Очевидные противоречия электронной теории.
Чтобы электроны не упали на протоны в ядрах атомов, придумали теорию движения электронов вокруг ядра. Надо электронам так вращаться (объяснения причин нет), чтобы ненароком не упасть на протон!
Другого объяснения причин преодоления сил взаимного притяжения между разнополярными электрическими зарядами электрона и протона в теоретической физике пока не нашлось.
Предлагаю объяснение.
Теория свободных электронов — электронов тока в проводниках первого рода невежественна по определению.
В самом деле, электроны проводимости в проводниках (металлах) по какой-то причине сошли с орбит атомов и, не падают при этом на ядра атомов, почему?
Все свыклись с примитивной теорией и не пытаются объяснить причины существования свободных электронов в проводниках?
Электроны не подвижны в атомах! Доказательства представлены в статье (см. ссылку).
Электроны не вращаются по гипотетическим орбитам, неподвижны, зависают на некотором расстоянии от протонов в атомах.
Какие силы удерживают электроны в неподвижном состоянии и на заряженных телах?
Отрицательно заряженным становится тело, если оно приобрело по какой-то причине лишние электроны. Например, на поверхности заряженного медного шара какими-то силами удерживаются лишние электроны.
Свои электроны атомов меди связаны силами взаимного притяжения с протонами, для чужих — лишних электронов нет положительных зарядов в ядрах атомов.
За что "держатся" электроны на заряженных телах?
Очевидно, что кроме кулоновских зарядов в электроне и в протонах ядер атомов существуют какие-то другие электрические силы (не кулоновского происхождения), способные устанавливать силовые связи с лишними электронами.
Лишние электроны (кулоновское электричество) зависли над поверхностью медного шара, в нашем примере и достаточно стабильно удерживаются.
Спины атомов на поверхности заряженного тела взаимодействуют с спинами лишних электронов. Спины это двухполюсные электрические заряды — "батарейки" в структуре элементарных частиц. http://images.yandex.ru/yandsearch?text . source=wiz
Полностью о спиновой природе происхождения дипольных электрических зарядов, известных по теории Ван-дер-Вальсавых сил читайте в книге "Новая фундаментальная физика" на моём сайте и здесь http://2012over.ru/novaja-fundamentalna . ast-2.html
Пластины Иогансона (прилипание ложек и др. к телу человека) притягиваются силами двухполюсных электрических зарядов спинов (Ван-дер-Вальсавы силы) атомов у поверхности пластин.
Двухполюсные Ван-дер-Вальсавы заряды имеют не все атомы (молекулы) тел. Ван-дер-Вальсавы двухполюсные заряды — это остатки не задействованных двухполюсных зарядов спинов протонов в атомах веществ. Такие "остатки" двухполюсных зарядов имеют не все вещества.
Революционная физика, предлагаемая мною разрушает примитивную электронную теорию и теорию молекулярных связей.
Спектр атома водорода и других атомов рождает структура гравитационного поля частиц, атомов, веществ. Доказательство. Спектр атома водорода не меняется в положительном ионе водорода (без электрона).
Постоянная 1/137 Зоммерфельда рассчитана с учётом несуществующего орбитального движения электрона для атома водорода.
Зоммерфельд принял теорию Бора за истинную, поэтому спектр гравитационного поля протона (водорода) принял за волны де Бройля, якобы оставляемые движением электрона.
Правила общежития электронов внутри атома
В прошлом посте были упомянуты энергетические уровни атома, на которых находятся его электроны. Чем ближе к ядру, тем меньше энергия электрона. Если электрон «возбудить» (например, скормить ему фотон определённой частоты), то электрон сможет подскочить на один из более высоких уровней). В физике данные уровни нумеруют по порядку, начиная с ближайшего уровня к ядру, и называют эти числа главным квантовом числом, с обозначением n. По нему мы можем судить о том, какой энергией обладает электрон.
Так же было упомянуто уравнение Шрёдингера. В классической механике мы используем Второй закон Ньютона (F = ma) для того, чтобы предсказать изменение физической системы со временем при известных начальных условиях. Если решить данное уравнение, можно получить новое положение и импульс системы, как функцию внешней силы F, действующей на систему.
