Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СТРУКТУРЫ АТОМОВ – ОРБИТАЛЬНО ВОЛНОВАЯ МОДЕЛЬ

Поляков В.И. 1
1 Технологический институт
Разработана модель структуры атомов на основе единства законов Природы и системной организации материальных структур в не материальной волновой онтологической среде, характеризующейся наибольшей энтропией, названной «Действие, упорядочивающее хаос-ДУХ» («эфир», «физический вакуум»). Образованные электронами волновые орбиты закономерно расположены на сферических поверхностях вокруг ядер. Волновое орбитальное движение образуется в электромагнитном поле ядра – движения среды ДУХ. Размеры всех орбит однозначно определяются универсальными постоянными: постоянной тонкой структуры (1/α) и комптоновской длиной волны (λk) при условии формирования на орбите «стоячей волны». Орбиты расположены, в основном, в экваториальной плоскости ядра, а также в параллельных ей плоскостях «выше» и «ниже». Заполнение всех одно- и двухэлектронных оболочек s, p, d, f происходит закономерно, последовательно в соответствие с периодами таблицы элементов Менделеева. Орбитально волновая модель структуры атомов, в отличие от существующих вероятностных «орбиталей», объясняет возникновение и существование атомов, их свойства, местоположение и размеры орбит, магнетизм и его роль в стабильности атомов.
структура атома
электроны
волновые орбиты
сферическая поверхность
постоянная тонкой структуры
комптоновская длина волны
размеры атомов
магнетизм
1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера – М.: Рольф. – 2002. – 576 с.
2. Поляков В.И. Экзамен на Homo sapiens. (От экологии и макроэкологии… к МИРУ) // Саранск.: Изд-во Морд. гос.Ун-та, 2004. – 496 с.
3. Поляков В.И. Системный ДУХ вместо вакуума и хаоса // Успехи современного естествознания. № 9. 2004. С.65-66.
4. Поляков В.И. Электрон = позитрон?! // Современные наукоёмкие технологии. № 11- 2005- С.71-72.
5. Поляков В.И.Рождение материи // Фундаментальные исследования. № 12. 2007. С.46-58.
6. Поляков В.И.Экзамен на Homo sapiens – II. От концепций естествознания ХХ века – к естествопониманию. – М.: Изд. дом «Академия естествознания», 2008. – 596 с.
7. Поляков В.И. Естественнонаучная модель атома // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы III Межд. конф. (Томск 23-27 июня 2009). – Томск, 2009. – С. 460-465.
8. Поляков В.И. Структура нуклонов из единственной элементарной частицы// Успехи современного естествознания. № 6. 2010. С. 50-55.
9. Поляков В.И. Концептуальные основы структуры мироздания // Атомная стратегия XXI. № 2. 2011.
10. Поляков В.И. Почему стабильны протоны и радиоактивны нейтроны? // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: IV Межд. Конф. (Томск, 5-7 июня 2013). – Томск, 2013. – С. 415-419.
11. Поляков В.И. Основы естествопонимания структуры нуклонов, ядер, стабильности и радиоактивности атомов. Там же. – С. 419-423.
12. Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. 17-е изд. – М.: «Академия», 2008. – 560 с.
13. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мелихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

Более 100 лет назад (1911 г.) Э. Резерфорд на основе опытов предложил «планетарную» модель атома, согласно которой вокруг положительно заряженного ядра по замкнутым орбитам движутся электроны. Эта модель соответствовала теориям «эфира», развивавшихся выдающимися учёными 18-20 веков: Гюйгенс, Гук, Ломоносов, Юнг, Френель, Навье, Коши, У. Томсон, Стокс, Герц, Фарадей, Максвелл, Лоренц, Д. Томсон, Тесла и др. Но уже насаждалась теория относительности имени Эйнштейна и «эфир» не вписывался в модель четырёхмерного координатно-временного континиума. Теоретики провозгласили, что «мирового эфира не существует» [12] и «микромиру свойственны свои закономерности, отличные от макромира». Квантовую, ядерную, атомную физику построили на постулатах и математических моделях с множеством полей и частиц (элементарных, гипотетических, виртуальных). Частицы – одновременно волны, у них не существуют размеры и определённые траектории движения. В соответствии с постулатами Гайзенберга, де Бройля, Шредингера, Паули было принято, что положение электронов в атоме неопределённо, оно описывается волновыми функциями вероятности их нахождения в пространстве – «орбиталями» с некими квантовыми числами (n – главное, l – орбитальное, m- магнитное, s – спиновое) [12]. Эта принятая наукой модель не объясняет существование и структуры атомов, их свойства; не отвечает на вопросы « почему?».

