15

15. МНОГОЭЛЕКТРОННЫЕ АТОМЫ

Принцип образования их тот же - максимально возможный выигрыш энергии. Для трехэлектронных атомов единственно возможная устойчивая структура будет тогда, когда третий электрон будет иметь орбиту в плоскости, перпендикулярной плоскости орбит двух электронов гелиоподобного атома, что показано на фигуре 15.1 (литий).

Третий электрон не может раздвинуть орбиты двух первых электронов из-за их сильного магнитного взаимодействия (см. фиг. 15.7). Если бы не влияние двух электронов, то третий электрон имел бы круговую орбиту, но влияние этих электронов приводит к растяжению орбиты вдоль линии 1-1 и сокращению вдоль линии 2-2, что определяет эллипсообразную орбиту с эксцентриситетом, порядка e=0,777 для лития, который сначала резко, а затем слабо увеличивается с увеличением заряда ядра до, например, e=0,854. При этом ядро находится в центре эквивалентного эллипса, а не в его фокусе.

При добавлении четвертого электрона, из третьего и четвертого электронов образуется подобие системы первого и второго электрона, только в перпендикулярной плоскости, при этом ядро оказывается в фокусе эллипсообразных орбит. Далее этот процесс продолжается до образования 8-электронного тора без внутреннего отверстия (фиг. 15.2) в котором, если двигаться по окружности вдоль оси тора, то электроны в нем встречаются вращающимися вокруг ядра в одну сторону.

На фиг. 15.2 орбиты в параположении для удобства восприятия смещены относительно друг друга. Стремление к спариванию электронов, как между взаимодействующими атомами, так и при образовании тора (фиг. 15.2) обусловлено единственным стремлением к минимуму потенциальной энергии, который обеспечивается, в данном случае, взаимодействием орбитальных магнитных моментов и составляет основу химии. В этом отношении есть некоторая аналогия с нуклонами в ядре, которые таким же образом обеспечивают минимум потенциальной энергии своих собственных гравидинамических моментов (см. теорию ядра).

На фигуре 15.3 изображен неон в виде на плоскость орбит двух первых электронов (а) и в разрезе 1-1 (б). Точками на фигуре 15.3б показаны орбиты двух первых электронов внутри тора, движущихся в противоположные стороны.

Из фигуры 15.2 видно, что, несмотря на общую выгодность образования тора и связанный с этим рост энергии ионизации, присоединение третьего и шестого электронов тора в наибольшей степени деформирует уже сложившуюся структуру, поэтому энергия ионизации для этих электронов оказывается значительно ниже ожидаемой.

Далее процесс идет точно таким же образом, при этом тонкое расщепление спектральных линий, например, натрия, обусловлено разным направлением движения наружного электрона у разных атомов одного и того же элемента. В итоге получается как бы двойной тор с противоположным движением электронов, что показано на фигуре 15.4 (аргон).

Здесь появляется очень заманчивая возможность (с энергетической точки зрения) плотнее набить атом электронами, расположив их по квазикруговым орбитам внутри второго тора, но эту возможность нельзя реализовать из-за отсутствия "дырки" через которую электроны могли бы попасть к месту назначения и, самое главное - энергетическая ситуация еще не созрела для реализации этой возможности.

Подходящие условия появляются при добавлении пары электронов, начинающих формировать еще один наружный тор, вспомним, что третий электрон встраивать в тор не очень выгодно (фиг. 15.2,В). Это изображено на фигуре 15.5 (кальций).

Теперь становится выгодным не достраивать дальше третий тор, а заполнить первый почти круговой орбитой на которой располагаются всего 8 электронов (от скандия до никеля), а в атомах меди и цинка заполняется уже второй тор двумя электронами в положении, аналогичном гелию. Атом цинка изображен на фиг. 15.6.

Далее достраивается третий тор, начиная от атома галлия и кончая криптоном. Затем весь процесс повторяется вновь. В атомах рубидия и стронция начинается образование четвертого тора, начиная с иттрия по палладий, 8 электронов на почти круговой орбите заполняют внутренность второго тора, в атомах серебра и кадмия заполняется уже третий тор двумя электронами в положении, аналогичном цинку и с индия по ксенон завершается образование четвертого тора.

Затем точно так же в цезии и барии формируется начало пятого тора, начиная с лантана по гадолиний, 8 электронов на почти круговой орбите заполняют внутренность третьего тора.

Поскольку влияние ядра значительно усиливается, то появляется возможность еще 8 электронам (с тербия по гафний) образовать вторую квазикруговую орбиту с противоположным движением электронов внутри третьего тора и теперь уже не два электрона, а 8 (с тантала по ртуть) заполняют четвертый тор в плоскости парных орбит цинка и кадмия. Если бы не было двух электронов пятого тора, то 8 элементов в ряду тантал-ртуть являлись бы неким подобием элементов в ряду натрий-аргон. Таким образом, ртуть в некоторых отношениях подобна инертным газам, из-за чего она представляет собой жидкость в нормальных условиях. “За исключением ртути, все максимумы на кривой (первых потенциалов ионизации в зависимости от атомного номера элементов - В.К.) наблюдаются для инертных газов и все более глубокие минимумы для щелочных металлов”. Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон, Современная неорганическая химия, “Мир”, М., 1969, 1 часть, стр.47.

