Ufafanuzi na uelewa sio kitu kimoja. Dilthe walithibitisha hili mara moja na kwa wote.
S. Kurginyan
Mechanics ya quantum kulingana na nadharia ya uhusiano na kemia ya kimwili, kulingana na mechanics ya quantum, "ilifafanua" atomi kwa "kupaka" elektroni katika "mawingu ya obiti." Kuna postulates, sheria za idadi, lakini hakuna maelezo sheria za asili"Kwa nini hii ni hivyo" na, zaidi ya hayo, kuna ukosefu kamili wa ufahamu wa sheria za mwendo wa elektroni katika atomi. Kitendawili ni kwamba hata kuonekana kwa atomi ya hidrojeni kunapingana na sheria mwingiliano wa umeme mashtaka. Elektroni lazima ivutiwe na nguvu za mwingiliano katika utupu au utupu wa mwili kwa protoni, kwa hivyo lazima "iangukie" juu yake na malipo lazima "yatoke". Kwa nini elektroni "haipunguki", lakini badala yake huanza kuzunguka protoni na kuunda atomi ya hidrojeni? Wacha tujaribu kuondoa nebula ya mawingu ya "orbitals" na tupate karibu kuelewa ni nini kinachoweza kuzingatiwa kama mzunguko wa chembe ya msingi, ni aina gani na eneo la obiti ni, na muhimu zaidi, kuelewa. kanuni za kimwili kuzijaza na elektroni katika atomi.
Kulingana na jumla ya sheria za Asili, kukataa uhusiano na kutokuwa na uhakika wa ulimwengu mdogo, tutakubali "vidokezo" vya Jua:
.Ø kuwepo kwa njia fulani za elektroni;
.Ø mizunguko lazima ikadiriwe;
.Ø mizunguko yote ni ya duara au yenye msisitizo kidogo;
.Ø obiti ziko hasa katika ndege moja - katika ndege ya ikweta ya kiini.
Vipengele sawa vya malezi ya muundo wa atomiki hufuata moja kwa moja kutoka kwa sheria za umeme na mwingiliano wa sumaku kiini na elektroni katika mazingira ya ROHO.
Nucleus ya atomi lazima ivutie elektroni yenyewe kwa nguvu ya mwingiliano wa umeme. Vikosi vya umeme, kama tulivyogundua (tazama 4.2), imedhamiriwa na mwendo wa mzunguko wa kati ya SPIRIT, "iliyokamatwa" na mzunguko wa nyenzo - elektroni. Katika mazingira ya ROHO, sheria ya uhifadhi wa kasi hufanya kazi: harakati ya jambo hutoa harakati ya mazingira na kinyume chake. Kwa hivyo, kasi ya juu zaidi ya harakati ya kati ya SPIRIT inayoingiliana na mwashi inapaswa kujidhihirisha katika ndege yake ya ikweta. Pia tuligundua kuwa malipo ya kitengo cha protoni na spin yake imedhamiriwa na "positron" ya kati katika muon ya kati, na malipo yaliyobaki na spins ya muon na pi-mesons hulipwa. Katika viini vya atomi, mashtaka ya protoni yanafupishwa, ambayo ipasavyo husababisha kuongezeka kwa nguvu ya uwanja wa umeme - nguvu ya mvuto wa elektroni. Nguvu kubwa zaidi mvuto wa elektroni na protoni na viini vya vipengele lazima vifanye kazi katika ndege yao ya ikweta, ndege. athari kubwa zaidi mwendo wa vortex wa kati SPIRIT. Hii inaelezea kwa nini kujaza ganda katika tabaka zote n huanza na mizunguko ya mviringo: 1, 2, 3 sek na kadhalika.
Mizunguko imedhamiriwa uwanja wa umeme viini, na kwa hiyo lazima lazima iwe mviringo, ikweta.