Почему рождается атом водорода, когда электрон (–), двигаясь к протону (+), вдруг вечно остаётся на «боровской» орбите?

Почему орбитали (эллиптические, лемнискаты, «бабочкины крылья» и т.д.) способны экранировать ядро и почему орбитали р, d, f, g заполняют именно 6, 10, 14, 18 электронов?

Почему размеры атомов в периодах при увеличении числа оболочек уменьшаются?

Чем обусловлен ферромагнетизм, и почему только у 9 атомов?

Цель исследования – построение модели атомов, объясняющей их образование, структуры и все свойства.

Основы системного миропонимания

Построение модели атомов как системной структуры из нуклонов и единственной элементарной частицы оказалось возможным только на основе представления об единстве мироздания, в котором все материальные структуры закономерно существуют в единой волновой среде за счёт непрерывного взаимодействия с ней. Такое понимание сущности среды представил В.И. Вернадский: «Излучениями НЕ МАТЕРИАЛЬНОЙ среды охвачено всё доступное, всё мыслимое пространство… Кругом нас, в нас самих, всюду и везде, без перерыва, вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь, идут излучения разной длины волны… Всё пространство ими заполнено…» [1]. Вывод: Вселенная – это системное единство принципиально различных и дополняющих друга миров: массового в не материальной волновой онтологической среде, характеризующейся наибольшей энтропией. Эта среда, названная «Действие, упорядочивающее хаос – ДУХ», отличается от современных теорий «эфира» (кипящий, энергетический, электромагнитный, гравитирующий, газообразный, «живая материя»…) нематериальностью – волны не имеют массы. Это позволило представить в монографиях [2, 6] картину системного устройства материального мира. В соответствии с законами Природы и универсальными постоянными из квантов образуются материальные частицы («массон» = электрон/позитрон, заряд -/+, сферическая стоячая волна), из них – нуклоны, ядра, атомы [3-11]. В настоящей работе теоретически обоснована структура атомов.

Основные принципы формирования атома в среде ДУХ

Предлагаемая модель атома – следствие общности законов Природы на всех уровнях её организации. «Природа не роскошествует в идеях», и закономерности системного образования структур делают их подобными. При разнице массы Солнечной системы и атомов более чем на 50 порядков, различие в структурных соотношениях – в несколько раз. Отношение массы всех планет к массе Солнца 1:750, а массы электронов на орбитах атомов к массе ядер 1:(2000÷4000). Все орбиты расположены в одной плоскости (отклонение 1о-3о), квантованы по расстоянию, круговые (средний эксцентриситет, кроме крайних, 0,040). По аналогии следует предполагать:

• структура атома сферическая,

• электроны в атомах экранируют заряд ядра на определённых, квантованных орбитах;

• орбиты – круговые, расположены, в основном, в экваториальной плоскости ядра.

Эти особенности структуры атома – следствие электромагнитного взаимодействия в среде ДУХ, которое есть волновое движением среды – её взаимосвязи с материальными телами. При вращательном движении наибольшая скорость и наибольшие силы взаимодействия с электронами выражены в экваториальной плоскости ядер. Поэтому заполнение орбит электронов в атомах во всех слоях n должно начинаться с экваториальной плоскости 1s, 2s,3s …

Рождение орбит электронами – «преобразование частицы в волну» естественно объясняется двойственностью заряда массона [4-11]. Массон при приближении к ядру в вихревом движении среды подвергается то силам притяжения, то отталкивания, и условие существования частицы – соотношение между объёмом и поверхностью нарушается. Магнитный момент электрона, являющийся характеристикой движения среды, в 658 раз превышает магнитный момент протона и под воздействием этих сил формируется торообразная волна (Rе-тор=1,94·10-20 м). Это преобразование возможно только на «боровской» орбите радиусом a0, где соблюдается условие: 2πa0 = α-1λK = 3,325·10-10 м (1/α = 137,036 – постоянная тонкой структуры – соотношение, определяющее условие волнового взаимодействия электрона и среды ДУХ, а λK = 2,426 10-12 м Комптоновская длина волны).

Электроны в атомах – это стоячие волны, которые не переносят и не испускают энергии (объяснение постулата Бора). Волна в сфере стала волной в торе с возрастанием поверхности в 1560 раз. Волновая орбита формирует магнитный поток 1,741·10-19 А·м2, который на четыре порядка больше, чем у электрона-частицы. Магнитное поле – безмассовый поток среды ДУХ формирует волновые орбиты электронов и единое магнитное поле атомов.