Данных двух параметров (положение и импульс) достаточно для того, чтобы описать состояние системы в любой момент имени. В мире квантовых систем (атомов, молекул, субатомных частицах и т. д.), в силу действия принципа неопределённости Гейзенберга (которого я уже касался), мы не можем знать одновременно и положение, и импульс системы. Грубо говоря, мы можем знать некоторые характеристики только «приблизительно» или «с определённой вероятностью». Поведение объекта можно описать лишь волновой функцией, которая свяжет вместе все факты о свойствах частицы, а решая уравнение Шрёдингера с этой волновой функцией можно получать распределение вероятностей той или иной характеристики.
Используя одну и ту же волновую функцию, можно построить графики всех свойств частицы. В принципе, при помощи преобразования Фурье можно выразить одно свойство через другое (положение через импульс и обратно), но это сейчас не важно.
Положение и импульс электрона нам особой пользы не приносит, так как он может быть где угодно, скорее там, где соответствующий график выпирает повыше. Но больше пользы будет от определённых, «стационарных состояний» (таких состояний, которые не изменяются во времени). Например, энергию частицы, одновременно с которой мы можем измерять так же величину и ориентацию вектора момента импульса. Момент импульса оказался важен для «орбитали» электрона.
Термин «орбиталь» остался с нами со времён планетарной модели атома. Его ассоциация с орбитой (планеты) сослужила дурную службу не одному поколению студентов. Лучше бы сейчас использовали другой термин. С другой стороны для объектов квантового мира очень сложно подбирать аналоги из того, что можно представить или пощупать. Наиболее приближённой (однако, по-прежнему неверной) аналогией будет представление электрона в виде «облака» или «атмосферы» вокруг ядра, где-то оно «плотнее», где-то «разряжённее» – в «плотных» областях вероятность обнаружить электрон выше. Причём, данное облако может принимать разные формы, в зависимости от наличия соседей и энергии. Так что электроны не летают вокруг ядра, однако они имеют как линейный импульс, так и угловой момент (момент импульса).
Так какое отношение момент импульса имеет к «орбитали»? Орбиталь лучше всего рассматривать как составную часть энергетического уровня, она показывает, какую форму могут принимать электронные «облака». Анализируя распределение вероятностей, удалось установить, что чем дальше энергетический уровень от ядра атома, тем больше на этом уровне «места» (на самом деле, степеней свободы), соответственно, тем больше электронов может такой уровень вместить. Наличие «соседей» искажают форму «облака». Я немного упрощаю, но орбиталь – это величина вектора углового момента электрона.
Чтобы описать тип орбитали на энергетическом уровне, мы используем второе орбитальное квантовое число l, которым мы будем обозначать количество возможных типов орбиталей на данном уровне (n). Впрочем, исторически сложилось так, что типы орбиталей обозначают ещё и буквами s, p, d, f. (Буквенные обозначения атомных орбиталей произошли от описания спектральных линий в атомных спектрах: s (sharp) — резкая серия в атомных спектрах, p (principal)— главная, d (diffuse) — диффузная, f (fundamental) — фундаментальная). На рисунке сверху вниз – номера уровней, слева направо – типы орбиталей, а их форма — на пересечении:
Как, надеюсь, все знают, угловой момент – это векторная величина, а вектор имеет не только скалярную величину, но и направление действия (ориентацию). Для описания орбитали мы воспользовались величиной вектора углового момента, но у нас осталось ещё и его направление. Например, на рисунке ниже можно увидеть, все возможные ориентации векторов углового момента (они образуют плоскость и 4 конуса) для орбитали l = 2 (тип d). Если мы возьмём проекции этих ориентаций на ось z, то получим кратные значения приведённой постоянной Планка: -2, -1, 0, 1, 2 – всего 5 вариантов:
Эти значения называются магнитным квантовым числом и обозначается m. Магнитным оно называется тоже исторически – в 1896 году голландский физик Питер Зееман поместил в сильное магнитное поле устройство, аналогичное водородной лампе, но наполненное парами раскаленного натрия. Обнаружилось, что в магнитном поле число линий в спектрах испускания возрастает. Спектры становятся сложными, но можно было видеть, что каждая p-линия распадается в магнитном поле на 3 новых линии, каждая d-линия — на 5, каждая f-линия — на 7 линий, а s-линии не изменяются. Поскольку орбитали атома становятся «видны» только в магнитном поле, очередное квантовое число, записывающее «адрес» орбитали в атоме, назвали магнитным квантовым числом.