Lakini kwa nini obiti zipo? Kwa nini protoni, inapokutana na elektroni, haivutii, na kwa nini elektroni, wakati wa kusonga kwenye uwanja wa umeme, haifikii protoni yenye chaji au kiini kilicho na protoni nyingi? Kwa nini elektroni huacha kuvutiwa na kubaki kwenye obiti ya Bohr? Kitendawili hiki - ushahidi wa kutowezekana kwa malezi ya atomi ya hidrojeni - imenyamazishwa katika fizikia.
Kulingana na sheria za umemetuamo, kutokuwepo kwa mvuto kati ya chaji chanya na hasi kwa kukosekana kwa kati ( utupu wa kimwili) au kwa kutokuwepo kwa upinzani wake ("ether") inawezekana tu kwa kutokuwepo kwa malipo kwenye moja ya chembe au mabadiliko yake kwa kinyume chake. Fizikia, ambayo haijui malipo ni nini, haiwezi kuruhusu mabadiliko ya malipo, na kwa hiyo huangaza juu ya tatizo. Katika mazingira ya ROHO hakuna tatizo kama hilo (tazama 3.2).
Hebu tuchunguze tabia ya elektroni wakati wa kuundwa kwa atomi ya hidrojeni, kwa kutumia mfano mzuri wa I. Dmitriev wa elektroni kama mzunguko wa kiasi cha spherical. Malipo ni mwelekeo fulani wa mzunguko: kulia au kushoto. Inakaribia protoni, elektroni hujikuta katika eneo la mwendo wa vortex wenye nguvu wa kati ya SPIRIT, ambayo inawakilishwa na mzunguko wa vortex kwa kasi ya mwanga. Elektroni kwenye uwanja wa umeme malipo chanya lazima kuongeza kasi. Lakini mwendo wa pointi za uso wa elektroni kuhusiana na kati tayari inafanana na kasi ya mwanga na kwa hiyo haiwezi kuharakisha. Vipengele vya umeme na magnetic vya mazingira ya SPIRIT "haitaruhusu" hii. Inakaribia kiini, elektroni hujikuta katika mwendo wa vortex wa kati, unaosababishwa na malipo ya kiini. Katika ch. Mchoro 4.4 unaonyesha kwamba ukubwa wa vortices katika kati ya SPIRIT ni mara nyingi zaidi kuliko ukubwa wa vortices "iliyokamatwa" na elektroni (Compton wavelength). Kwa hiyo, kwa elektroni athari zao zitakuwa za machafuko. Pamoja na harakati kama hiyo katika mtiririko wa kati ya ROHO kutoka kwa kiini, elektroni, ambayo, kulingana na nadharia yetu, ndio chembe pekee ya msingi (tazama 3.2), inaweza, wakati wa kuzunguka, kugeuka kuwa "elektroni" au "positron" kuhusiana na kiini. Chembe hiyo inakabiliwa na nguvu za kuvutia au za kuchukiza ambazo huitenganisha. Hali kuu ya kuwepo kwa chembe - uhusiano usio na utata kati ya kiasi chake na uso, unaotambuliwa na thamani ya mara kwa mara ya Planck - inakiukwa.
Kama pekee inayowezekana maelezo ya kimwili uwezekano wa kuundwa kwa atomi, mtu anapaswa kukubali chaguo kulingana na ambayo elektroni, kama wimbi lililofungwa katika nyanja, wakati uso umeharibika chini ya ushawishi wa mwendo wa vortex wa kati ya SPIRIT, inaweza kuunda wimbi lililofungwa ndani. torasi. Hii inawezeshwa na wakati wa sumaku elektroni, ambayo ni mara 658.21 ya wakati wa sumaku wa protoni. Mchakato wa mwingiliano kati ya "wingu" la mazingira ya ROHO karibu na elektroni na "wingu" karibu na protoni inaweza kuwakilishwa kama utawala. shamba la sumaku elektroni, ambayo inachukuliwa kuwa harakati iliyoelekezwa ya kati ya ROHO juu ya uwanja wa sumaku wa protoni. Harakati ya mzunguko vortices katika mazingira ROHO kawaida hugeuka kuwa mwendo wa mbele. Harakati hii ya kati ya SPIRIT "hubeba" elektroni kando ya mzunguko wa mviringo karibu na protoni na "kuipaka" kwenye obiti. Nguvu za mwingiliano wa sumaku kwa umbali fulani kutoka kwa kiini, kinachoitwa obiti ya Bohr, hushinda nguvu ya umeme ya kivutio. Kama fomula zilizo hapa chini zinavyoonyesha, sifa za njia ya SPIRIT katika obiti ya Bohr kwenye atomi ya hidrojeni zinahusiana kipekee na sifa za elektroni, ambayo inaweza kuwakilishwa juu yake kama torasi ya wimbi ("kifungu cha elektroni"), kuhifadhi misa na. sifa za umeme elektroni.
