Материал: Структура атома

Второй электрон при захвате на орбиту ядра, очевидно, занимает такую же стационарную орбиталь, как и первый, но только на противоположной стороне от ядра. Таким образом, в атоме имеет место проявление структурной самоорганизации электронов в нейтральную гироскопическую систему их спиновых пар с формированием единой оси вынужденного вращения, при котором суммарный момент количества движения электронов равен нулю, а сами они занимают фиксированные орбитали. Сформировавшаяся единая ось вынужденного вращения обладает таким свойством, при котором все электроны, попадающие в поле центрального заряда, вследствие гироскопического эффекта, вынуждены выстраиваться вдоль этой оси и силой притягиваться к ней, если она занята другими электронами.

Заметим, что проявление гироскопического эффекта должно иметь фундаментальное значение при структурной организации как микро, так и макрокосмоса. Например, эффект гироскопического притяжения орбиталей электронов к оси вынужденного вращения с общим выделенным направлением может иметь отношение к основе природы структурной организации Вселенной, гравитационного притяжения и т.д.

Рассмотрим, далее, принципы упаковки орбиталей в атоме. Как установили ранее, на устойчивой орбите электрона размещается только целое число длин волн (спирали), равное общему квантовому числу n. Это значит, что выражение для радиуса орбиты электрона, согласно (8), имеет вид: r = nr_c. Однако, движение электрона на орбите, вследствие гироскопического эффекта, трансформируется во вращение электрона на орбитали, диаметр которой в атоме соответствует диаметру спирального движения электрона r_c. Размеры этих орбиталей условно можно принять за размеры электронов сферической формы, поскольку вращение электрона на орбитали создает магнитное поле, образуя практически сферически замкнутую поверхность, соответствующую размеру орбитали. Если наши рассуждения верны, то эти орбитали, нанизанные на единую ось вынужденного вращения, должны заполнять электронную оболочку атома по принципу плотной упаковки в соответствии с размерами орбит. Проверка соответствия суммарного размера внутренних орбиталей электронов при их плотной упаковке по оси вынужденного вращения размеру орбиты внешнего электрона при заданном значении общего квантового числа n, подтверждает справедливость наших рассуждений.

На рис. 7 приведена расчетная схема плотной упаковки орбиталей в выделенном направлении, в соответствии с возрастающими значениями общего квантового числа n орбиты.

На этой схеме орбиты и их соответствующие орбитали отражены только в одном направлении из спиновой пары радиус-векторов.

Необходимо обратить внимание еще на одно важное обстоятельство, заключающееся в том, что в работе Галиева [1] и [2] установлено, что структура электронной оболочки атома адекватна структуре его ядра, а протоны в ядре испытывают такое же действие электрического заряда из центра ядра, как и электроны со стороны ядра атома. Это значит, что из условия достижения гироскопической нейтральности и, соответственно, минимального значения суммарного момента количества движения систем квантовых частиц принцип образования спиновых пар в структуре ядра атома протонами не должен отличаться от образования спиновых пар электронами атома. Это подтверждает и то, что в соответствии с соотношением (10), скорости движения протона и электрона на орбите, а значит, и на орбитали с одинаковым значением общего квантового числа между собою равны.

С учетом вышесказанного рассмотрим далее квантовые числа и граничные условия их действия.

Как было сказано ранее, по (14) общее квантовое число ─ п, входящее a функцию для описания состояния электрона в атоме, может выражаться через сумму квантовых чисел проекций орбиты ─ п_х , п_у и п_z. В работе Галиева [1] и [2] принято, что единая ось вынужденного вращения квантовых частиц, где орбитали могут вращаться в противоположных направлениях, принята в атоме за выделенное направление, которому в интегральной системе координат отвечает направление радиус-вектора R_x и главное квантовое число n_x. Это значит, что кантовыe числа n_у и n_z действуют в направлении перпендикулярном к главному и их сумма представляет известное орбитальное квантовое число, равное

l = n_у + n_z,                                                 (15)