Правило такое, если орбитальное квантовое число = l, то магнитные квантовые числа m могут меняться в диапазоне целых чисел от -l до l, включая 0. Визуально формы орбиталей в зависимости от трёх квантовых чисел (основного n, орбитального l и магнитного m) показаны ниже (например, конфигурация оболочка 3, орбиталь типа d, магнитный момент 1 обозначена как 3d1):
Прежде, чем идти дальше, необходимо кое-что разъяснить про то, что такое спин.
Картина, казалось бы, полная, но, как выяснилось в ходе опыта Штерна-Герлаха в 1922 году, электроны имеют собственный магнитный момент и связанный с ним момент импульса. спин. Это, наверное, самый труднопонимаемый термин квантового мира. Само слово spin означает в английском языке «быстрое вращательное движение», что в момент открытия казалось логичным – раз есть момент импульса, значит, есть вращение. Но нужно помнить – электрон не имеет размера, это точечный заряд, а безразмерная точка не может никак вращаться. Более того, если бы подобное вращение действительно имело место, а электрон имел бы размер, то для генерации подобного момента импульса, ему надо было бы вращаться быстрее скорости света. Стоит просто принять, что спин – просто ещё одно свойство частиц (как цвет у автомобиля или запах у духов), и что никакого вращения на самом деле не происходит. Просто так получилось, что у частиц есть момент импульса, будто бы они вращались.
Как и почти всё в квантовом мире, спин квантуется (имеет порции) равные полуцелым множителям приведённой постоянной Планка, так же известной, как постоянная Дирака ħ (ħ = h / 2π). Разные частицы могут иметь спин равный 0, ½ħ, 1ħ, 3/2ħ, 2ħ и т. д. Нас интересует электрон, и его спин имеет значение ½ħ либо –½ħ (иногда можно встретить, как положительный спин электрона показывают стрелкой, направленной вверх ↑, и называют «верхним электроном» а отрицательной – стрелкой вниз ↓ или «нижним электроном»).
Возьмём шар, как бы мы его не поворачивали, он при любом повороте неотличим от начального состояния. Про него можно сказать, что его спин равен 0. Возьмём теперь любой несимметричный предмет – для того, чтобы его вернуть к первоначальному виду, необходимо его повернуть на 360 градусов. Про такой объект можно сказать, что его спин равен 1. Теперь возьмём симметричное тело, например цилиндр. Если мы его повернём на 180 градусов, мы так же не сможем отличить его текущее состояние от первоначального, поскольку за полный оборот, он будет в таком состоянии дважды, его спин будет равен 2. Про спин в ½ сложнее. Такое значение по нашей логике должен иметь предмет, состояние которого вернётся к исходному за два полных оборота (720 градусов). В макро-мире тоже можно сконструировать подобные объекты (на гифке пример вращения на 2 оборота для возврата в первоначальное состояние):
Если взять ленту Мёбиуса и представить, что по ней ползет муравей, тогда, сделав один оборот (пройдя 360 градусов), муравей окажется в той же точке, но с другой стороны листа, а чтобы вернуться в точку, откуда он начал, придётся пройти все 720 градусов.
Ещё в какой-то мере аналогом половинчатого спина может служить четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. При повороте коленчатого вала на 360 градусов поршень вернётся в исходное положение (например, верхнюю мёртвую точку), но распределительный вал вращается в 2 раза медленнее и совершит полный оборот при повороте коленчатого вала на 720 градусов. То есть при повороте коленчатого вала на 2 оборота двигатель внутреннего сгорания вернётся в то же состояние. В этом случае третьим измерением будет положение распределительного вала. Так и электрону – ему надо повернуться дважды, чтобы вернуться к предыдущему состоянию.
Все квантовые частицы имеют спин. У некоторых значения спина – целое число, и такие частицы называют бозоны (фотоны, глюоны, W и Z бозоны и т. д.), а некоторые – полуцелое (электроны, нейтрино, мюоны, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны), и они называются фермионами. Ещё можно сказать, что волновые функции у бозонов симметричные, а у фермионов – асимметричные.