Sheria za kimwili za mwingiliano wa umeme huzuia uundaji wa atomi. Nadharia tu kuhusu pekee chembe ya msingi"Mason = elektroni + positron" na mabadiliko ya chembe katika obiti ya atomi katika torasi ya wimbi ("bundle elektroni") inaweza kueleza kuzaliwa kwa atomi.
Wazo la mwashi wa elektroni kama harakati iliyopangwa ya mazingira ya ROHO na mwingiliano wake na mazingira ya ROHO hubadilisha kitendawili cha uwili kuwa jambo la asili linalotokea kwenye uwanja wa sumakuumeme wa kiini.
Katika dhana za kawaida za kimwili, elektroni "huzunguka" karibu na kiini kwa kasi ya zaidi ya 2000 km / s katika obiti 3.3 · 10 -10 m kwa muda mrefu harakati hiyo, pamoja na orbitals ya uwezekano wa kinadharia, haiwezi kuendana na hali halisi katika Asili. Wazo la kubadilisha mwashi kuwa torasi ya wimbi husuluhisha mizozo ya mwili na inaelezea ni lini na kwa nini chembe ya elektroni inabadilika kuwa wimbi la elektroni.
Dhana kuu ya kazi hii juu ya umoja wa "ROHO + jambo" inaongoza kwa hitimisho kwamba elektroni ya bure haipaswi kuzingatiwa kama dutu inayojitegemea, lakini kama harakati iliyopangwa ya kati ya ROHO, kama wimbi la kusimama la oscillations ya kati katika uso wa spherical. Hili ni wimbi la "kusimama" la oscillations, mwingiliano unaoendelea ambao na kati ya SPIRIT husababisha wingi - kipimo cha inertia. Oscillations hizi katika interface spherical husababisha oscillations majibu ya kati SPIRIT na sifa zake - constants umeme na magnetic, ambayo sisi kutafsiri kama harakati kwa kasi ya mwanga. Hii ni kweli mchakato wa oscillatory. Ili kuelezea kitendawili cha kuzaliwa kwa atomi, mtu anahitaji tu "kufunua" wimbi la spherical katika aina ya "kamba" katika obiti. Katika kesi hiyo, elektroni yetu itakuwa "smeared" katika nafasi ya mviringo katika ndege ya ikweta ya kiini. Analog hii ya sasa ya umeme kwenye waya wa pete - "kifungu cha elektroni" - inawakilisha wimbi la umeme lililosimama kwenye torus, iliyoko katika nafasi katika ndege ya ikweta ya msingi, ikitoa uchunguzi wa malipo yake. Mfano obiti za elektroni Alya hana uwezo wa kutoa maelezo kama haya.
