Динамическая структура атомов (стр. 1 )

Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно

действующей интернет-конференции “Бутлеровские чтения”. http:///readings/

УДК 539.184. Поступила в редакцию 10 декабря 2016 г.

Динамическая структура атомов

©

Научный фонд имени . Ул. Бондаренко, 33-44. г. Казань, 420066. Россия.

Тел.: [phone]. Е-mail: aleksey. potapov. *****@***com

Ключевые слова: многоэлектронные атомы, устойчивость, динамическая структура атомов, эллиптические орбиты, диполь-оболочечная модель.

Аннотация

В данной статье рассматривается фундаментальная проблема электронного строения атомов. На основе имеющихся в настоящее время экспериментальных данных по поляризуемостям, потенциалам ионизации, эффективным радиусам атомов и др. предложена динамическая структура атомов, концептуальной основой которой выступает диполь-оболочечная модель атомов. Дается анализ и обоснование электрической природы и механизмов формирования электронных конфигураций оболочек атомов. Приведена логическая цепь формирования атомов в группах и периодах таблицы Менделеева. Основой понимания динамической структуры многоэлектронных атомов являются атомы водорода и гелия. Движение электронов в атомах происходит по эллиптическим орбитам, которые возникают в результате возмущения круговых орбит остовов гипотетических атомов валентными электронами в процессе формирования атомов. Благодаря этому достигается устойчивость атомов и относительная независимость самих электронных орбит. Атомы представляют собой систему вложенных оболочек-квазисфер, наподобие русских матрешек. В основании понимания оболочечного строения атомов лежат принцип минимума потенциальной энергии системы и принцип симметрии. Электронные оболочки атомов представляют правильные геометрические фигуры разной симметрии, в том числе точечной, зеркальной, тригональной, тетраэдрической, гексаэдрической и т. п. Эллиптичность орбит придает этим фигурам динамический характер, обусловленный периодически изменяющимися размерами большой и малой полуосей электронных орбит. Для лучшего понимания электронного строения атомов и для наглядности восприятия предлагаемых моделей атомов в статье приведены электронные конфигурации атомов, соответствующие основным группам таблицы Менделеева. Дается решение уравнения движения электронов в рамках задачи Кеплера. Получены формулы для описания и расчета основных параметров атомов. Определены и систематизированы в виде таблиц основные параметры атомов – константы экранирования, эксцентриситеты и большие и малые полуоси эллиптических орбит, эффективные радиусы атомов и их остовов. Обсуждается их поведение в группах и периодах таблицы Менделеева. Приведены примеры, иллюстрирующие эффективность разрабатываемой автором диполь-оболочечной модели многоэлектронных атомов.

Введение

Атом представляет систему взаимосвязанных элементарных положительных и отрица-тельных зарядов. Описание атомов в этих условиях достигается в рамках теории динами-ческих систем. В общем случае задача о взаимодействии микрочастиц решается на основе анализа решений дифференциального уравнения вида

где динамические переменные, нелинейная функция, описывающая взаимодействие микрочастиц, характерное время изменения переменных ,

i = .

Анализ имеющихся на сегодняшний день данных по свойствам атомов позволил преодолеть квантово-механический постулат о непостижимости атома и разработать элект-ронную теорию атома на основе классических законов механики, электростатики и электроди-намики. Автором предложена диполь-оболочечная модель, в рамках которой удалось установить природу и механизм формирования многоэлектронных атомов. Развитием этой модели является электродинамическая модель многоэлектронных атомов, в основе понимания которых лежит атом водорода [1, 2].

Результаты и их обсуждение

Атом водорода. В рамках классических представлений наибольшее распространение в настоящее время получила планетарная модель Резерфорда-Бора, согласно которой атом водорода представляет систему жестко связанных между собой тяжелого ядра и вращающе-гося вокруг него легкого электрона. Описание атома ведется в рамках так называемой кеплеровой задачи (задачи о движении планеты вокруг солнца), в основе решения которой лежат законы сохранения энергии и момента количества движения L. В общем случае движение электрона по эллиптической орбите описывается с помощью одноэлектронного уравнения [1, 2]        

                         (1) 

где – заряд ядра атома.

В предельном случае кругового движения = 0 уравнение (1) можно представить в виде

               (2)

где r – действительное расстояние между ядром и электроном; L – момент количества движения, равный ; – орбитальная скорость движения электрона с массой m; – заряд ядра.

Первое слагаемое энергии по (2) представляет кинетическую энергию движения электрона, а второе слагаемое – потенциальную энергию кулоновского взаимодействия заряда + с электроном. Решением данного уравнения является энергия связи При Z =1 получаем выражение для энергии связи атома водорода

        (3)

соответствующая боровскому радиусу .

Атом водорода выступает основой построения семейства так называемых водородоподобных структур. Это одноэлектронные многозарядные катионы, которые структурно изоморфны атому водорода. Они также как атом водорода представляют систему жестко связанных между собой ядра и электрона. Единственным отличием их является заряд ядра, равный +eZ. Энергия связи катионов определяется кулоновским взаимодействием между зарядами ядра и электрона (, разделяемых расстоянием, равным . Здесь радиус атома водорода выступает в качестве естественной меры и структурообразующего элемента катионов водорода в последовательности в соответствии с порядковым номером элемента в таблице Менделеева [1]. Данная числовая последовательность задается благодаря дискретности заряда ядра . Сопряженная радиусу катионов энергия связи также образует числовую последовательность