Спин электрона является его четвёртым и последним квантовым числом – спиновым, и обозначается s. Два электрона могут находиться на одной орбитали (имея при этом совпадающие квантовые числа n, l, m, но при этом иметь разные направления спина).
Четыре квантовых числа (главное, орбитальное, магнитное и спиновое) полностью описывают состояние частицы, это своеобразный адрес электрона внутри атома.
Мы подходим к очень важному моменту – так как больше электронов на орбиталь «впихнуть» никак не получится, и никаких два фермиона (имеющих полуцелый спин) не могут иметь одинаковый набор квантовых чисел, то есть находиться в одном и том же квантовом состоянии.
То, что мы не можем нагромождать электроны друг на друга и объясняет причину, по которой вся материя должна эксклюзивно занимать определённый объём и не пропускать через себя другие материальные объекты. Это и есть Принцип запрета Паули. В то же время, это касается только фермионов (из них сделана материя), бозоны же (свет, радиация) могут при определённых обстоятельствах проходить сквозь материю, впрочем, иногда они поглощаются. Так, если вы будете стараться сблизить два электрона в одинаковых квантовых состояниях между ними возникнет дополнительное отталкивание, которое иногда ещё называют отталкиванием Паули.
Что это значит для нас? По мере роста атомного ядра, в нём растёт количество протонов, а значит – для того, чтобы атом был нейтрален, в нём должно присутствовать такое же количество электронов. Раз электроны не могут «селиться» на одной орбитали больше определённого количества, они вынуждены занимать «этажи» повыше, т. е. иметь боле высокую энергию.
Легко посчитать, что орбиталь типа s может вместить лишь 2 электрона, на орбитали типа p можно уместить 6 электронов, в d орбитали есть место для 10 электронов, а f орбиталь вмещает 14. Теперь, думаю, многим станет очевидно, почему периодическая таблица элементов выглядит именно так:
Если внимательнее приглядеться, то можно увидеть некоторое несоответствие – например следующей орбиталью за 3p идёт не 3d, а сразу 4s, что как-то нелогично. Однако в этом мире не всё так просто. Дело в том, что энергия, необходимая для начала заполнения орбитали 4s на самом деле ниже, чем энергия, необходимая для того, чтобы начать заполнение 3d:
Конфигурация электронов в атоме почти полностью определяют его химические свойства. С определённой точки зрения можно сказать, что химия – это наука об электронах и их взаимодействии. Если фотон, наверное, самый важный бозон в нашей вселенной, то самым важным фермионом является электрон.
спасибо вам за посты. обязательно продолжайте
Кланяюсь тем людям, которые в этом разбираются и делают открытия. 👏
Спасибо. Зашел подеградировать, случайно выучил квантовую механику.
Что я обожаю в таких публикациях, так это троллинг автором своих читателей фразочками типа «легко посчитать», за которыми обычно прячутся вычисления печатным объемом больше основной статьи xD
Блин, ну почему я такая тупая?
Первый раз вижу такую геометрическую интерпретацию спина. И непонятно как это вяжется с тем, что величина спина считается sqrt(3)/2 планка, а половинка это результат измерения его проекции на какую-либо ось. Можете ссылкой какой-нибудь кинуть?
Спасибо. Зашел подеградировать, и деградирую. И завидую.
То ли начать показывать этот пост второкурсникам, когда они в лабораторных не могут с электронами разобраться?
Что-то я не понял как на гифке все вращается. Похоже, там какая-то деформация.
А чем объясняются проскоки электронов у некоторых элементов?
Нобелевка по физике за 2022й год
Лауреатами Нобелевской премии по физике 2022 года стали Ален Аспе (Alain Aspect), Джон Клаузер (John F. Clauser) и Антон Цайлингер (Anton Zeilinger) — за эксперименты с запутанными фотонами, исследование нарушений неравенств Белла и работы по квантовой информатике. И, что самое главное, они в трёх разных экспериментах всё-таки нашли нарушения неравенств Белла
Все трое исследовали запутанные состояния квантовых чисел и упорно искали нарушения неравенств Белла (предложены ещё в 60х годах прошлого века). Эти неравенства возникают при анализе парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР-парадокс). Первым нарушения обнаружил Джон Клаузер, после чего очень многие то подтверждали, то отвергали эти нарушения неравенств Белла.