Mabadiliko ya msingi wa wimbi "lililosimama", lililopunguzwa na uso wa spherical, kuwa moja ya toroidal kwenye uwanja wa sumakuumeme haipingani. sheria za kimwili. Katika Hali, malezi ya umeme wa mpira katika uwanja wenye nguvu wa umeme inawezekana, kuwepo kwake, na kuoza kwake kwa kutolewa kwa nishati. Mabadiliko ya wimbi la sumakuumeme, kama vile elektroni, kutoka umbo la duara hadi umbo la torasi katika mwendo wa vortex wa kati ya SPIRIT ni mchakato sawa wa mabadiliko ya sura. malipo ya umeme. Ushahidi unaopendelea nadharia ya mabadiliko ya wimbi la spherical kuwa toroidal inaweza kuwa ukweli kwamba aina hii ya uwepo wa elektroni kwenye atomi inalingana na njia ya malezi, umbo na muundo wa wimbi la sumakuumeme - quanta (tazama. 4.4). Inaelezea utulivu wa atomi, muundo wao na michakato ya malezi ya quanta ya mionzi wakati wa mabadiliko ya obiti ya elektroni. Hali kwa mara nyingine tena inathibitisha umoja wa kanuni za malezi ya mfumo!
Mfano wa torus wa elektroni katika obiti karibu na kiini inafanana na kanuni za asili malezi ya mawimbi ya sumakuumeme. Mwendo wa elektroni haufanyiki katika obiti, lakini obiti hii ni wimbi la elektroni.
Ni wimbi mwendo wa oscillatory, unaosababishwa na mwingiliano na mazingira, ROHO ni sawa na mzunguko wa msingi mkondo wa kubadilisha masafa ya juu sana. Mzunguko wa nje wa torus unaonyeshwa na viunga vya ROHO ya kati, na nishati inayolingana na misa iliyobaki ya elektroni hurekebisha wimbi la mwendo wa ndani wa coaxial, ambayo huamua radius ya obiti. Katika kesi hiyo, dhana ya obiti pia inahitaji mabadiliko, kwa mfano, "kuunganisha umeme", "ukanda wa umeme". Ukadiriaji vigezo vya kimwili"kuunganisha elektroniki" kuthibitisha ukweli wake.
Elektroni iliyokamatwa na protoni lazima ihifadhi wingi wake, yaani, kiasi cha mazingira ya ROHO iliyofungwa ndani yake. Elektroni "iliyopigwa" inachukua mzunguko wa Bohr katika atomi ya hidrojeni, radius ambayo imedhamiriwa na mara kwa mara ya Planck, chaji (quadratic) ya elektroni, viunga vya umeme na sumaku, na wingi wa "pumziko" wa elektroni:
a 0 = h 2 /(π ·μ 0 ·m e c 2 ·e 2) =ε 0 h 2 /(π m e 2)= 0.529177 10 -10 m.
Hapa a 0 - eneo la mzunguko wa Bohr, h - Planck ni mara kwa mara, m e - wingi wa elektroni, c - kasi ya mwanga , e - malipo ya elektroni , μ 0 na ε 0 - magnetic na umeme constants ya mazingira ROHO.
Uwepo katika equation ya vipengele vya umeme na magnetic vya SPIRIT ya kati na sifa za elektroni (malipo ya quadratic na wingi) ni ushahidi wa mwingiliano wa asili wa "jambo + la ROHO" katika obiti ya Bohr na, ipasavyo, pekee yake. Milinganyo ya wimbi la Schrödinger, ambayo hutoa matokeo sahihi, na majaribio juu ya kueneza kwa fotoni kwenye atomi, kulingana na ambayo kutawanya kwa mawimbi kwa elastic hufanyika kwenye elektroni zilizofungwa, na wingi wa elektroni unalingana na urefu wa wimbi la Compton. λ K:
λ K =h/ m e c = 2.426311 · 10 -12 m.
Kutoka fomula zinazojulikana mechanics ya quantum ifuatavyo:
λ K = α· 2π·a 0 .
Hapa α = 1/137.036 - mara kwa mara muundo mzuri.
Kwa hivyo, obiti kuu ya elektroni katika atomi ya hidrojeni ni 137.036 · λ k. Urefu wa wimbi la Compton, kama inavyoonyeshwa (ona 3.2), inaweza kuchukuliwa kuwa kiwango cha chini kabisa cha "kuruka" kwa elektroni na kama radius ya wingu la ROHO kuizunguka.
