Орбитальный конфуз
На модерации
Отложенный
Пространственной модели атома не существует. Имеются лишь пространственные характеристики орбиталей, изображаемых раздельно. Казалось бы, что мешает соединить разные орбитали в целостный атом?
Но нет, не получается.
Оказывается мешает s-орбиталь.
Расчет пространственных характеристик орбиталей производится в полярной системе координат. Результат расчета углового местоположения для s-орбитали дает такой результат, что в нем просто отсутствуют угловые величины, то есть эти орбитали не зависят от углов, поэтому было принято, что они сферические.
Для атома водорода сферическая орбиталь не выглядит каким-то абсурдом. Но уже для гелия возникают некоторые вопросы. Каким это образом могут сосуществовать одновременно две орбитали, с одним и тем же радиусом, с одной и той же сферической формой, с одним и тем же центром - в одном и том же атоме?
Еще большие недоумения возникают в отношении других атомов, у которых внешние оболочки также отнесены к s-орбиталям (элементы первой и второй групп). Это ж получается, что у лития всего три орбитали и все сферические, у бериллия все 4 - сферические?
Все химические элементы первой и второй группы согласно принятой таблице Менделеева имеют внешние оболочки в форме сферических s-орбиталей. Получается, что по внешним оболочкам они ни чем не отличаются от гелия, все эти атомы окружают сферические орбитали. Но по химическим свойствам эти элементы отличаются от гелия, причем радикально.
Остальные (несферические) орбитали (p, d, f) также имеют «интересные» характеристики. Во-первых, они все начинаются от ядра и в виде дубинки устремляются вдаль. Видимо, по величине удаления должны различаться между собой разные оболочки - периоды и ряды.
Во-вторых, оказывается, что орбитали оболочек направлены по одним и тем же углам. Проще говоря, 2р-орбитали накладываются на 3р, и на 4р, и на 5р-орбитали. То же самое для d и f орбиталей. Как соотносятся между собой направления p, d, f орбиталей неясно, но уже наложения одноименных орбиталей достаточно, чтобы скептически относиться ко всей этой орбитальной конструкции.
Становится понятным, почему химики не могут изобразить картинку атома целиком – все «дубинки» будут торчать из центра, пучками, накладываясь друг на друга, а их же десятки.
Еще забавнее получится картинка атома, если на эти радиальные пучки p, d, f орбиталей наложить сферические s-орбитали, которые множественным образом будут пересекать друг друга. Электроны просто заблудятся в этом орбитальном лабиринте.
Интересно, почему профессионалы-химики не видят несуразности предложенных орбиталей?
Имеет ли реальный атом что-либо похожее на абракадабру, сконструированную из вычисленных орбиталей? Конечно, нет. Расчет орбиталей, производимый по уравнению Шрёдингера, изначально обречен на "сомнительный" результат. Расчет же ведется из предположений:
- что электроны движутся вокруг ядра, а они в атоме не движутся
- что электроны находятся в центрально-радиальном поле, а оно не является таковым
- что атомы водородоподобные (что один электрон), а их много
- что электроны не взаимодействуют между собой, а они взаимодействуют.
Исказили исходные данные - соответственно получили искаженный результат.
Думаю, реальную модель атома можно построить лишь после выяснения строения электронов. А его пока нет.
Комментарии
Эти орбитали - всего лишь конкретные решения уравнения Шрёдингера в полярных координатах. А про электроны, которые являются квантовыми объектами, даже нельзя сказать, что они находятся на какой-то конкретной орбитали, не говоря уж про "местоположение" на этой орбитали. Точнее, говорить-то можно, но надо помнить, что это всего лишь одна из интерпретаций, причём, весьма упрощённая.
Профессионалы химики всё это знают, и не помалкивают, не выдумывайте! И "стыдливо" - это всего лишь второй приёмчик.
Может, эта, в школу, за парту, а?
У гелия все в порядке - там на одной орбитали находятся два электрона с противоположными спинами.