Смысл в этих экспериментах один — доказать полноту квантовой физики целиком, в то время как парадокс ЭПР утверждает от неполноте квантовой теории физики и указывает, что должны быть «скрытые параметры»
Бозон Хиггса
Квантовая запутанность
Ответ на пост «Огненный тест»
Помню летом с детьми отдыхали на Красноярском водохранилище. тишина, отсутствие людей, невероятной красоты закаты. В один вечер решили встретить закат на берегу и развести костёр. Собрали плавник, получился очень большой, жаркий и яркий костёр. Чтобы не скучать, с детьми ещё и весь мусор с побережья собрали. Пластик, в основном, но и банки алюминиевые, и много разной проволоки различной толщины. Весь мусор скинули в костёр. И потом ещё долго наблюдали как провода горели, окрашивая пламя во все цвета радуги. Так малышня узнала о хим реакции «горение» и разных металлах. Благо мама химик, и я смогла им все наглядно рассказать:)
Огненный тест
процедура, используемая в химии для обнаружения определенных элементов в неком химическом соединении, основанная на анализе цвета пламени.
📹 Science Source Images
Физик Кирилл Половников о популяризации науки | Научпоп
Зачем нужна популяризация науки (Научпоп)? Об этом рассказывает Кирилл Половников, физик, кандидат физико-математических наук, стипендиат фонда «Династия».
Излучение Хокинга (ScienceClic)
Излучают ли сами черные дыры? Как определена температура черной дыры? Какие парадоксы порождает излучение Хокинга? В очередном видео от ScienceClic в моей озвучке.
Сколько бульков в рюмке самогона?
Есть бродильный чан с водяным перекрытием. В нём происходит превращение сахарного сиропа в этиловый спирт и углекислый газ с активным выделением последнего в виде «бульков».
После окончания процесса спирт перегоняется, разбавляется до 40%, после чего наливается в стопку. Вопрос — сколько бульков сделали дрожжи, чтобы получилась рюмка самогона?
Объём чана Vч = 30 л
Объём сиропа Vc = 25 литров
Высота столба воды водяного перекрытия h = 50 мм
Для начала поймём, что такое один бульк. Это такое увеличение давления свободного объёма чана, которое соответствует давлению h в миллиметрах водяного столба по отношению к атмосферному.
т.е. объём одного булька Vб= (Vч-Vc) * h/H , где H — атмосферное давление в мм в. ст. (примерно 10 метров, или 10000 мм)
Количество молекул в одном бульке — это Vб/Vm, — где Vm — молярный объём газа, равный примерно 22,5 л/моль (закон Авогадро, всё такое)
Реакция спиртового брожения выглядит как С6Н12О6=2С2Н5ОН + 2СО2, то есть на каждую молекулу углекислого газа придётся молекула спирта.
Молярная масса этанола Mэ ≈ 46 г/моль
В рюмке самогона примерно (плотность немножко округлим) m = 40% * 50 ≈ 20 г спирта.
итого количество бульков считается по формуле
n = m/Mэ * Vм/(((Vч-Vc) * h/H)) = (m*Vm*H)/(Мэ*(Vч-Vc)*h) = (20 г * 22.5 л/моль * 10000 мм ) / ( 46 г/моль * 5 л * 50 мм) = 391 ≈ 400
Ответ: в рюмке самогона около 400 бульков.
Возможности фильтров обратного осмоса
Думаю знающие люди согласятся, что на данный момент нет ничего эффективнее фильтров обратного осмоса. Просто потому, что мембрана не пропускает ничего кроме молекул воды.
Собственно помимо бытовой фильтрации можно опреснять морскую воду и выделять воду из других жидкостей.
Хороший эксперимент с перегонкой рассола.
Или усложненная схема известного многим Дани Крастера
Но вот помимо этих экспериментов не нашел ничего другого. А ведь интересно было бы профильтровать молоко или вино, посмотреть сколько воды из них можно выжать.
Как думаете, из каких жидкостей можно выжать воду фильтром обратного осмоса?
p.s. если найдете подобные эксперименты с фильтром, скидывайте в комменты.