Urefu wa wimbi la Compton ni urefu wa wimbi la elektroni katika obiti ya atomi, iliyoamuliwa kimwili na muundo wa kudumu wa sehemu ya obiti ya Bohr.
Kwa kuchanganya mbili fomula hapo juu, tunaweza kuelewa maana ya kimwili ya muundo mzuri mara kwa mara:
1/α = 2π a 0m e c / h
Kukumbuka kuwa mara kwa mara ya Planck inalingana na nishati ya zamu moja ya vortex katika muundo wa Roho (tazama 4.4), tunaamua kuwa dhamana ya usawa ya muundo mzuri ni uwiano wa kasi ya elektroni katika obiti ya kwanza karibu. protoni kwa kasi ya kati ya Roho.
Uwiano wa kasi ya elektroni katika obiti ya kwanza karibu na protoni kwa nishati ya vortex ya chini katika SPIRIT medium (Planck's mara kwa mara) ni sawa na usawa wa muundo wa faini mara kwa mara. Hii ni sheria ya uhifadhi wa kasi kati ya ROHO ya kati na elektroni, ambayo mara kwa mara 1 / α ina jukumu la mgawo wa uhamisho, analog ya ufanisi!
Uhalali wa saizi ya obiti kuu ya elektroni katika atomi ya hidrojeni pia ilipatikana. Tu juu ya mduara 2p kwa 0 kasi ya elektroni huhamishiwa kwa kati ya SPIRIT na kinyume chake. Kuna mwingiliano wao unaoendelea.
Kinyume na wazo la kiteknolojia la quantum ya obiti za uwezekano, uwakilishi wa wimbi la elektroni kwenye obiti ya Bohr huamuliwa kwa asili na saizi ya urefu wa wimbi la Compton - kuruka kwake kwa kiwango cha chini katika kati ya SPIRIT. Uwakilishi huu huo hufanya iwezekane kupata vigezo vyote vya obiti ya elektroni kwenye atomi. Kwa kuzingatia wimbi lililo katika obiti ya Bohr na kupunguzwa na uso na radius ya torasi, tunaweza kukadiria kwa kusawazisha ujazo wa torasi na chembe ya elektroni na radius inayojulikana ya 4.536 · 10 -17 m.
Elektroni katika obiti ya Bohr (a 0 = 0,529177· mita 10-10) inawakilisha wimbi lenye umbo la torasi - "kifungu cha elektroni" kilicho na eneo la sehemu ya msalaba R e-tor = 1.9346 · 10 -20 m.
Mabadiliko ya kiini cha chembe ya spherical katika "kifungu cha elektroni" kwenye shamba husababisha ongezeko kubwa la uso wa mwingiliano wa "jambo + la ROHO". Eneo la uso wa chembe ya elektroni S e-sphere= 2.5856 10 -32 m2, na eneo la uso wa "kifungu cha elektroniki" S e-tor= 4.0417 · 10 -29 m2. Uso wa mwingiliano unaoendelea na mazingira ya ROHO uliongezeka kwa mara 1563. Kuongezeka kwa eneo la elektroni kunapaswa kuonyesha kuongezeka kwa kasi kwa mwendo wa kati ya SPIRIT kando ya mzunguko wa torus ya elektroni. Harakati hii ni uwanja wa sumaku.
Wakati wa sumaku wa chembe ya elektroni inajulikana: M e-tufe= 0.928477 10 -23 A m 2 (J/T).
Wakati wa sumaku wa elektroni katika obiti - M hebu tufafanue kama mzunguko wa sasa I, ikizidishwa na eneo la duara S: M e-torus = I·S. Kubadilisha I = q e·ν = q e· m e· c 2 / h Na S= π a 0 2, hebu tufafanue ν = 1.2356 10 20 s -1; I= 19.794 A. Muda wa sumaku wa elektroni katika obiti M e-tor= 1.7413 10 -19 A m 2.
