Физика. . атомного, ядра., и. .элементарных . частиц
Ситкарёв Г. Т., профессор
Международной славянской академии (Украина)
СТРОЕНИЕ АТОМОВ И ОБРАЗОВАНИЕ МОЛЕКУЛ
Атом третьего элемента - лития (Ы) - состоит из ядра (см. рис. 3), включающего в себя четыре нейтрона и три протона, расположенных плотно на одной общей оси вращения и вращающихся в одну сторону, и из трёх электронов, два из которых расположены (как и в атоме гелия) на оси вращения ядра с отдалением от последнего на одинаковую для всех электронов этого атома величину Я, а третий - отдалён и от оси вращения ядра. В свободном атоме лития третий электрон при максимальном отдалении от этой оси располагается в плоскости, перпендикулярной к оси вращения ядра и проходящей через центр ядра. Этот электрон является химически активным из-за того, что он отдалён от указанной оси. Поэтому у лития атом является одновалентным по аналогии с водородом. По вышеуказанной причине для гелия атомы лития также не могут образовать двухатомную молекулу, используя первый тип химической связи.
Атом шестого элемента - углерода (С) - состоит из ядра (см. рис. 1), включающего в себя шесть протонов и шесть нейтронов, расположенных плотно на одной общей оси вращения и вращающихся в одну сторону, и из шести электронов (1' - 6' на рис. 1), два из которых (1' и 2') расположены на противоположных сторонах оси вращения ядра (как и в атоме гелия), а четыре из которых (3' - 6') отдалены от этой оси. При этом все электроны свободного атома одинаково отдалены от его ядра - на величину Я , т.е. все они находятся на одной сферической поверхности атома. Электроны 3', 4', 5' и 6', как отдалённые от оси вращения ядра, являются химически активными, т.е. валентными, поэтому углерод является четырёхвалентным. В свободном атоме углерода эти электроны, стремясь одинаково отдалится друг от друга и от оси вращения ядра, могут располагаться в одной плоскости, проходящей через эту ось (см. рис. 1 б). Под влиянием же других факторов эти (валентные) электроны могут располагаться в разных плоскостях, проходящих через эту ось, например, как показано на рис. 4в, образуя при этом фигуру тетраэдра. Так как валентные электроны в отличие от невалентных могут изменять своё положение на электронной оболочке при получении извне дополнительной энергии, то они располагаются на оболочке при одном их энергетическом уровне на одинаковом удалении от оси вращения ядра, а при разном их энергетическом уровне на неодинаковом удалении от оси вращения ядра (см. четвёртое отличие).
По предлагаемой гипотезе строения атомов валентное химическое соединение, например, двух атомов представляет собой как бы фиксированное соединение валентного (одного, двух или трёх) электрона(ов) атома одного элемента с валентным (с одним или соответственно с двумя и тремя) электроном(ами) атома другого элемента (второй вышеуказанный тип химической связи в молекулах). По существующим же гипотезам строения атомов (по модели Н. Бора или по орбитальной модели) валентные электроны, «носящиеся» с огромной скоростью вокруг своего ядра по неопределённым орбитам, образуют одну или несколько пар электронов, которые на некотором противоположном удалении друг от друга продолжают «носиться» вокруг уже двух ядер «соединившихся благодаря этому» атомов. Такое соединение валентных электронов (или валентных «электронных облаков» - ?) остаётся физически и логически непонятным и скорее - условно принятым. Почему? - Если электроны носятся с огромной скоростью и с вероятностно переменной величиной отдаления от своего ядра, то они должны всё время мешать друг другу двигаться, а потому не способны образовать какую-то устойчивую пару электронов, каждый из которых уже должен «носиться» не только вокруг своего ядра, но и вокруг двух ядер «соединившихся благодаря этому» атомов. Относительная
«неподвижность» же электронов позволяет объяснить, почему атомы способны между собой образовать одну, двух и трёхвалентную связь (например, С - С, С = С, С = С), а также образовывать структуру фуллеренов. Примеры связей С - Н и С = С даны на рис. 4а.
Предлагаемая гипотеза устраняет противоречия используемых «теорий»: электрон каждого атома не носится вокруг ядра, но из-за того, что сам быстро вращается вокруг своей собственной оси, представляет собой «магнит», имеющий с одного конца оси вращения электрона один полюс, а с другого - другой полюс; поэтому валентный электрон одного атома притягивает валентный электрон другого атома в такое относительно-близкое положение, при котором они как бы насаживаются на одну ось вращения, т.е. это их «магнитное» притяжение и соединение оказывается сильнее их отталкивания друг от друга из-за наличия одинаковых зарядов. Здесь выполняется полная аналогия с образованием соединения двух атомов за счёт «магнитного» притяжения их ядер (как показано выше при образовании молекулы водорода). При этом (втором) типе химической связи сила связи меньше, чем при вышеуказанном первом, поэтому второй тип химической связи значительно более распространён в природе по номенклатурному количеству образующихся таким способом веществ, чем первый. Второй тип химической связи в молекулах может образовывать молекулы из двух и более атомов. Например, экспериментально полученные молекулы Ы2 и №2, по нашему мнению, образуются этим типом связи. Экспериментами доказано, что молекулы, образованные первым типом химической связи (например, О2 и N2), имеют более крепкие связи атомов, чем молекулы, образованные указанным вторым типом (например, Ы2 и №2).
