Полная версия

Теория строения атома

Новая теория строения атома опирается на однозначную достоверность факта излучения электромагнитных волн электроном, движущимся с ускорением. Из этой достоверности следует вывод о том, что каждый электрон в атоме не движется вокруг ядра, а статически связан с ним электрическими и гравитационными силами. Направление и сила действия таких связей определяется : зарядом ядра; общим количеством электронов; количеством электронов на внешней электронной оболочке; общей энергией системы. ( Как подтверждение нашего взгляда, можно назвать постоянство формы молекулы воды, в виде изогнутого под углом примерно 105 градусов образования).

Спросите у учителя химии, как молекула воды может сохранять свою форму, когда электроны как сумасшедшие летают вокруг ядер атомов, так, что даже размазываются в орбитали. Покажем с помощью анимации эти различия во взглядах описываемых в учебниках и нашей новой модели строения атома. Справа показан атом с точки зрения общей теории взаимодействий, а слева примерные взгляды квантовой теории (точных показать не представляется возможным, из-за использования вероятностных методов (орбиталей и виртуальных частиц).

Теория строения атома, которая описывается в современных учебниках по физике и химии, базируется на теореме Ирншоу. Эта теорема утверждает, что у системы свободных электрических зарядов не существует минимума потенциальной энергии, а, следовательно, статическая модель атома является несостоятельной.

Однако в самой теореме Ирншоу указывается, что такое положение оказывается верным только в том случае, если между частицами действуют только электростатические силы. Но в атоме, как мы прекрасно знаем, между электронами и ядром действуют также силы гравитации, - это первый момент, который взяла на вооружение новая теория строения атома.

Вторым моментом является факт отсутствия сил отталкивания между одинаково заряженными частицами (или телами) при их непосредственном контакте. В этом случае не работает уже закон Кулона (практический пример: два металлических одинаково заряженных шарика, если их соединить, больше не отталкиваются друг от друга, хотя оба остаются заряженными).

Эти два важнейших замечания, а также излучение движущимся с ускорением зарядом были взяты за основу в нашей новой теории строения атома. Строение атомов и молекул подчиняется такому же принципу, как и строение элементарных частиц. Оно (строение атомов) вытекает из строения составляющих его элементарных частиц. Мы не сомневаемся, что атом состоит из ядра и электронов. Но, строение ядра и строение электронных оболочек атома, мы показываем (на рисунках и в анимации) по-новому.

Причём наш взгляд, логически вытекает из всего сказанного на странице общая теория взаимодействий.

Переходя к устройству атомов в новой теории, сначала следует показать несостоятельность квантовомеханической модели атома. Ещё раз отметим, почему нас не устраивает существующие объяснения.

Что не так в квантовой модели атома?

Во-первых, движущийся в окрестностях ядра электрон будет излучать, что бы не утверждал Бор и его последователи (наше объяснение дискретности спектра излучения). Иначе он (электрон) не излучал бы никогда, ведь любую искривлённую траекторию движения электрона, можно представить в виде суммы отдельных участков окружностей с радиусами , удовлетворяющими требованиям, которые предъявил Бор к электрону в окрестностях ядра.

Во-вторых, и об этом почему-то предпочли забыть, в этом случае возникали бы волны Де Бройля.

В-третьих, используя формулу mev r = n (h/2π), приходят к выводу о том, что изменяется только радиус движения электрона вокруг ядра, хотя изменяться должно произведение скорости электрона на радиус его орбиты. При увеличении радиуса орбиты электрона (или размера орбитали) в n раз пропорционально должен был бы увеличиваться размер молекул, что приведет к расширению вещества.

Но такого пропорционального расширения мы явно не наблюдаем в опытах.

В-четвёртых, про обязательное возникновение магнитных эффектов в случае движения электрона вокруг ядра с огромной скоростью тоже предпочли не вспоминать. Удивительная забывчивость учёных.

Главной отличительной чертой новой теории строения атома в общей теории взаимодействий, является взгляд на атом, как на единое целое (смотрите анимацию вверху), в отличие от квантовых представлений, где электроны движутся каждый самостоятельно, независимо от других, и независимо от ядра.

Дискретность спектра излучения атомов объясняют квантованием энергии электрона. Принцип непрерывности не допускает такого квантования. Следовательно, спектр излучения атома получает в общей теории взаимодействий альтернативное объяснение спектра излучения.

Один из способов такого нахождения электрона в атоме, когда он не излучает, возможен тогда, когда он (электрон) покоится (относительно ядра).

Но тогда возникает другое противоречие. Оно вытекает из всеобщего мнения о невозможности устойчивого равновесия системы двух и более свободных зарядов. А вот с этим утверждением можно поспорить.

Привожу цитату из учебника. « Сравнивая уравнения закона Кулона и закона всемирного тяготения, замечаем, что они справедливы для точечных тел (материальных точек или точечных электрических зарядов). В этом же виде уравнения справедливы и для не концентрично расположенных тел сферической формы (однородных по плотности или по распределению электрических зарядов). Силы электростатического взаимодействия, также как и гравитационные, зависят от координат взаимодействующих тел и имеют центральный характер (действуют по линии соединяющей взаимодействующие заряженные материальные точки). Кулоновские силы проявляют себя при отсутствии непосредственного контакта между взаимодействующими телами.*(6) То есть в том, случае, когда заряды расположены концентрически, или есть непосредственный контакт, такое равновесие возможно.

Этот подход, следовательно, является единственно возможным для объяснения устойчивости электронных оболочек, при неподвижных электронах, составляющих её. Ведь сами протоны и электроны также не могут рассматриваться как материальные точки. Кроме того, "фоном", сопровождающим электрические взаимодействия всегда является гравитация. И при придании устойчивости системе из нескольких разнозаряженных частиц, влияние гравитации оказывается решающим. Какой же выход видится во всём этом мне.