Thamani ya wakati wa sumaku wa "kifungu cha elektroni" ni maagizo manne ya ukubwa zaidi kuliko ile ya chembe ya elektroni, ambayo inaonyesha nguvu kubwa za sumaku zinazoundwa na obiti za elektroni. Kumbuka kwamba orbitals fizikia ya quantum pamoja na kuwepo kwa muda usiojulikana wa elektroni, huwatenga uwezekano wa kuzungumza juu ya sumaku katika atomi na, kwa hiyo, hawawezi kueleza kwa nini obiti hizi na atomi yenyewe zimehifadhiwa.
Tathmini iliyofanywa haiwezi kudai kuwa sahihi flux ya magnetic katika atomi kwa sababu ya kutokuwa na uhakika maana ya kimwili dhana zenyewe umeme na wakati wa magnetic (tazama 4.2) na uwezekano wa kutumia dhana ya sasa kwa elektroni moja. Hata hivyo, kutoka uelewa wa pamoja maudhui ya kimwili ya uwanja wa sumaku, kama mwendo wa mwelekeo wa kati ya SPIRIT, inayoundwa na mwingiliano na uso wa elektroni, ongezeko kubwa la uwanja wa magnetic wa "kifungu cha elektroni" ikilinganishwa na chembe ya elektroni inakuwa dhahiri.
Kwa hivyo, kuongezeka kwa uso wa elektroni wakati imejumuishwa katika atomi katika mfumo wa "kifungu cha elektroni" husababisha kuundwa kwa uwanja wa sumaku wa elektroni kwenye obiti - mtiririko ulioelekezwa na wenye uwezo wa kuendelea kwa muda usiojulikana. ROHO kati; thread ndio hii nguvu za kimwili, ambayo inahakikisha uhifadhi na kuwepo kwa elektroni-torus katika obiti ya atomiki.
Uchambuzi uliofanywa kwa kutosha unaelezea uwili wa elektroni. Ni katika uwanja wa kiini ambapo elektroni ni wimbi la umeme, wakati elektroni za bure bila shaka ni chembe.
A counterweight mifano ya hisabati, ambayo elektroni katika atomi hugeuka kuwa haipatikani ndani ya mawingu ya obiti, mfano uliopendekezwa wa "kifungu cha elektroni" na vipimo vya wazi na kuratibu ni asili ya kimwili. Chini ya ushawishi nguvu za sumakuumeme Chembe ya elektroni, inayowakilisha wimbi lililoamriwa la kati ya SPIRIT, katika uwanja wa kiini inalazimika "kunyoosha" katika obiti yake yote, na kugeuka kuwa wimbi la torus, ambayo ni analog ya nyenzo ya wimbi la umeme. Kama inavyoonyeshwa (tazama 4.4), wimbi lolote la sumakuumeme, kama mtoaji wa nishati, ni muundo wa umbo la torasi unaoenea kwa kasi ya mwanga. Sawa kabisa, elektroni katika atomi lazima iwakilishe mwendo wa wimbi lenye umbo la torasi na nishati inayolingana na wingi wa elektroni, iliyowekwa katika obiti kuzunguka kiini. Katika mfano huu, ni rahisi sana kuelezea mpito wa elektroni kutoka kwa orbital ngazi ya juu kwenye obiti ya chini yenye mionzi ya sumakuumeme ya kiasi. Wimbi lenye umbo la torasi la radius kubwa, wakati wa kuelekea kwenye kiini, linasisitizwa kwa radius ya obiti ya chini, na wakati wa harakati hii hutuma kwenye nafasi torasi ya quantum inayolingana na nishati ya tofauti kati ya viwango vya nishati ya atomi.
Mahesabu ya kimwili yanaweza kufafanua mfano wa mpito wa chembe ya elektroni kwenye wimbi, lakini kiini chake haipaswi kubadilika. Kwa sababu nadharia kama hiyo inageuka kuwa ya kimantiki na ya hisabati mali zinazohusiana mwashi (electron/positron) na mazingira ya ROHO. Wazo la wimbi la torus litaturuhusu kuelezea malezi makombora ya elektroniki atomi, na muundo wa makombora utaturuhusu kuelewa vizuri zaidi Tabia za kemikali vipengele kama matokeo ya nguvu za sumaku.
