare torusu, ktorý sa šíri rýchlosťou svetla. Celkom analogicky musí elektrón v atóme predstavovať vlnový pohyb v tvare torusu s energiou ekvivalentnou hmotnosti elektrónu, ktorý je upevnený na obežnej dráhe okolo jadra. V tomto modeli je celkom jednoduché vysvetliť prechod elektrónu z orbitálu vysoký stupeň na nižšiu obežnú dráhu s elektromagnetickým kvantovým žiarením. Torusovitá vlna veľkého polomeru sa pri pohybe smerom k jadru stlačí na polomer spodnej obežnej dráhy a pri tomto pohybe vyšle do priestoru kvantový torus zodpovedajúci energii rozdielu medzi energetickými hladinami atómu.
Fyzikálne výpočty môžu objasniť model prechodu elektrón-častice na vlnu, ale jeho podstata by sa nemala meniť. Pretože takáto hypotéza sa ukazuje ako logická a matematická súvisiace vlastnosti murár (elektrón/pozitrón) a prostredie DUCH. Myšlienka vlny v tvare torusu nám umožní vysvetliť tvorbu elektrónových obalov atómov a štruktúra obalov nám umožní lepšie pochopiť Chemické vlastnosti prvkov v dôsledku magnetických síl.
Dávame do pozornosti časopisy vydávané vydavateľstvom „Akadémia prírodných vied“
