В зависимости от кратности ионизации

Проверим сначала на примере неона, насколько точно выполняется соотношение (45). Но для этого нам необходимо как можно точнее определить радиус внешней электронной оболочки.

Для этой цели, как мы уже убедились, лучше всего подходит вариант, когда электронная оболочка содержит всего один электрон. Поэтому радиус внешней оболочки атома неона определим, исходя из величины восьмого потенциала ионизации

(47)

Подставив конкретные величины в (45), получим

(48)

Таким образом, правая и левая части (45), действительно, близки друг к другу. Сделаем аналогичные расчеты для других благородных газов и для наглядности сведем результаты в таблицу.

Таблица 3 Суммы потенциалов ионизации внешних оболочек атомов инертных газов

Атом	φ8, эВ	R/RБ	Расч. Σφi, эВ	Факт. Σφi, эВ	Расч./Факт.
10 (Ne)	239,1	0,455	956,48	953,89	1,003
18 (Ar)	143,4	0,759	573,39	577,64	0,993
36 (Kr)	126	0,863	504,29	508,16	0,992
54 (Xe)	126	0,863	504,29	484,43	1,041

У галогенов на внешней оболочке всего на один электрон меньше, чем у благородных газов, поэтому мы можем ожидать хорошего совпадения расчетов с данными экспериментов и в этом случае. Правда, расчетные формулы необходимо соответственно “подправить”:

(49)

(50)

Расчеты и фактические величины также приведены в таблице

Таблица 4 Суммы потенциалов ионизации внешних оболочек атомов галогенов

Атом	φ7, эВ	R/RБ	Расч. Σφi, эВ	Факт. Σφi, эВ	Расч./Факт.
9 (F)	185,14	0,514	648,25	658,75	1,016
17 (Cl)	114,2	0,834	399,52	408,61	0,978
35 (Br)	103	0,924	360,6	367,94	0,98
53 (J)	104	0,915	364,15	362,44	1,005

Как видим, расчетные и фактические данные для внешних достаточно плотно заселенных оболочек галогенов (как и благородных газов) хорошо согласуются друг с другом.

Проявляются ли эти закономерности так же отчетливо для последующих оболочек? Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем аналогичные расчеты для заполненных оболочек, находящихся непосредственно под внешними оболочками одновалентных и двухвалентных атомов.

Здесь также потребуются вполне очевидные изменения в расчетных формулах. Сначала запишем эти формулы для атомов с одним электроном на внешней оболочке:

(51)

(52)

Аналогичным образом модифицируем формулы для атомов с двумя электронами на внешней оболочке:

(53)

(54)

Результаты анализа представлены соответственно в таблицах 5 и 6.

Таким образом, сравнение расчетов с фактическими величинами показывает, что электроны в атомах действительно располагаются послойно в электронных оболочках, форма которых близка к сферической.

Таблица 5 Суммы потенциалов ионизации предпоследней оболочки одновалентных атомов

Атом	φ9, эВ	R/RБ	Расч. Σφi, эВ	Факт. Σφi, эВ	Расч./Факт.
11 (Na)	299,7	0,408	1333,33	1299,31	1,026
19 (K)	176	0,695	782,73	769,01	1,018
37 (Rb)	150	0,816	666,67	660,76	1,009
55 (Cs)	150	0,816	666,67	621,7	1,072

Таблица 6 Суммы потенциалов ионизации предпоследней оболочки двухвалентных атомов

Атом	φ10, эВ	R/RБ	Расч. Σφi, эВ	Факт. Σφi, эВ	Расч./Факт.
12 (Mg)	367,2	0,370	1764,32	1702	1,037
20 (Ca)	211,3	0,644	1013,66	982	1,032
38 (Sr)	177	0,768	850	830,4	1,024

Завершая анализ строения электронных оболочек атомов, необходимо кратко упомянуть о так называемой “ экранизации” заряда ядра или остова атома электронами оболочек. Об “экранизации” обычно говорят, когда имеют дело с водородоподобными решениями для электронов внешних оболочек.

Каков механизм “экранизации”? Модель сферических электронных оболочек дает возможность уточнить этот вопрос.

Согласно теореме Гаусса [9], на каждую последующую заряженную сферу (по нашей модели электронных оболочек, рис. 8) воздействует только электрическое поле суммарного заряда, находящегося внутри этой сферы. Соответственно, заряд оболочек большего радиуса не может воздействовать на оболочки меньшего радиуса.

Рис. 8. Модель сферических электронных оболочек атома.

Однако в этой простой схеме есть одна не столь очевидная особенность. Дело в том, что каждая заряженная сфера, кроме того, “действует сама на себя”. Заряды, находящиеся на ее поверхности, испытывают на себе воздействие электрического поля, напряженность которого равна половине величины напряженности, создаваемой самой заряженной сферой непосредственно у внешней поверхности:

(55)

Эту величину поля можно получить интегрированием по всем элементарным зарядам, расположенным на поверхности сферы.