Рассмотрим подробно и последовательно процесс объединения протона и электрона.

Вверху. Электрон и протон находятся на удалении и притягиваются под действием электрических сил. Ниже. При непосредственном контакте, дальнейшее притяжение не осуществляется (объяснения на странице элементарные частицы ). В нашем случае электрону нет необходимости вращаться (или как-то по-другому двигаться) вокруг протона. Правда радиус электрона придётся взять под сомнение. Но, ведь, допустим, радиус протона, вычисленный, исходя из тех же предположений, что и классический радиус электрона, совершенно не совпадает с полученным из опытов. Исходя из наших рассуждений, приходим к выводу, что реальный радиус электрона значительно больше. Это, что касается атома водорода. Рассмотрение атомов других элементов, а также вопросов дискретности спектров излучений и поглощений изложено на странице Электронные оболочки атомов. Также нами даётся новое объяснение периодической системы Менделеева.

Итак, новая теория строения атомов утверждает, что атом действительно состоит из ядра и электронов, но электроны не движутся по, так называемым орбиталям, а занимают области пространства вокруг ядра, таким образом что силы взаимного притяжения и отталкивания для всех составляющих атома уравновешиваются (здесь нельзя забывать про стабилизирующую роль гравитационных сил). Атом или молекула вращается в пространстве (например, если это газ) как единое целое (смотрите видео и анимацию выше). Новая теория строения атома объясняет дискретность спектров излучения атомов другими причинами. Строение ядра также описывается в нашей теории по-новому.

Строение атома - история

Строение атома в его современном описании содержит в себе несколько загадок, которые мы раскрыли на этой странице. А мысль о том, что вещество построено из атомов - мельчайших "частичек", высказывалась ещё древнегреческими учеными. Прошло более 2000 лет, прежде чем были получены экспериментальные подтверждения идеи атомистического строения вещества.

Окончательно эта идея утвердилась в науке во второй половине 19 века благодаря успехам химии и кинетической теории. К началу 20 века физики уже знали, что атомы имеют размеры порядка 10-10 метра и массу 10-27 килограмма. К этому времени стало ясно, что атомы вовсе не "неделимы", что они обладают определённой внутренней структурой, разгадка которой позволит объяснить периодичность свойств химических элементов, выявленную Д.И.Менделеевым.

В 1903 году, вскоре после открытия электрона, английский физик Джозеф Джон Томсон предложил модель атома в виде положительно заряженной по объему сферы диаметром около 10-10 метра, внутрь которой вкраплены электроны. Суммарный отрицательный заряд электронов компенсируется положительным зарядом сферы. Когда электроны колеблются относительно центра сферы, атом излучает свет.

Томсон считал, что электроны группируются в слои вокруг центра сферы. В модели предложенной Томсоном, масса атома равномерно распределена по его объему. Ошибочность такого предположения вскоре показал английский физик Эрнест Резерфорд. В 1908 - 1911 годах под его руководством были выполнены опыты по рассеянию альфа-частиц (ядер гелия) металлической фольгой. Эти опыты убедительно показали, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объёме - атомном ядре, диаметр которого примерно в 10 000 раз меньше диаметра атома. Большинство альфа-частиц пролетает мимо массивного ядра, не задевая его, но изредка происходит столкновение альфа-частицы с ядром, и тогда она может отразиться назад.

Опыты Резерфорда послужили основой для создания ядерной модели атома.

Эта модель определяет наши сегодняшние представления об устройстве атомов. В центре атома находится атомное ядро (его размеры порядка 10-14 метра); весь остальной объём атома "представлен" электронами. Внутри ядра электронов нет (это стало ясно в начале 30-х гг.); ядро состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Число электронов равно числу протонов в ядре; это есть атомный номер данного химического элемента (его порядковый номер в периодической системе).

Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому почти вся масса атома сосредоточена в ядре. Разные электроны в разной степени связаны с ядром; некоторые из них атом может легко потерять, превращаясь при этом в положительный ион. Первую количественную теорию атома разработал в 1913 году датский физик Нильс Бор.

Это была теория простейшего атома - атома водорода. Бор использовал результаты опытов Резерфорда и известные в то время сведения о спектре атомарного водорода. Он представлял себе атом водорода в следующем виде: вокруг протона по круговой орбите движется электрон. Для невозбуждённого состояния радиус орбиты составляет 0.5 10-10 метра. При возбуждении атома электрон перескакивает на одну из более удалённых орбит. Каждой орбите соответствует определённая энергия электрона. В 1915 году немецкий физик Арнольд Зоммерфельд попытался обобщить теорию Бора на различные атомы.

Он показал, что при более общем подходе круговые орбиты электронов следует заменить на эллиптические. Энергия электрона определяется в основном величиной большой полуоси эллипса, которая в свою очередь задаётся главным квантовым числом. Степень вытянутости орбиты связана с моментом количества движения электрона и определяется орбитальным квантовым числом. Согласно теории Бора - Зоммерфельда, атомы уподобляются миниатюрным планетным системам, где в качестве "планет" выступают электроны, движущиеся по орбитам вокруг центрального тела - атомного ядра.

Итак, современная модель атома (теория строения атома) основана на учёте всех возможных и реально присутствующих в окрестностях ядра сил, принимает во внимание излучение зарядами движущимися с ускорением (не зависимо от области, в которой происходит движение), доказывает возможность существования статической модели на основе тщательного анализа всех теоретических ограничений. Именно современная модель атома, и как следствие, современная теория строения атома, показана на этой странице с помощью анимации, и подробно описана в тексте.

призыв обсудить на форуме
Работает на: Amiro CMS