Формирование волновых орбит электронов в атомах

Волновые орбиты электронов в атомах формируются по единым правилам последовательно и соответствуют периодам элементов в таблице Менделеева. Электронные оболочки в каждом периоде определяют сферическую поверхность расположения волновых орбит, каждая из которых занимает оптимальное положение для компенсации заряда ядра. Каждый период начинается с появления в атоме одного электрона в экваториальной плоскости следующего «слоя» орбит – s1, s2, s3 и т.д. Относительно слабо связанный электрон определяет свойства первой группы элементов: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Размер орбит, при котором существует передача импульса электрона mec среде ДУХ – h определяется постоянной тонкой структуры 1/α и «комптоновской» длиной волны λK. Условие существования волновых орбит – образование стоячих волн, которое возможно при отражении и взаимном сложении волн, полуволн, и четверти волн. Размеры орбит определяют размер атома, и длины окружности орбит у атомов первой группы элементов, рассчитанные по известным значениям их радиуса [13], соответствуют условиям стоячих волн с погрешностью менее 2 %: 1H – 1(λК /α) = 0,3325 нм, 2He – 2(λК /α), 3Li – 3(λК /α), 11Na – 3,5(λК/α), 19K – 4,5(λК /α), 37Rb – 4,75(λК /α), 55Cs –5(λК /α) (табл. 1).

Таблица 1

Размеры волновых орбит, определяющие размеры атомов

Пе-ри-

од

Элемент, теоретические. орбиты

Параметры волновой орбиты

Длина волновой

орбиты, нм

Радиус волновой

орбиты, нм

Радиус атома,

нм [13]

Откло-

нение,

нм

I

1H– 1s1

1 (λК /α)

0,3325

0,0529

0,053

0,000

2He- 1s2

2 (λК /α)

0,665

0,106

0,105

0,001

II

3Li – 2s1

3 (λК /α)

0,998

0,159

0,157

0,002

4Ве – 2s2

2,25 (λК /α)

0,748

0,119

0,113

0,006

10Ne- 2s2p6

3 (λК /α)

0,998

0,159

0,160

0,001

III

11Na– 3s1

3,5 (λК/α)

1,164

0,185

0,186

0,001

12 Mg- 3s2

3,0 (λК/α)

0,998

0,159

0,160

0,001

18Ar- 3s2p6

3,75 (λК /α)

1,247

0,198

0,192

0,006

IV

19K – 4s1

4,5 (λК /α)

1,496

0,238

0,236

0,002

20Ca – 4s2

3,75 (λК /α)

1,247

0,198

0,197

0,001

36Kr- 4s2d10p6

3,75 (λК /α)

1,247

0,198

0,198

0,000

V

37Rb- 5s1

4,75 (λК /α)

1,579

0,251

0,248

0,003

38Sr- 5s2

4,00 (λК /α)

1,33

0,212

0,215

0,003

54Xe- 5s2d10p6

4,00 (λК /α)

1,33

0,212

0,218

0,006

VI

55Cs– 6s1

5 (λК /α)

1,663

0,265

0,262

0,003

56Ba– 6s2

4,25 (λК /α)

1,413

0,225

0,215

0,010

86Rn 6s2f14d10p6

4,25 (λК /α)

1,413

0,225

0,223

0,002

VII

87Fr– 7s1

5,25 (λК /α)

1,746

0,278

0,285

0,007

88Ra- 7s2

4,5 (λК /α)

1,496

0,238

0,241

0,003

     

Среднее отклонение

0,0030 = 1,6 %

Также закономерно формирование двухэлектронных орбит s2. Две волны с противоположно направленными спинами создают в торообразной структуре абсолютно устойчивую «стоячую» волну. Усиливается связь с ядром, уменьшается размер атома. Радиус орбиты s2 меньше, чем s1, в среднем по периодам на 40 нм. Это сокращение орбиты на 0, 755 (λК /α) ≈ 3/4(λК /α) соответствует сложению двух волн с разными спинами. Результаты расчёта волновых орбит во всех периодах с высокой точностью соответствуют известным размерам атомов (табл. 1).

Орбиты со «спаренными» электронами – энергетически выгодная структура – основа формирования всех оболочек атомов. Они формируются сразу после одноэлектронных орбит в следующем по заряду ядра атоме. Такая последовательность соответствует изменению свойств атомов и модели альфа-структуры ядер [11], в соответствии с которой каждый следующий атом формируется последовательным прибавлением в ядре блока n-p-n и альфа-частицы. Эта модель опровергает правило Гунта [12], но служит подтверждением гениальной догадки В.И. Вернадского: «Закономерная бренность химических элементов, их генетическая связь, происхождение одного от другого выявляются только при изучении их как атомов… Для каждого рода атомов есть своя неизменная череда… Беря историю любого атома в космическое время, мы видим, что он через определённые промежутки времени, сразу, одинаковыми скачками переходит в другой атом, другой химический элемент» [1].