Очень показательны следующие два примера. Реализация плоскостного расположения валентных электронов атома углерода (рис. 1б) имеет место, например, в молекуле этилена С2Н4 (рис. 4а), в которой 2 атома углерода и 4 атома водорода вместе со всеми валентными связями (а, значит, вместе со всеми валентными электронами) расположены в одной плоскости, о чём также говорится в работе академика О.А. Реутова [19, стр. 30]. Реализация расположения по тетраэдру валентных электронов атома углерода (рис. 1в) имеет место, например, в молекуле метана СН4 (рис. 4б), в которой 4 атома водорода образуют соответственно фигуру тетраэдра. Т.е. предлагаемая гипотеза позволяет объяснить изомерию этих молекул, а известные две модели атомов (по Н. Бору и орбитальная), по которым валентные электроны якобы «носятся» вокруг ядер атомов, эту изомерию не могут объяснить. Поэтому предлагаемая гипотеза не только позволяет, по нашему мнению, впервые обосновать суть концепции Бутлерова, но и даёт основу для создания новой теории химического (как пространственного) строения молекул. В этой теории сейчас, например, не учитывается, что в атомах имеется ось вращения ядер и определённое удаление валентных электронов от этой оси. Академик О.А. Реутов приблизился в своей работе по развитию стереохимии (пространственной химии) к предлагаемому пониманию валентной связи [19], так как научное изложение им изомерии молекул ограничивается представлениями о межатомных химических связях как валентных, при этом практически им не используется понимание строения атомов по моделям Н. Бора и орбитальной. В работе [19] также отмечается, что части молекул вращаются вокруг простых валентных связей типа С-С, образуя поворотные изомеры, например, в молекуле дихлорэтана. Но для этого подобная валентная связь должна быть фиксированной в пространстве между ядрами двух атомов углерода, что легко объяснимо с позиций предлагаемой гипотезы и что совершенно необъяснимо по существующим двум гипотезам (логически и физически) из-за того, что два валентных электрона, образующих эту связь, должны «носиться» вокруг каждого ядра или вокруг двух ядер с неопределённым (как в «электронном облаке») удалением от этих ядер.
Итак, по предлагаемой гипотезе не используются квантовые числа атомов и даются два новых типа химической связи: первый как межядерное магнитное притяжение и второй как межэлектронное магнитное притяжение. Существующее теоретическое положение, что
ковалентную связь образуют пары электронов, имеющих антипараллельные спины, отвергается и потому, что предлагаемая валентная связь как межэлектронное магнитное притяжение образуется между двумя электронами, развёрнутыми на электронной оболочке так (рис. 4), что они вращаются вокруг своей оси в одну сторону, чтобы притягиваться друг к другу противоположными полюсами.
Третий и четвёртый вышеуказанные типы химической связи в молекулах - это основные виды ионной связи. Только при этом надо понимать: 1) под ионами не орбитали, а положительно или отрицательно заряженные частицы, образующиеся из свободных (т.е. нейтральных) атомов (третий тип) или молекул (четвёртый тип) путём отдачи или приёма валентных электронов; 2) под электронами - сверхплотные частицы, а не волны или электронные облака. Одноатомные положительные ионы (одноатомные катионы) и одноатомные отрицательные ионы (одноатомные анионы) возникают при химическом взаимодействии между атомами в определённых условиях. Отдача валентного электрона атомом одного элемента атому другого элемента происходит, если атом другого элемента энергетически является или стал более сильным. Известно, что одноатомные катионы образуются, как правило, у элементов, относящимся к металлам, а одноатомные анионы - у элементов, относящихся к неметаллам.
При отдаче или приёме электронов молекулами образуются молекулярные или многоатомные ионы. Поскольку в изложении ионных связей по предлагаемой гипотезе по сравнению с известными гипотезами меньше нового, чем по первому и второму вышеуказанным типам химической связи, то далее в статье они не излагаются. Важно только отметить, что при первом и втором типах химической связи происходит непосредственное (соответственно, межядерное и межэлектронное) соединение атомов, а при ионных химических связях противоположно заряженные ионы сближаются (притягиваются друг к другу) не полностью - остаются на некотором расстоянии друг от друга, т.е. при этих химических соединениях нет такого непосредственного соединения атомов. Поэтому ионные связи более слабые, чем первый и второй типы химич
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.