Что касается элементов, у которых появляется р-орбиталь, то придумали такую вещь как гибридизация орбиталей. Задайте поиск по этому словосочетанию и увидите, как в данном случае распределяется электронная плотность в атоме. Или откройте школьный учебник по химии советских годов.
Все орбитали заполнены электронами.
Полное несоответствие орбитального строения и химических свойств.
Это все школьный курс химии. Правда, в школе все это слишком формально преподносят, и досконально разобраться во всех этих тонкостях можно только в университете.
И еще раз. Четырех s-орбиталей у бериллия тоже нет. У него два электрона с противоположными спинами на внутренней 1s-орбитали и еще два на внешней (валентной) 2s-орбитали.
Честно говоря, я уже не знаю как доходчивее объяснить. Изучайте матчасть, как говорится.
Так что неувязки с реальностью именно в "матчасти", которую Вы рекомендуете изучать. В сложившейся ситуации нужно искать какой-то выход, на мой взгляд, нужно приводить документацию в соответствие с реальностью.
У Вас есть предложения по исправлению учебников по химии?
Как вижу, слова Вас не очень убеждают, но надеюсь, что убедит картинка:
http://chimical-docs.ru/index.php?action=full&id=506
Полистайте до лития с бериллием. У обоих есть р-орбиталь.
У меня как у химика нет претензий к таблице Менделеева. Она меня полностью устраивает. Вы не первый, кто предлагает что-то в ней исправить, но почему-то при этом никто никогда не дает ответ на вопрос что это даст?
Ваша картинка с помощью квантовых ячеек не совсем годится. Нарисовать ячейки можно всякие. На абстрактных ячейках нет пространственных характеристик электронов и их местоположений в атоме, приближенных к реальным. А нужны именно они.
Как только начинается мышление в реальных пространственных характеристиках, так сразу и всплывают все "косяки" существующих представлений химиков об атоме.
S-орбитали есть же во всех атомах. Но сферическая форма s-орбитали с неизбежностью будет пространственно пересекать р-орбитали в возбужденном бериллии и во всех других атомах и другие орбитали во всех рядах и периодах.
Модель "каши" получится, а не атома.
Когда электроны заполняют только s-орбиталь, то форма их распределения в пространстве - сфера. Правильнее, конечно, говорить не о распределении в пространстве, а о т.н. плотности вероятности обнаружения электрона в точке пространства. Но в такие тонкости предлагаю не вдаваться, иначе увязнем.
Когда появляются электроны на р-орбитали, то, в зависимости от того, сколько р-орбиталей занято, возникает sp-, sp^2- и sp^3-гибридизации. Как они выглядят в пространстве, можете посмотреть хотя бы в википедии:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Гибридизация_орбиталей
Там слева на цветной картинке нарисованы две орбитали (s и р) до гибридизации (т.е. по-отдельности), а справа - после "смешивания"
Конечно, это всего лишь модель, но она, тем не менее, очень хорошо согласуется с реальным строением молекул: какие углы предсказывает теория гибридизации (например, углерода в молекуле метана), такими они и оказываются в реальности по данным различных методов.
Ему втемяшилось, что орбиталь - это не орбиталь, а такой большой неподвижный электрон, поэтому орбиталь для него материальна и для водорода всего одна... Мои попытки объяснить, что спектр водорода означает возможность электрона занимать любую - хоть 5f-орбиталь, не удались - наверное он мне просто не поверил.
Посмотрите также изменения в тексте статьи.
А сферические орбитали - не нужны.
Вы забываете о том, что с ростом заряда ядра, кулоновское взаимодействие с электроном усиливается, поэтому внутренние орбитали каждого следующего (в таблице Менделеева) атома имеют меньший размер, чем у предыдущего.
Поэтому, у гелия s-орбитали разного размера.
Кроме того, вам не мешало бы еще раз внимательно рассмотреть d- и f-орбитали. Вовсе не все они похожи на дубинки. :)
А как вам g-орбиталь?