Подоболочки p, d, f в атомах также формируются с образованием стоячих волн на орбитах. Орбиты для компенсации заряда ядра в каждом последующем элементе таблицы Менделеева должны соответствовать появлению протонов в поверхностных слоях ядер. Эти орбиты располагаются в плоскостях, параллельных экваториальной, «выше» и «ниже» её, имеют меньший радиус и уменьшают размер атома. На близких к ядру орбитах атомов в III периоде (до 18Ar) формируются 3 орбиты р: «выше», «ниже», а затем и в экваториальной плоскости. В IV и V периодах до 36Kr и 54Xe формируются параллельно экваториальной орбите s2, «выше» и «ниже» её 5 двухэлектронных d-орбит, после них – орбиты p. В VI и VII периодах – формируются 7 двухэлектронных f-орбит, а затем d и p. Схема появления волновых орбит во II и III периодах: s1-s2-p1-p1-p2-p2-p1-p2 (верхний и нижний индексы соответствуют орбитам «выше» и «ниже» экваториальной) представлена в табл. 2.

Таблица 2

Размеры атомов и формирование волновых орбит в I – IV периодах

Эле-

мент

Ради-

ус, нм [13]

Последовательность

формирования орбит в атомах

Эле-

мент

Ради-

ус, нм [13]

Последовательность формирования орбит в IV оболочке

I период

IV период

Н

1

0,053

1s1

К

19

0,236

4s1

Не

2

0,105

1s2

Са

20

0,197

4s2

II период

Sc

21

0,162

4d1s2

Li

3

0,157

1s2/ 2s1

Ti

22

0,146

4d1d1s2

Ве

4

0,113

1s2/ 2s2

V

23

0,131

4d2d1s2

В

5

0,097

1s2/ 2(p1s2)

Cr

24

0,127

4d2d2s2

С

6

0,077

1s2/ 2(p1p1s2)

Mn

25

0,130

4d2d2dВ1s2

N

7

0,071

1s2/ 2(p2 р1s2)

Fe

26

0,126

4d2d2dВ1dН1s2

О

8

0,074

1s2/ 2(p2р2s2)

Co

27

0,125

4d2d2dВ2 dН1s2

F

9

0,072

1s2/ 2(p2р2р1s2)

Ni

28

0,124

4d2d2dВ2dН2s2

Ne

10

0,160

1s2/ 2(p2р2 р2s2) =1s2/2p6s2

Cu

29

0,128

4d2d2dВ2dН2d2s1

III период

Zn

30

0,137

4d2d2dВ2dН2d2s2

Na

11

0,186

1s2/2p6s2/ 3s1

Ga

31

0,139

4d2d2dВ2dН2d2p1s2

Mg

12

0,160

1s2/2p6s2/ 3s2

Ge

32

0,139

4d2d2dВ2dН2d2p1p1s2

Al

13

0,144

1s2/2p6s2/ 3(p1s2)

As

33

0,148

4d2d2dВ2dН2d2p2p1s2

Si

14

0,133

1s2/2p6s2/ 3(p1p1s2)

Se

34

0,160

4d2d2dВ2dН2d2p2p2s2

Р

15

0,130

1s2/2p6s2/ 3(p2 р1s2)

Br

35

0,179

4d2d2dВ2dН2d2p2p2p1s2

S

16

0,104

1s2/2p6s2/ 3(p2р2s2)

Kr

36

0,198

4d2d2dВ2dН2d2p2p2p2s2

Cl

17

0,099

1s2/2p6s2/ 3(p2р2р1s2)

       

Ar

18

0,192

1s2/2p6s2/ 3(p2р2 р2s2)

       

Такой же порядок заполнения волновых орбит, объясняющий размеры атомов, предполагается и в следующих периодах. В VI и VII периодах: после s2 последовательно заполняются 7 волновых орбит подоболочек 6f и 7f , затем 5 орбит подоболочек d, затем орбиты p. В VII периоде – только радиоактивные элементы. Формирование подоболочки f завершается у No102. Размер атома достиг предела возможности удержания ядром электронов, и подоболочка d уже не может сформироваться. Периоды полураспада у следующих «элементов» – секунды.