Далее с таллия по радон завершается образование пятого тора, а франций и радий начинают формирование шестого тора. 8 элементов с актиния по кюрий образуют квазикруговую орбиту внутри четвертого тора, а 8 элементов с берклия по 104 элемент - вторую почти круговую орбиту внутри четвертого тора с противоположным движением электронов. В гипотетических элементах со 105 по 112 восемь электронов заполняли бы пятый тор в плоскости парных орбит и являлись бы химическими аналогами ряда тантал-ртуть, в элементах со 113 по 118 завершилось бы образование шестого тора. Окончания этого заполнения и тем более завершения формирования шестого тора мы, по всей видимости, никогда не увидим из-за неустойчивости тяжелых ядер, а не из-за каких-либо ограничений со стороны электронных оболочек. Поэтому надежды ученых на “островок стабильности” в далеких трансурановых элементах не оправдаются. Кстати, теперь под оболочкой приходится понимать один из 8-электронных торов, вложенных друг в друга, как матрешки, вместе с их внутренним содержимым. Если быть более точным, то существуют разного вида оболочки, принципиально отличающиеся друг от друга: образующие тор и лежащие в плоскости, перпендикулярной оси тора. Последние, в свою очередь, подразделяются на двух- и восьмиэлектронные с орбитами электронов, аналогичными орбитам в торах, но лежащими в одной плоскости и восьми- и 16-электронные квазикруговые орбиты в той же плоскости, на которых электроны коллективизированы и не следуют принципу Паули. Размеры всех атомов в невозбужденном состоянии примерно одинаковы, включая сюда и водород. Это указывает на то, что все электроны в атоме находятся на стационарных орбитах, размер которых всецело определяется скоростью движения электрона так, чтобы они удовлетворяли условию: одна волна де Бройля, механический момент равен моменту свободного электрона. В связи с этим вызывает удивление логика современной физики, когда квантовые числа, в которых может находиться возбужденный атом водорода, механически переносятся на все атомы, считая совершенно безосновательно, что только эти состояния и разрешены. Мы показали, что эти состояния метастабильны и никакого отношения к строению невозбужденных атомов не имеют. Действительно, радиус орбиты электрона обратно пропорционален заряду ядра и прямо пропорционален квадрату квантового числа, поэтому, с точки зрения современной физики, радиус атомов должен линейно увеличиваться с увеличением заряда ядра. Наборами квантовых чисел невозможно описать строение атомов, если не прибегать к исключениям, по количеству значительно превышающим правила, в чем любопытный читатель может лично убедиться, если у него хватит терпения разобраться в этом окончательно запутанном вопросе.

Построив графики первой энергии ионизации атома в зависимости от числа электронов, образующих данный тор (фиг. 15.7), мы видим устойчивую тенденцию к спрямлению графиков с увеличением номера тора (для 5-го и 6-го тора графики смещены вниз на 2 эв для удобства рассмотрения). Это связано с увеличением азимутальной подвижности электронных орбит с увеличением заряда ядра. При этом в пятом торе пятый электрон уже способен раздвинуть орбиты предыдущих электронов (сравним с фиг. 15.2N). Тем не менее, присоединение третьего электрона остается энергетически мало выгодным, что видно по началу графика для шестого тора, а именно, это обстоятельство и определяет правила построения электронных оболочек атомов, которые остаются, таким образом, неизменными не только для существующих, но и для гипотетических элементов. Если бы это было не так, заполнения электронами внутренности пятого тора не могло бы происходить. Со временем, мы научимся делать выгодным присоединение третьего электрона к тору и к тому есть несколько независимых путей. В этом случае открываются уникальные возможности для химии, например, можно получить железо в виде инертного газа.

В таблице 15.1 представлена схема заполнения электронами торов, квазикруговых орбит и орбит в одной плоскости. По сути дела, эта таблица представляет собой новую форму таблицы Д.И. Менделеева: элементы на одной вертикали обладают подобными химическими свойствами. “Но это, однако, не означает, что даже совершенное знание электронных конфигураций атомов во всех без исключения случаях позволяет делать однозначные выводы относительно свойств соответствующих элементов”. “О систематике частиц”, “Атомиздат”, 1969, стр.40.

Таблица 15.1.

Заполнение торов	Заполнение квазикруговых орбит	Заполнение орбит в одной плоскости
(H) (He)		(H)(He)
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca	Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni	Cu Zn
Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr	Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd	Ag Cd
In Sn Sb Te J Xe
Cs Ba	La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tu Yb Lu Hf	Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra	Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw 104	105 106 107 108 109 110 111 112
113 114 115 116 117 118

За исключением короткого “периода”: H, He, который занимает особое положение, остальные начинаются со щелочного металла и заканчиваются инертным газом. При этом их сравнивать можно только попарно, т.к. строение последующей пары резко отличается от предыдущей.