Научная литература
Хотел бы поделиться своей библиотекой научной литературы. Большая часть книг была скачена через местную локальную сеть в середине 00-х у отца моего друга — отличного математика, программиста и просто хорошего человека. К сожалению ныне покойного. Остальное осталось со времен моей учебы в институте (2002-2007). Надеюсь, что все это кому-то будет полезным.
Знали, что светятся не только газы?
На фотографии представлены газоразрядные ампулы. Фокус в том, что газы закачаны в ампулы под низким давлением, а ампулы с веществами вообще под вакуумом! Именно такие условия позволяют им светится при наведении на них электромагнитного поля. И это явление называется газовым разрядом. Суть поста не в объяснении самого явления, про которое можно почитать в Википедии, а в демонстрации самих результатов работы. Просто полюбуйтесь на эти уникальные «спектры» элементов! Это их натуральные цвета за исключением фтора, так как фтор перемешан с азотом в целях безопасности и долговечности ампулы, так что фиолетовый оттенок это скорее всего азот! Мы вообще не были уверены, что такой фокус пройдёт с некоторыми веществами, просто никогда не видели газоразрядных трубок с серой и фосфором, но всё сработало. Поэтому существует подозрение, что можно расширить список светящихся элементов, ну хотя бы на сурьму!
Желтый хлор светится синим?!
Это не реклама Windows, а анодированный ниобий!)))
Дейтерий, что это? И почему он «светится»?
Дейтерий — это тяжелый изотоп водорода, который соответственно имеет более сложно устроенное ядро по сравнению с водородом (протием), состоящее из протона и нейтрона. Соответственно атомная масса дейтерия вдвое больше – 2,0141. Принятое обозначение – 2H1 или D. Эта изотопная форма также стабильна, так как в процессах сильного взаимодействия в ядре протон и нейтрон постоянно превращаются друг в друга, и последний не успевает претерпеть распад.
Также как и протий, дейтерий это газ, который состоит из миллиардов и миллиардов атомов. Каждый атом дейтерия имеет на орбите вокруг ядра электрон. Когда мы включаем катушку Теслы в сеть, ампулка оказывается в электромагнитном поле катушки, электроны начинают перескакивать с атома на атом, как им и положено при прохождении тока. Атомы дейтерия возбуждаются при столкновении с электронами так же, как человек, которого грубо толкнули в толпе. Электроны в атоме дейтерия не склонны к бродяжничеству, поэтому после возбуждения атом успокаивается и электрон возвращается на свое место. В результате атом испускает фотон света. Энергия этих фотонов лежит в розовато-красной части спектра видимого света, поэтому мы и наблюдаем такой цвет свечения дейтерия!
Кстати, во время свечения это уже не газ, а так называемая холодная плазма, четвёртое агрегатное состояние. Плазма характеризуется частичным или полным срывом электронов с их атомных орбит, при этом сами свободные электроны остаются внутри вещества. Таким образом, плазма, будучи ионизированной, в целом остаётся электрически нейтральной, поскольку число положительных и отрицательных зарядов в ней остаётся равным. Для ионизации дейтерия нам приходится использовать довольно мощную катушку Теслы, так как дейтерий довольно слабо ионизируется, например, по сравнению с неоном и даже протием.
На Земле водород содержит от 0,011% до 0,016% дейтерия. Концентрация его различна в зависимости от среды: в морской воде этого изотопа больше, а в составе, например, природного газа – существенно меньше.
Вода, в молекулах которой, дейтерий полностью заменяет лёгкий водород, называется тяжелой водой D2O. Такая вода характеризуется замедленным течением химических реакций, вследствие чего в больших концентрациях она вредна для живых организмов, особенно высших, таких как млекопитающие и в том числе человек. Если в составе воды четверть водорода замещена дейтерием, длительное употребление ее чревато развитием бесплодия, анемии и других заболеваний. При замещении 50% водорода млекопитающие погибают через неделю употребления такой воды. Что касается кратковременных повышений концентрации тяжелого водорода в воде, она практически безвредна.
Содержание дейтерия в природной воде в 1,03 раза больше, чем в паре (это коэффициент разделения для данной смеси). Поэтому если после кипячения не всю воду выливать, а подливать к остатку природной воды и снова кипятить, то в воде чайника постепенно будет происходить накопление тяжелой воды. Однако очень медленное, поэтому даже при большом количестве повторений этого процесса содержание тяжелой воды не станет опасным для здоровья, вопреки предположению В. В. Похлебкина в книге «Чай. Его типы, свойства, употребление», вышедшей в 1968 году. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1⋅10 в 30 степени тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли.