Размещение в пространстве орбит определяется их взаимодействием с зарядом ядра и ближайшими электронными орбитами. Анализ показывает, что появление орбиты s2 после s1 приводит к уменьшению размеров атомов в среднем на 0,038 нм, а появление одноэлектронных орбит р1 и р1 во II и III периодах каждая уменьшает размер атома на 0,016 нм. Два электрона р-орбит на сфере сравнимы по силе с одним электроном s-орбиты. Это позволяет предположить, что р-орбиты расположены на угловой координате 45о от экваториальной плоскости.

В атомах IV и V периодов появление у 21Sc и 39Y одноэлектронной орбиты d приводит к уменьшению размера атомов по сравнению с 20Ca и 38Sr на 35 нм и 34 нм, а появление у 22Ti и 40Z двухэлектронной орбиты ещё на 16 нм и 21 нм. Такое усиление взаимодействия с ядром и уменьшение орбит возможно при их появлении ближе к экваториальной плоскости, чем последующие р-орбиты – на угловой координате 30о от экваториальной плоскости. Последующие электронные орбиты d мало изменяют размер ядра и должны располагаться «выше» и «ниже» от экваториальной плоскости под углом 60о. Расположение p-орбит на 45о и d-орбит на 30о и 60о симметрично от экваториальной, надёжно подтверждается расчётом квантованности их длины по параметру (λК/α). На рис. 1 и 2 приведены примеры расчётных схем структуры атомов серы и железа (III и IV периоды).

Роль магнетизма в формировании атомов

Электронные орбиты в атомах формируются как единое электромагнитное поле атома. Это многооболочечное поле надёжно экранирует заряд ядра, обеспечивает существование атомов в химических соединениях. Хотя связь одного электрона на один протон в ядре на дальних от него орбитах ослаблена, но зато волновое движение в электронных орбитах создаёт в среде ДУХ движение вихрей – магнитный поток. Магнетизм объясняет тенденцию уменьшения размеров атомов во всех периодах. Например, радиус атомов лантаноидов (VI период 57La÷71Lu) 0,187÷0,175 нм меньше, чем у 20Са в IV периоде 0,197 нм, а радиус атома 78Pt в VI периоде 0,139 нм меньше, чем 3Li во II периоде 0,157 нм [13]. Магнетизм объясняет существование атомов тяжёлых ядер, в которых электрические силы притяжения ослаблены расстоянием и экранировкой электронами.

Значительное внешнее магнитное поле характерно для 3 элементов в IV периоде и 6 элементов в VI периоде. В табл.2 и рис 2 видно, что магнетизм у 26Fe (магнитный момент 2,216 μВ) «вдруг» проявился после построения двух одинаковых волновых орбит dВ1 и dН1, значительно удалённых от экваториальной плоскости (60о). У следующих элементов 27Co и 28Ni (1,715 μВ и 0,616 μВ) достраиваются оболочки dВ2 и dН2. Эти орбиты – аналог кольцевых токовых, формирующих магнитный поток атома. Расчёт длины волновых орбит подтверждает, что у этих элементов Природой создан «соленоид» из 5 орбит 4dB2dH2 -2p2р2 -1s2. У меди появление орбиты 4d2 с отрывом электрона с s2 приводит к нарушению такой структуры.

Магнетизм среди лантаноидов обусловлен построением у 6 элементов «соленоидов» из орбит f. Он появляется у 64Gd (7,63 μВ) при построении на дальних от экватора орбит fВ2 fН2 . У следующих элементов 65Tb, 66Dy, 67Ho, 68 Er достраиваются ещё более удалённые орбиты fВВ2 fНН2 и возрастает магнетизм (9,34; 10,33; 10,34; 9,1) μВ. У 69Tm с появлением экваториальной орбиты f1 магнетизм снижается (7,14μВ), а у 70Yb (орбита f2)– отсутствует.

polak1.tif

Рис. 1. Структурная схема атома серы

polak2.tif

Рис. 2. Структурная схема атома железа

Заключение

Орбитально волновая модель атомов основана на взаимодействии материальных частиц с универсальной онтологической средой ДУХ и универсальных постоянных – характеристиках этой среды. Она объясняет физический смысл этих констант, позволяет закономерно представить расположение всех электронных орбит в атомах в соответствие с периодами и группами в таблице Менделеева, объясняет изменение их размеров, всех физических и химических свойств (магнетизм, спектры атомов, валентность, стабильность…). Это служит надёжным подтверждением соответствия Природе представленной модели атомов.


Библиографическая ссылка

Поляков В.И. СТРУКТУРЫ АТОМОВ – ОРБИТАЛЬНО ВОЛНОВАЯ МОДЕЛЬ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 3. – С. 108-113;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33266 (дата обращения: 25.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074