При современном уровне компьютерной техники, моделирование электронных оболочек миллионов веществ обходится гораздо дешевле, чем их синтез.
Так что практики счастливы.
А Заикин считает, что это это форма электрона...
Хотя стать лидером можно только раскрутив что-то новое, чего нет у конкурентов. Вот и остается радоваться лишь тому, что ты обогнал мировую науку лет на 30.
- Так для чего академики сидит? Для того чтобы говорить эту фразу? Они ни за что не отвечают, только деньги получают?
У элементов начиная с 3 периода наиболее часто встречается координационное число 6, а иногда даже 8
Чтобы что-то внедрить или запустить у себя на заводе спрашивать мнение академиков необязательно, даже у кандидатов можно не спрашивать.
Может и вы не хотите стать миллиардером?
- Почему стыдливо?
Ну а кто-то застрял в седьмом классе
См. квантовая механика.
Расчет орбиталей, производимый по уравнению Шрёдингера, изначально обречен на "сомнительный" результат. Расчет ведется из предположений:
- что электроны движутся вокруг ядра, а они в атоме не движутся
- что электроны находятся в центрально-радиальном поле, а оно не является таковым
- что атомы водородоподобные (что один электрон), а их много
- что электроны не взаимодействуют между собой, а они взаимодействуют.
Исказили исходные данные - соответственно получили искаженный результат.
С орбиталями дело обстоит иначе. Наблюдать воочию их никому не доводилось. Версия о том, что они вообще существуют в природе - УМОЗРИТЕЛЬНАЯ.
Но начать следовало бы с того, что никто никогда не наблюдал метафизическую частицу, называемую Электроном. Похоже, что понятие Электрон - это результат ошибочной интерпретации экспериментов Томсона: http://technic.itizdat.ru/docs/iv-efimov/FIL14135621840N767912001/1
Полагаю, что дискуссия об орбиталях - из разряда "Сколько чертей могут одновременно расположиться на кончике иглы?" )))
"Думаю, реальную модель атома можно построить лишь после выяснения строения электронов" - Электронные модели атомов строят уже более ста лет. Результат - ноль. Может, попробовать обойтись без электронов???
А как же компьютер работает? И электролампы?
Орбиталь - это же вероятность местонахождения электрона в определенной точке, точнее - совокупность точек, где вероятность нахождения электрона не равна нулю. А эта вероятность не равна нулю там, где есть "большой" электрон. Электрон не является точечным. Электрон - это динамическая система электромагнитных колебаний. Вся область пространства, в которой происходят эти колебания, занята электроном. Но в каждой конкретной точке только малая часть электрона, поэтому и вероятность не нулевая и не единичная.
Нужно всего-то отказаться от вероятностной интерпретации электрона (и всех других частиц) и построить электрон, как динамическую систему, вырабатывающую и удерживающую электрический заряд.
Версия такого электрона изложена http://maxpark.com/community/5654/content/2505913
Вот тогда и получится объяснение не только работы компьютера, но и любого атома.
Следует понимать, что компьютер и электролампы как работали, так и будут работать, независимо от того, кто и как объяснит принцип их работы: от бозонов, от гравитонов, от теплорода или ещё какой-нибудь ерунды.
Забудьте вы древние эксперименты, они интересны только историкам науки, и больше НИКОМУ. Все давним давно тысячи раз перепроверено. Разработанно бесконечное количество электронных приборов, а вы до сих пор сомневаетесь, видимо самим очень хотелось открыть электрон, а проснулись и окозалось , что опоздали - электрон уже открыт, и таблица мМенделеева лоткрыта, и много еще чего, и обошлись без вас., Абыдна, панымаищь!
Правда все равно не помогло. На экзамене я сказал, что население растет по экспоненте, но экзаменатор меня поправил, сказав, что население растет в геометрической прогрессии. Когда я ответил, что это одно и тоже, то он разразился длинной речью, про глубокую философскую разницу между этими понятиями и выставил с тройкой (как говорится, хорошо, что не арестовали).