Если в современной физике, которая считает электроны в атоме "размазанными" в пространстве не возникает вопроса о синхронизации их движения, то в описываемой здесь неоклассической физике этот вопрос является важнейшим не только для правильного понимания строения атомов, но и при образовании молекул из атомов и твердых тел из молекул и более подробно будет рассмотрен ниже. В этом же разделе мы должны обратить внимание на то, что синхронизация возможна только для двух электронов, орбиты которых лежат в одной плоскости и совершенно симметричны относительно ядра или для большего количества электронов, если они располагаются симметрично на одной квазикруговой орбите. В последнем случае атомы обладают магнитными свойствами. Все остальные варианты не могут быть практически реализованы из-за невозможности синхронного движения электронов. Требование синхронизации электронов имеет автоматическим следствием высокую симметричность строения атомов, молекул, твердых тел, фактически - высокую симметричность всего мироздания.

Ортодоксы, особенно с математическим уклоном, которые кроме формул ничего не признают, могут обвинить автора в чисто умозрительном описании строения атомов. На это можно возразить следующее: умозрительное описание - гораздо более эффективный метод познания в тех случаях, когда математика бессильна. Если бы Коперник вместо умозрительного описания строения Солнечной системы попытался сделать это математически, он мучился бы с этой проблемой до сегодняшнего дня и без всякого результата, т.к. такого описания не существует в настоящее время. А попробуйте “математизировать” теорию эволюции Дарвина - ничего не получится. Испокон веку любое научное достижение начинается с описательного метода познания и только затем, по мере возможности, подключается математический аппарат для уточнения уже достаточно ясных представлений. Попытка поставить этот процесс познания на голову приводит только к массе бессмысленных математических выкладок.

Комментарии автора к главе 15:

1. Деньги на ветер.

Средства массовой информации радостно сообщили о новом успехе русских и американских ученых: получено шесть атомов химического элемента № 117. Жаль, что не сообщают, сколько денег истрачено за два года на получение этих шести атомов. Принцип получения трансурановых элементов предельно простой: облучай тяжелый элемент ядрами другого элемента и лови, что получилось. Редко, но иногда получается то, что надо. Правда распадаются сверхтяжелые элементы так быстро, что порой не успевают их идентифицировать. Если затратить еще больше времени и денег, то можно потешить свое самолюбие за счет налогоплательщиков и получить 118 элемент (таблица 15.1) и так далее, но что это дает для науки? Ничего. Вместо трехэтажного дома можно затратить больше времени и денег и построить 4-этажный и т.д. Для строительной науки это тоже ничего не дает.

15.1. Мезоатомы

Новая физика утверждает, что радиус движения электрона в атоме пропорционален массе электрона (см. формулу 2.3). Официальная физика придерживается противоположного утверждения: расстояние электрона от ядра атома обратно пропорциональна массе электрона (см. главу 2). Мезоатомы содержат в своем составе вместо электрона мезон (, , и т.д.). Размеры мезоатомов меньше размеров обычных атомов во столько же раз, во сколько раз масса мезонов больше массы электрона, т.е. соответствуют официальной формуле для радиуса атома, где масса электрона (мезона) стоит в знаменателе. Из этого факта можно было бы сделать вывод, что выводы новой физики по данному вопросу ошибочны, однако при более внимательном рассмотрении вопроса оказывается, что ошибку делает ортодоксальная физика. Конфликт состоит в следующем. Очевидно, что гравитационное взаимодействие электрона с ядром незначительно и не может влиять на поведение электрона. Вместе с тем, масса электрона может проявить себя только в виде инерции при движении электрона по определенной орбите, увеличивая ее радиус. По представлениям квантовой механики электрон в атоме не обладает орбитальным движением, поэтому масса электрона вообще не должна фигурировать в формуле для радиуса, а появление ее в знаменателе противоречит физическому смыслу, т.к. кроме инерции никаких других функций она нести не может. Чтобы решить указанный конфликт, следует обратить внимание на момент количества движения по орбите, который в результате действия закона сохранения момента импульса сохраняет постоянное значение: S=mVr. При одном и том же моменте импульса разных частиц (новая физика доказывает, что он равен 1 в единицах h/2) в соответствии с действием этого закона радиус орбиты частицы будет обратно пропорционален ее массе при одной и той же скорости орбитального движения (эта скорость вблизи ядра приближается к скорости света, что убедительно показано в главе 5.1). Таким образом, физически обоснованы и верны два внешне противоположных утверждения: в формуле для радиуса орбиты масса частицы должна стоять в числителе с точки зрения инерции частицы и в знаменателе с точки зрения сохранения момента импульса, если мы его расшифруем, но этого делать нельзя, т.к. он является константой. К сожалению, ортодоксальная физика не понимает физической сущности своих формул.