Строение атома: почему электрон не падает на ядро?
Ну, во-первых, электрон на ядро падает. И это доказано. А во-вторых, не все так просто и электрон это вовсе не шарик, который может упасть. Это облачко, которое вокруг ядра равномерно размазано. Как и куда это облачко упадет если атом это электронейтральная конструкция в которой силы отталкивания равны силам притяжения. Тем более, что в этом состоянии атом ничего не излучает, то есть не квантует. Другое дело если в ядре, по каким-либо причинам, наблюдается недостаток энергии. Тогда, для восполнения баланса соседние электроны. упадут на ядро. И тишина. А если в ядре наблюдается избыток энергии, то оттуда лишние электроны будут изгнаны. И опять тишина.
Электрон подчиняется другим законам, чем тела небесной механики. Он не вращается вокруг ядра по определенной траектории, а просто находится в атоме. Иногда он оказывается внутри ядра и даже вступает во взаимодействие с составляющими его частицами, если это энергетически выгодно атому (К-захват).
пусть электрон движется со скоростью V по орбите радиуса R.тк на электрон будут действовать кулоновские силы, то следовательно по 2му закону Ньютона: (mV^2)/R=(ke^2)/R^2; k=1/(4ПЕ (0))
при рассмотрении неопределенностей Гейзенберга: неопределенность координаты примем равной радиусу орбиты, а неопределеность импульса не будет превышать самого импульса, равного mV.сотношение неопределенностей будет равно RmV>=h/2
обьединяя 2 выражения получим выражение для радиуса R>=(ПE(0)h^2)/me^2
следовательно радиус орбиты электрона не может превышать данного значения, следовательно электрон не может упасть на ядро
Этому препятствуют законы квантовой механики (электрон — квантовая частица).
Честно говоря, на это вопрос не смог ответить ни один мой знакомый физик. Для себя это объяснил так: электрон достигает своей «первой космической» и вертится на орбите подобно спутникам у земли.
В квантовой механике не силен.
Вначале надо бы орбиту электрона определить. То что показано на фото-рисунках — это конусы. Если математически орбита коническая, то электрон — это вихрь, который устойчив в своей динамике.
Состояние электронов в атомах Почему электрон не падает на ядро? Квантовая теория подразумевает, что энергия электрона может принимать только определенные. — презентация
Презентация на тему: » Состояние электронов в атомах Почему электрон не падает на ядро? Квантовая теория подразумевает, что энергия электрона может принимать только определенные.» — Транскрипт:
1 Состояние электронов в атомах Почему электрон не падает на ядро? Квантовая теория подразумевает, что энергия электрона может принимать только определенные значения, т.е. квантуется. Энергия электрона, форма электронного облака и другие параметры описывают состояние электрона в атоме. Состояние электрона характеризуется совокупностью чисел, называемых квантовыми числами. Главное квантовое число n служит для отнесения состояния электрона к тому или иному энергетическому уровню, под которым понимается набор орбиталей с близкими значениями энергии. Главное квантовое число может принимать любое значение из области натуральных чисел, т.е.n=1, 2, 3. ОРБИТАЛИ — место расположения ОРБИТАЛИ — место расположения электрона в атоме.
2 Орбитальное квантовое число Энергетический уровень включает в себя несколько орбиталей. Орбитали с одинаковой энергией, принадлежащие одному энергетическому уровню, образуют энергетический подуровень. Отнесение орбитали к какому-либо подуровню производится при помощи побочного (орбитального) квантового числа l. Орбитальное квантовое число показывает, какому подуровню данного энергетического уровня соответствует характер движения рассматриваемого электрона. Очень часто состояния электрона обозначают латинскими буквами, при этом состояние с l=0 называют s-орбиталью, l=1 р-орбиталью, l=2 d-орбиталью l=3 f-орбиталью, l=4 g- орбиталью и т.д. Электронные облака орбиталей с разными значениями l имеют разную конфигурацию, а с одинаковыми l похожую.