Соответственно каждый единичный заряд, находящийся на поверхности сферы, испытывает на себе воздействие силы, численно равной напряженности поля (55), создаваемой всеми остальными зарядами сферы. Поэтому суммарная сила на заряд сферы будет в Q раз больше

(56)

Величину силы (56), действующей на заряд сферы, можно получить и более простым способом - непосредственно из выражения для энергии заряженной сферы (44) путем дифференцирования по R.

Так как сила “самодействия” всегда направлена от центра, то она уменьшает результирующую силу притяжения электронов оболочки к ядру (остову атома). В частности, если внешняя электронная оболочка атома достаточно плотно “заселена”, то результирующая сила притяжения, действующая на каждый электрон оболочки, уменьшается в два раза!

Заметим, что расчетные величины в таблицах 3, 4, 5 и 6, полученные на основе модели заряженных сфер, “автоматически” учитывают рассмотренный эффект взаимного влияния электронов в составе оболочки.

Поэтому соответствие результатов расчетов экспериментальным данным свидетельствует об одновременном и постоянном нахождении электронов в составе сферических оболочек. А, следовательно, электроны не являются независимыми друг от друга и не “размазываются” по квантово-механическим вероятностным “облакам”!

　

Заключение

Проведенный анализ со всей очевидностью показал, что теория атома в ее нынешнем виде нуждается в полном пересмотре, так как она не соответствует реальности и основывается на ошибочных представлениях.

Столь плачевное состояние теории явилось следствием излишней формализации физики в последние десятилетия и фактического отказа от исследования реальных процессов, происходящих на уровне микромира.

Колебания и волны не только реально существуют, но и непосредственно являются основой микромира, из которой вырастает все устройство материи. Волновые процессы определяют строение и ряд масс элементарных частиц, обеспечивают структурирование вещества.

“Приходящие” и “уходящие” волны, существующие вокруг любой частицы, устанавливают равновесие, взаимосвязь и взаимозависимость между всеми (огромными и самыми малыми) объектами Природы.

Наиболее интенсивная частота колебаний в микромире 1,60∙10²³ Гц принадлежит протонам и нейтронам и соответствует удвоенной эффективной массе кварка 332 МэВ. Между кварками в составе нуклонов действует сильное взаимодействие, о чем свидетельствует впечатляющий “дефицит массы” протонов и нейтронов порядка 56 – 58 МэВ.

В то же время, взаимодействие между самими нуклонами является электромагнитным и характеризуется, как известно, максимальной энергией связи в атомных ядрах на уровне 8 МэВ на один нуклон, что по порядку величины (относительно массы нуклона) соответствует постоянной тонкой структуры.

Слабое взаимодействие, связывающее нуклоны с электроном, основано на том, что кварки, входящие в состав нуклонов, имеют немного отличающиеся массы и частоты. Именно с разностной частотой кварков (частотой “биений”) связан электрон, что определило относительно небольшую интенсивность слабого взаимодействия. Соответственно частота электрона 2,47∙10²⁰ Гц и его масса оказываются сравнительно малыми.

Использование квантовой механики при построении теории атома в самом начале было довольно обнадеживающим (например, в спектроскопии). Также как несомненным достижением было введение в теорию микромира особых волн, характеризуемых длиной волны λ= h / p, которые использовались при описании движения частиц. Правда, эти волны были мистифицированы и представлены в виде неких вероятностных характеристик.

Квантово-механический подход к описанию движения электронов в поле атомного ядра предполагает наличие у каждого электрона “отдельной орбитали” с индивидуальными квантовыми характеристиками. Однако решение такой задачи в случае многоэлектронного атома оказалось непосильным, да и сама постановка задачи – ошибочной.

Условие Бора для электронных орбит в атомах (22) может быть истолковано двояко. Первое толкование, чисто формальное, “постулирует” квантование момента количества движения и не имеет физического смысла. Странным образом именно эта формулировка победила и стала доминирующей, а сами слова “квант” и “квантовый” стали синонимом “научности”. А второе толкование, которое исходит из того, что на орбите укладывается целое количество длин волн и указывает на резонансный характер явления, почему-то “не прижилось”, хотя и несет в себе очевидный физический смысл.

Но это не просто различие в трактовке выражения (22)!

С этого момента физика пошла по пути все большей формализации, а в случае теории атома этот путь оказался и формальным, и ложным одновременно.

Электронные оболочки атомов даже отдаленно не напоминают картину, созданную с помощью формализованного аппарата квантовой механики.

На самом деле электроны в атомах теряют индивидуальные свойства, образуя в каждой оболочке единый “коллектив” - бозе-конденсат.

Это означает, что электроны оказываются включенными в общий резонанс и фиксируются в пучностях резонансного поля оболочки, так как именно в пучностях происходит наиболее интенсивный обмен энергией.

Вследствие этого обмена энергией возникают центробежные силы, которые обеспечивают неподвижное “зависание” электронов над ядрами атомов. Такой механизм формирования электронных оболочек атомов снимает известное противоречие, связанное с предполагаемым вращением электронов вокруг ядер (они должны постоянно излучать энергию и неминуемо “падать” на ядро атома!).