которое отражает проекцию радиус вектора орбиты на орбитальную плоскость XZ. Таким образом, гласно соотношению (14), общее квантовое число равняется сумме главного и орбитального квантовых чисел , у которых направления радиус-векторов взаимно-перпендикулярны. Очевидно, что устойчивые максимальные отклонения радиус-векторов орбиталей атома от выделенного направления не может быть больше 45° по определению. А это значит, что на одном энергетическом уровне главное квантовое число n_x не может быть меньше половины значения общего квантового числа, т.е. всегда должно выполняться соотношение:

n_x ≥ n/2.                                                     (16)

Тогда, при соблюдении условий выражения (14) и (16), орбитальное квантовое число может принимать целочисленные значения, соответствующие выражению:

, при .                                   (17)

Принято также, что радиус-вектору как выделенного направления - R_x, так и орбитальной плоскости - R_yz соответствуют противоположные значения спиновых квантовых чисел s и s_o, равные:

s = ±1(по R_x) и s_o =±1 (по R_yz).                                    (18)

Спиновое квантовое число, действующее в выделенном направлении называется просто «спин» «s», а в направлении перпендикулярном к нему - «орбитальный спин» «s_о». Знак спина определяет знак направления радиус-вектора, а значит, и знак момента количества движения в соответствующих направлениях.

Количество способов ориентации радиус вектора орбиты N может определяться сочетаниями спина ±s в выделенном направлении и орбитального спина ±s_o:

N=(s), (),. (19)         

На рис. 8 приведена возможная схема распределения гироскопически нейтральных спиновых пар квантовых частиц в атоме, согласно сочетаниям спиновых квантовых чисел ±s и ±s_o при фиксированных значениях квантовых чисел n_x, n_y и n_z , а значит, общего n и орбитального l квантовых чисел. Очевидно, что количество таких сочетаний также равно четырем, каждое из которых определяет возможные позиции квантовых частиц в атоме с одинаковыми значениями квантовых чисел n, n_x, n_y и n_z..

Магнитное квантовое число m и оболочки орбиталей. Как показано на рис. 8, при значениях общего квантового числа  и орбитального квантового числа l > 0 расстояние между спиновыми парами квантовых частиц увеличивается. В этом случае, спин s в выделенном направлении совместно с орбитальным спином ±s_o при взаимодействии с орбитальным квантовым числом l может дать известное магнитное квантовое число m:

.                                                 (20)

Магнитное квантовое число, кроме выделенного направления, учитывает проекции радиус-вектора орбиты и на плоскостях перпендикулярных к выделенному направлению, как принято называть, - на плоскостях оболочек орбиталей. Эти оболочки орбиталей в зависимости от значения орбитального квантового числа l имеют названия s, p, d и f-оболочки. Здесь орбитальное квантовое число отвечает за распределение электронов на s, p, d и f-оболочках и представляет собой сумму квантовых чисел орбиталей n_y и n_z., соответствующих радиус векторам R_у и R_z. Если квантовое число l может принимать только целочисленные значения, то квантовые числа n_y и n_z - значения дробные к 1/2.

Тогда сочетания возможных значений квантовых числ n_y и n_z при их фиксированной сумме, т.е. определенном значении орбитального квантового числа l, количество способов распределения орбиталей на s, p, d и f-оболочке соответственно равно 1, 3, 5 и 7, как показано в табл. 1.

Таблица 1. Разрешенные сочетания квантовых чисел (n_у+n_z)

В итоге с учетом спиновых квантовых чисел ±s и ±s_o в соответствии с магнитным квантовым числом по (20) эти разрешенные сочетания орбитального квантового числа l увеличиваются еще в четыре раза, что справедливо как для электронной оболочки, так и для ядра атома. Однако с учетом конверсии части электронов и протонов в нейтроны с образованием дейтронов ядра в условиях звезд, эти разрешенные сочетания соответствует общему количеству протонов и электронов в атоме, как показано распределение протонов и нейтронов на р-оболочке (l = 1) орбиталей ядра на рис. 9.

Далее рассмотрим последовательность заполнения электронных оболочек атома и ее соответствие Периодической системе элементов Д.И. Менделеева.