6 Магнитное квантовое число Для того, чтобы различать электроны, занимающие одинаковые по энергии орбитали, введено магнитное квантовое число ml. Его квантово-механический смысл в том, что ml выражает проекцию орбитального момента импульса на направление магнитного поля. Именно магнитное квантовое число отражает пространственную ориентацию орбиталей с одинаковым числом l.
7 Спиновое квантовое число Спин электрона есть собственный момент количества движения. Хотя интерпретация этого свойства сложна, его можно уподобить вращению электрона вокруг своей воображаемой оси.
8 Согласно принципу наименьшей энергии, сначала заполняется энергетический уровень с n=1, затем, после заполнения первого уровня, с n=2 и т.д. Всего на первом уровне (n=1) может находиться только два электрона, на втором (n=2) восемь, на третьем (n = 3) восемнадцать, т.е. на уровне с номером n может находиться не более 2n электронов. Это следует из другого правила, которое выполняется при построении электронной оболочки атома и называется принципом Паули: в атоме не может быть электронов, у которых бы совпадал весь набор из четырех квантовых чисел. 2
12 1s21s2 +3 Li) ) 2 1 2s 1
13 1s21s2 +4 Be) ) 2 2 2s 2
14 1s21s2 +5 B) ) 2 3 2s 2 2р12р1
15 +6 С) ) 2 4 2s 2 2р22р2 1s21s2 1s21s2 У доски продолжить схемы до окончания II периода. Внешний уровень у неона будет завершён. Нарисовать схемы для атомов III периода, согласно повторяемости(периодичности строения внешнего уровня, т.е. у Na строение 3 уровня будет как у Li, у Mg как у Be и т.д.
16 1s21s2 +19 К) ) ) s 2 2р62р6 3s23s2 4s14s1 3р 6 )
17 +3 Li) ) 2 1 2s 1 … +19 К) ) ) Na) ) ) ) … … 3s 1 4s 1 Суть периодичности – повторяемость строения внешнего уровня Элементы, у которых заполняется S – подуровень называются s –элементами и т.д.
18 1s21s2 +20 Ca) ) ) s 2 2р62р6 3s23s2 4s24s2 3р 6 )
19 +21 Sc) ) ) ) … 3s23s2 3р 6 4s24s2 3d 1 Сам. Ti, V
20 +24 Cr) ) ) ) … 3s23s2 3р 6 3d 5 В атоме Cr происходит «провал» электрона. Конфигурация и 3d 5 3d 10 более энергетически устойчива. 4s 1 ВНИМАНИЕ. Число неспаренных электронов у хрома совпадает с его группы, значит высшая степень окисления + 6
21 +25 Mn) ) ) ) … 3s23s2 3р 6 3d 5 так конфигурация 3d 5 более энергетически устойчива. 4s 2 Число неспаренных электронов у Mn 5, но высшая степень окисления + 7( гр.), так в возб. состоянии один 4s электрон станет 4р.Это возможно в пределах одного уровня. САМ. Fe,Co,Ni (триада 8 группы)
22 +24 Cu) ) ) ) … 3s23s2 3р 6 3d 10 В атоме Cu также происходит «провал» электрона. Конфигурация 3d 10 более энергетически устойчива. 4s 1 ВНИМАНИЕ. У Zn … 4s 2 А далее расположены р-элементы от Ga до Kr
23 У элементов V периода идёт заполнение подуровней в следующем порядке: 5s 4d 5p и тоже есть исключения — «провалы» электронов (см. табл. Менделеева в учебнике).
24 В VI и VII периодах появляются f –элементы на 3-ем снаружи уровне. 4f- элементы – лантаноиды 5f- элементы – актиноиды Так, Cs и Ba — 6s – элементы; La 5d-элемент Ce — Lu – 4 f- элементы Здесь также встречаются «провалы», связанные с эн.устойчивостью Наполовину и полностью заполненных f- подуровней.
25 Ряд последовательного заполнения электронами орбиталей атомов
26 Шкала энергии Каждый электрон в атоме занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его прочной связи с ядром, принцип наименьшей энергии. С ростом порядкового номера элемента электроны заполняют орбитали и уровни в порядке возрастания их энергии, а подуровни в последовательности s-p-d-f. Последовательность возрастания энергии называется шкалой энергии.