А мне прикольно было разговаривать с философами, но не интересно, так как дураки они редкостные - меня один доцент (когда я был аспирантом) убеждал, что я рабочий, так как не занимаюсь сельским хозяйство, а у нас только два класса - рабочие и крестьяне. Но когда я его спросил: "Отчего же я не крестьянин, так как не работаю?", он выпучил глаза и обиделся. :)
Правда кандидатский экзамен по МЛФ я умудрился сдать на четверку, но сейчас вообще не могу вспомнить ни как сдавал, ни что отвечал. Наверное память нас защищает от плохих воспоминаний.
Система Птолемея - это наблюдаемое движение звезд и планет на небосводе. Поэтому она и сейчас повсемостно применяется астрономами.
А система Коперника - это объяснение системы Птолемея, хотя и сформулированное с погрешностями. Она применяется только при межпланетных перелетах и для объяснения детям устройства солнечной системы.
Не знаю , как у вас, а у нас в аспирантуре, по философии был только вступительный экзамен, а в кандидатский минимум входила история КПСС.
Может оно и к лучшему (кто его знает, что-бы мне поставили, если бы мы про философию говорили)
Насчет истории КПСС, вроде все же философия у всех была ( https://m.slovari.yandex.ru/article.xml?book=bse&title=%D0%9A%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D0%BC%D1%83%D0%BC ). У нас точно (я в институт философии на занятия ходил, который возле Пушкинского музея, значит философию изучали - других ориентиров, что я там изучал у меня нет, полная блокада памяти ).
Однако Ваши вопросы, как я понимаю, вообще нацелены не на выяснение существа явлений, а на поиск изъянов в моих высказываниях, чтобы обнаружив их, заявить о некорректности всей статьи. Если так, то Вы не до конца поняли суть статьи.
В конце статьи я же дописал причину, приведшую к получению столь абсурдных атомарных орбиталей - они вычислены по уравнению Шрёдингера, а в нем и в его применении имеются изъяны. В статье они указаны. Устранить их невозможно, часть из них встроена в само волновое уравнение. Осознайте наконец масштаб проблемы, вскрытой данной статьей.
Но устранять изъяны надо. Придется. Дорабатывать уравнение Шредингера, думаю, уже бессмысленно. Ничего, кроме вероятности оно не даст. Значит нужно опереться на электрическую природу электрона, то есть на электродинамику.
Улавливаете мысль? - ЭМ-волны продолжают "волновую" идею Шредингера, но на ЭМ-основе.
Эти ЭМ-волны вовсе не рядом с электроном, а электрон построен из них.
Это вам не философию разводить.
Система Птолемея и система Коперника одно и то же, только в разных системах отсчета - система Птолемея из вращающейся и совершающей орбитальное движение системы, связанной с Землей, а система Коперника - из связанной с Солнцем.
Система Коперника наглядна и проста, но дьявольски неудобна для расчетов. Рассчитать орбиту спутника из нее (или восходы и заходы Солнца и Луны) практически невозможно.
Система Птолемея сложнее для понимания, зато дает правильные и легко вычисляемые положения звезд,и планет, спутников. Астрономы для наблюдения неба пользуются только системой Птолемея. Мы тоже ей пользуемся - в отрывных календарях указывают время восхода и захода Солнца и Луны - это и есть табличная запись системы Птолемея.
А энергия самого электрона равна 511003 эВ, что в 37573 раз больше 13,6 эВ. То есть в процедурах поглощения, излучения, в энергии, различающей разные орбитали, энергия самого электрона вообще не учитывается. Это фундаментальный дефект существующей модели. Участвует лишь энергия связи электрона с протоном, то есть участвует лишь "внешняя" энергия электрона, причем только ее электрическая часть..
Объяснить эту внешнюю энергию электрона (источаемую электроном во вне), можно только поняв суть внутренних процессов, происходящих внутри электрона.
Так что совсем без электронов никак не получится.
Нужно наоборот заняться выяснением природы внутренней энергии электрона.