Резонансные электронные оболочки характеризуются целым количеством длин волн N ₁. При этом так называемое главное квантовое число может быть как целым числом, так и простой дробьюn = N ₁ / N ₂, что объясняется возможностью возбуждения резонанса оболочки на более высокой гармонической составляющей (N ₂ - номер гармоники).

Таким оригинальным способом Природа сделала атомы более компактными, а число “посадочных мест” для электронов на электронных оболочках существенно выросло!

Когда-то Р.Фейнман, отвечая на вопрос о том, с чем больше всего у него ассоциируются законы Природы, сказал – с комбинаторикой. Устройство атома является замечательным подтверждением этих слов. “По ходу дела” в атоме происходит подбор наиболее подходящей пространственной гармоники для каждой электронной оболочки (с точки зрения минимума энергии). Более того, распределение общего количества электронов по оболочкам также подбирается, не в последнюю очередь, исходя из того же принципа минимума энергии.

В рамках статьи нам удалось лишь немного приоткрыть тайны атома. Несомненно, предстоит еще огромная работа не только по развитию теории атома, но и масштабные экспериментальные исследования.

Необходимо глубже изучить природу волн (приходящих и уходящих) вокруг элементарных частиц и закономерности резонансов “особого” поля в сферических электронных оболочках. В моих работах я пытался описать эти волны, но не считаю сделанную попытку завершенной [7, 8, 19].

За этим странным названием “продольные волны”, вполне возможно, мы обнаружим еще не одну захватывающую тайну.

Изучение электронных бозе-конденсатов оболочек атомов, очевидно, будет способствовать развитию теории сверхпроводимости и созданию новых сверхпроводящих материалов, которые бы работали при обычных температурах.

Интересно, что наиболее высокотемпературные сверхпроводники при нормальной температуре вообще являются изоляторами. Это, скорее всего, говорит о неподвижности электронов и при более низких температурах - в сверхпроводящем состоянии. Точно также неподвижны электроны и в сверхпроводящих оболочках атомов. И в том, и в другом случаях неподвижные электроны встраиваются в общий резонанс, а возникающий при этом обмен энергией-массой эффективно заменяет реальное движение электронов.

Атом каждого химического элемента должен быть дополнительно охарактеризован целым набором параметров электронных оболочек атомов: частотами, главными квантовыми числами оболочек, числами N ₁ и N ₂ и т. д. Уточнение характеристик и свойств симметрии электронных оболочек очень важно, так как именно они определяют свойства атомов.

Дополнительные знания об атомах позволят более осмысленно и успешно “конструировать” химические соединения с нужными свойствами, расширить наше понимание принципов формирования самых сложных молекул.

Предстоящие исследования, направленные на уточнение свойств и строения атомов, несомненно, принесут новые открытия и обогатят наши представления о строении вещества.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю признательность П. И. Радикевичу за неизменную поддержку и ценные замечания.

Литература

1. Фейнман Р. КЭД странная теория света и вещества. Гл. ред. физ.-мат. а. литературы. - М.: Наука, 1988. - С. 144.

2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). М.: Физматгиз, 1963. – С. 704.

3. Шпольский Э.В. Атомная физика. т. 1: Введение в атомную физику. 7-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. — С. 552.

4. Шпольский Э.В. Атомная физика. т. 2: Основы квантовой механики и строение электронной оболочки атома. 5-е изд. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. — С. 439.

5. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Элементарные частицы. М.: “Наука” 1986. – С. 256.

6. Верин О.Г. Солитон и физика. http:// www. sciteclibrary. ru / rus / catalog / pages /12297. html

7. Верин О.Г. Динамика вакуума и солитонная теория элементарных частиц. М.: РТ-Пресс. 2002 г.

8. Верин О.Г. Природа элементарных частиц, квантовая теория и Великое Объединение. М.: Контур-М. 2005 г.

9. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. Главная редакция физ.-мат. литературы. - М.: Наука, 1985. - С.468.

10. Физические величины. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1991. С 1232.

11. Максвелл Д. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. Перевод под редакцией П. С. Кудрявцева. - М.: Государственное изд. технико-теоретической литературы, 1952.

12. Верин О.Г. Модель Максвелла и свойства вакуума. http:// www. sciteclibrary. ru / rus / catalog / pages /8864. html

13. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.8. М.: Мир, 1966.

14. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.9. М.: Мир, 1967.

15. Корбанский И.Н. Антенны. Учебное пособие для вузов. - М.: Энергия, 1973. - С. 336.

16. J. A. Wheeler and R. Feynman. Interaction with the Absorber as the Mechanism of Radiation. Rev. Mod. Phys. 17, 157 (1945).

17. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т.6. М.: Мир, 1966.

18. Справочник химика. Под ред. Б.П.Никольского. Т.1 М-Л.: “Химия”, 1982.

19. Верин О.Г. Энергия. Вещество и поле. М. Контур-М. 2006 г.

　

Дата публикации: 12 октября 2014