Периодичность заполнения электронной оболочки атома в основном зависит от значений общего n и орбитального l квантовых чисел. Разрешенные значения орбитального квантового числа l по предложенной концепции [1] и [2], в отличие от существующей теории, учитывают поляризацию всего атома в одном выделенном направлении и могут принимать целочисленные значения от нуля до половины значения общего квантового числа n. Например: при n = 1 орбитального квантового числа принимает значение l = 0; при n = 2 и 3 орбитальное квантовое число принимает одинаковые значения, равные l = 0 и 1. Это обусловлено тем, что при n = 3 максимально возможное значение орбитального квантового числа l = 1,5, что запрещено, поскольку разрешены только целочисленные его значения. В табл. 2 приведена очередность заполнения электронных оболочек атома по периодам таблицы Менделеева.

Таблица 2 Очередность заполнения внешних s, p, d и f-оболочек в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева по периодам

Таким образом, каждому определенному периоду Периодической системе элементов Д.И. Менделеева с определенным значением N соответствует строго определенный энергетический уровень электронной оболочки атома с фиксированным значением общего квантового числа n. Это значит, что заполнение s, p, d и f-оболочек данного периода системы элементов всегда отвечает одному энергетическому уровню по фиксированному значению общего квантового числа n, как показано на рис. 10.

Структура атома и атомного ядра. В монографии установлено, что структура ядерной оболочки атома адекватна структуре электронной оболочки, поскольку движение протонов пространстве и закономерности пребывания их в ядре абсолютно идентичны электрону.

Ввиду того, что закономерности распределения электронов и протонов в атоме, согласно разрешенным сочетаниям квантовых чисел, остаются прежними, то в дальнейшем приведем структурную организацию электронных и ядерных оболочек атома на примере структуры ядра радона. Как указывали ранее, половина количества электронов и протонов в атоме подвергаются ядерной конверсии с образованием нейтронов. Ядерная конверсия в атоме приводит к повышению устойчивости ядра атома за счет магнитного взаимодействия протонов с нейтронами с последующим образованием устойчивых кольцевых структур s, p и d- оболочек орбиталей дейтронов, как показано на рис. 11 (вид сверху). Каждая из этих s, p и d- оболочек орбиталей дейтронов вращается относительно центра со своей скоростью, что вызвано деформацией их (сужением) размеров при объединении в эти оболочки. На рис. 11 приведен также продольный разрез ядра атома радона, где черными кругами обозначены протоны, серыми ― связанные нейтроны, белыми ― избыточные нейтроны. Координаты этих квантовых частиц в атоме соответствуют разрешенным сочетаниям общего ─ n, орбитального ─ l, магнитного ─ m, а также квантовых частиц п_у и п_z. Как видно из рис. 11, внешние орбитальные оболочки ядра в соответствии с таблицей состоят из следующего количества протонов или нейтронов: s ─ 1, p ─ 3, d ─ 5 и f ─ 7.

Согласно спиновому квантовому числу ±s, эти s, p, d и f-орбитальные оболочки в атоме являются парными. Это приводит в целом к удвоению разрешенного количества квантовых частиц в атоме, что полностью соответствует системе элементов Менделеева.

Заметим, что ученые из Харьковского физико-технического института в 2010 г. сфотографировали атом. Снимки приняты к публикации в журнале Physical Review B, пишетinsidescience.org. Полученная картинка атома (#"791746.files/image045.gif">

На

На рис. 12 приведены продольные разрезы структурных моделей инертных газов. В монографии, найдены также способы распределения в ядре и избыточных нейтронов. Установлено, что эти нейтроны занимают в основном центральную часть ядра атома, что обусловлено их электрической нейтральностью. В центральной части ядра магнитные моменты избыточных нейтронов компенсируют суммарные избыточные магнитные моменты орбитальных оболочек дейтронов, чем повышается устойчивость ядер, что наиболее полно и эффективно достигается в ядрах с числом зарядов, кратных четырем, согласно количеству сочетаний спиновых квантовых чисел ±s_о и ±s.

Таким образом, можно утверждать, что найдена математическая и физическая модель атома, которая отражает его реальную динамическую структуру на основе классических представлений движения квантовых частиц в свободном пространстве, а также в условиях потенциального поля. При этом версия расширенного толкования Первого закона Ньютона позволяет выйти из привычных рамок понимания геометрии пространства и построить новую реальную его геометрию, позволяющую упростить математическое описание состояния квантовых частиц и движения других массивных тел в условиях силового поля. Найденная модель динамической структуры атома отличается простотой и наглядностью.