. На этом основании вы можете себе нафантазировать все, что вам заблагорассудится.
Я проблемы НЕ ВИЖУ. ВЫ ее САМИ себе придумали
Конечно в состав внешних параметров должны входить и пространственные, но увы, они пока не поддаются измерению.
Попытка описать электрон волновой функцией Шрёдингера провалилась. Эта функция в принципе не способна объяснить перечисленные характеристики электрона, а вероятность местоположения электрона в атоме вычислила с грубыми ошибками, указанными в данной статье. Совмещение вычисленных по уравнению Шрёдингера орбиталей в одном атоме - фактически невозможно, получается абсурдное пересечение всех радиальных орбиталей со всеми сферическими. Если Вы не видите этого абсурда, то либо не хотите, либо у Вас есть проблемы со "зрением".
Я на первом курсе (в 1973 году) с первого раза не сдал зачет, надо было не пересдачу идти. Знакомые иностранцы, которые гостили в это время, узнав, что я не сдал зачет по "истории" сказали, что-то вроде "как же можно не знать историю своей страны". Когда я им объяснил, что это не история страны, а история КПСС, они мне не поверили, потребовали словарь и полчаса со словарем изучали мою зачетку, учебник, ... . В общем, вроде убедились, но продолжали подозревать, что я их где-то накалываю (потом у других знакомых спрашивали, а правда, что в университете изучают Историю КПСС?)
В свободном состоянии у электрона нет спина. Спин это вращение, у вращения всегда есть ось, а в свободном состоянии электрона все свойства центрально симметричны.
Спин появляется от возникновения связи с протоном. Связь с протоном выражается в образовании направленного электрического потока смещения между протоном и электроном. Ток смещения, втекая в электрон, придает ему пространственную ориентацию и порождает магнитные (вращающиеся) процессы вокруг возникшей оси. Это вращение и есть основа спина.
Однако основные внутренние процессы, происходящие в электроне, не затрагиваются. Энергия внешнего электрического потока из электрона исчисляется по формуле:
е^2/8٠π٠r٠ε0 и для r, равного радиусу первого слоя 0,0529 нм, составляет 13,6 эВ, в то время как внутренняя энергия электрона 511003 эВ. Все "переходы" между орбитами, все поглощения и излучения вкладываются в диапазон внешней энергий 13,6 эВ. Эта внешне проявляемая энергия электрона берется и для уравнения Шрёдингера, но под видом полной энергии электрона. Это уравнение концептуально неверно.
Но это же в реальности. А в теории - изменение энергии связи каждого электрона не превышает 13,6 эВ. Именно эта величина энергии используется в уравнении Шрёдингера и во всех схемах и иллюстрациях энергетических уровней, серий излучения и поглощения:
http://www.sciteclibrary.ru/ris-stat/4608/image24825.gif
Осознайте, что уравнение Шрёдингера построено и решается с учетом только внешней энергии электрона (более того - только электрической части внешней энергии электрона), поэтому для самого электрона - оно концептуально неверно.
Вот такой электрон при возврате на свой первоначальный энергетический уровень как раз и будет излучать рентген
Разогнанный электрон резко тормозит на мишени и сбрасывает свою кинетическую энергию в излучение рентгеновского спектра либо (на 99 %) в тепло.
Вот в этой процедуре участвует внутренняя энергия движущегося электрона.
Где по Вашему прячется кинетическая энергия электрона? Она встраивается во внутреннюю его энергию. Электромагнитные колебания, составляющие внутреннюю энергию электрона, при движении изменяют свои характеристики - колебания смещаются в пространстве, тем самым "вбирают" в себя движение, его кинетическую энергию.
А при столкновении движущийся электрон получает мощное отрицательное ускорение, порождающее излучение. Это излучение оказывается рентгеновского спектра. Чем тяжелее мишень, тем интенсивнее торможение, тем выше сбрасываемая электроном энергия.
Вы подняли очень интересный аспект, связанный уже с внутренней энергией электрона, то есть с его массой.