Принципы структурной самоорганизации атомов указывают на иерархическую самоорганизацию и глобального космоса, где состояние материального тела любого ранга зависит от состояния всей системы в целом и наоборот. При этом принципы спиновых взаимодействий являются определяющими, поскольку выбросы вещества при эволюционном развитии сверхзвезд, черных дыр и галактик осуществляются в противоположных направлениях, по выделенной оси, как показано на рис. 13, что говорит о их глубинной спиновой природе, как и у атомов. Например, ядро галактики может состоять, также как и ядро атома гелия из двух противоположно вращающихся сверхплотных масс галактических нейтропротонов, которые удерживают орбитали звездных систем, также как удерживают протоны ядер атомов орбитали электронов на разных энергетических уровнях, т.е. разными временными характеристиками. Очевидно, что звездные системы с другими временными характеристиками, чем наша система нами не наблюдаемы, но могут оказывать сильное гравитационное воздействие. Именно это и может рассматриваться существующей теорией как воздействие так называемой темной материи. Кроме того, эти орбитали звездных систем заморожены относительно ядра галактики, также как электронные орбитали относительно ядра, и вращаются вокруг центра масс галактик - нейтропротонов как одно целое, что и наблюдается в природе вращения галактик.

Подлинное смятение в мировые научные круги внесли новейшие данные, полученные с американского космического зонда WMAP. Предназначенный для замеров температуры радиационного излучения разных частей галактик, он обнаружил наличие на космических просторах странной линии, которая насквозь пронизывает Вселенную и формирует ее пространственную модель. Ученые уже назвали эту линию "осью зла", сообщает http://www.inauka.ru. Это говорит о том, что принцип линейной поляризации в структуре атома, установленный Галиевым Р.С., является базовым принципом и в структурной организации Вселенной.

Таким образом, гармоническая структура Вселенной от микро до космических масштабов, представленная ее энергетическими уровнями и материальными образованиями, могут, также как и в атоме, задаваться своего рода квантовыми числами - кодами, которые могут служить их глобальными координатами в геометрии Вселенной. Расшифровка закономерностей распределения и развития во времени такого числового кода геометрии Вселенной, несомненно, даст ключ к пониманию ее динамической структурной организации и пути гармонического развития нашей цивилизации в ней. Это трудная задача, но к решению ее стремиться необходимо, ибо это бесконечный путь познания природы, себя и наше место в ней.

В будущем новые законы и положения, раскрытые в представленной монографии [1] и [2], потребуют более глубокого философского переосмысления природы сил, действующих в физическом мире, и природы их влияния на структурную организацию массивных тел от микромира до космических масштабов.

Найденные принципы структурной организации атомов имеют и прикладное значение. Они помогут глубже понять природу химической связи и тонко управлять ею не интуитивно, а на информационном уровне. Помогут также найти новые способы управления ядерными реакциями при синтезе искусственных атомов и новых веществ, выработке ядерной энергии и т.д. Приведут к созданию квантовой энергетики, новых принципов перемещения в пространстве, новых подходов в нанотехнологиях и т.д.

Автор надеется также, что данная работа будет способствовать возврату в процессе познания микромира от парадигмы «хаоса» к парадигме порядка и гармонии, рассеиванию «тумана» в понимании структуры как микро, так и макрокосмоса, постижению «мистической» глубины физического вакуума, а также развитию философской мысли в раскрытии природы проявления времени и т.д.

Литература

философский атом галиев

1 Галиев Р.С., Мн. «Концепция динамической структуры атома в пространстве потенциальных сфер». ― Минск: Технопринт, 2005. ― 234 c.

Галиев Р.С., Мн. «Концепция динамической структуры атома в пространстве потенциальных сфер». 2-е изд., испр. и перераб. - Воскресенск: Издательский дом «Лира», 2007. ― 252 c.

Фейнман Р., Мн. Характер физических законов. 2-e изд., испр. -М.: «Наука». Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1987. ― С. 90