Tunakuletea magazeti yaliyochapishwa na shirika la uchapishaji "Chuo cha Sayansi ya Asili"
Malipo mazuri ya kiini na malipo mabaya ya elektroni ni katika hali ya usawa, ndiyo sababu elektroni haina kuanguka kwenye kiini na haina kuruka mbali nayo. Na bado, chini ya hali fulani, usawa huu lazima usumbuliwe, yaani, elektroni lazima kihalisi kuanguka kwenye kiini, na kusababisha kifo cha ghafla cha atomi. Lakini hata kutokana na ukweli kwamba sayari, nyota na watu bado zipo, ni dhahiri kwamba hii hutokea tu chini ya hali maalum sana. Hali hii hutokea wakati malipo ya kiini (yaani, idadi ya protoni ndani yake) iko juu ya 137 (hesabu za hivi karibuni zimeinua takwimu hii hadi 170), na kisha kinadharia elektroni haipaswi kuanguka tu kwenye kiini, lakini kuzalisha huko. wenzao kutoka kwa antiworld - positrons, ambayo kisha huruka kwenye nafasi inayozunguka na kufanya kila aina ya mambo.
Kiini bandia cha atomiki kinachojumuisha dimers tano za kalsiamu kwenye graphene, katika wingu la elektroni lililo kwenye mpaka wa kuporomoka (hapa na chini, kielelezo cha M. Crommie).
"Atomu kama hizo, kama inavyotarajiwa, zingeanguka, "zikichukua" elektroni kutoka kwa utupu, na kuivutia kwenye kiini na kupata chaji kupita kiasi," anaelezea Leonid Levitov kutoka (USA), mmoja wa waandishi. kazi mpya kujitolea kwa mada hii.
Inaweza kuonekana kuwa dhana bora - kwa maana kwamba haiwezi kukanushwa kabisa: bado hatujaweza kupata nuclei za atomi zilizo juu ya 118 ama kwa asili au kuziunda kwa njia ya bandia. Kwa miaka mingi sasa, wanafizikia wamekuwa na matumaini ya kuchukua ngome, ikiwa sio kwa njaa, basi kwa ujanja. Kwa kuwa vitu vizito kama hivyo haviwezi kupatikana, wanajaribu kufikia athari sawa kwa kugongana viini viwili (kwa mfano, urani na nambari ya atomiki 92) juu ya waandaaji wa chembe. "Majaribio hayo yamefanywa kwa miongo kadhaa," Bw. Levitov anatoa maoni juu ya hali hiyo. Lakini, bila shaka, hapakuwa na ushahidi wa wazi wa kuanguka kwa atomiki.
Kwa hiyo, waandishi wa kazi katika swali walipendekeza kutumia hila mpya kuiga kuanguka vile. Katika graphene - kimiani yenye unene wa monatomiki ya atomi za kaboni - elektroni, kwa sababu ya topolojia isiyo ya kawaida ya nyenzo hii, hufanya kama chembe zisizo na misa, ingawa kwa kweli zina wingi. Walakini, husogea kwa kasi ya chini sana kuliko chembe zisizo na misa. Hii inamaanisha kuwa majimbo ambayo yanafanana rasmi na kuanguka kwa atomi kwa ushiriki wa elektroni kama hizo zinaweza kusababishwa na kiwango sawa cha malipo kidogo ya nyuklia.
Wanafizikia walitumia jozi za atomi za kalsiamu (dimers) kwenye substrate ya graphene kama vibadala vya viini vya atomiki. Inatumika kama kidhibiti cha skanning hadubini ya handaki, walipokea uthibitisho wa wazi wa tukio linalofanana kabisa na kuanguka kwa viini vya atomiki.
Elektroni ya kawaida karibu na kiini cha kawaida (kama zile ambazo wewe na mimi tumeumbwa nazo) na elektroni zenye uhusiano mwingi karibu na kiini kisicho thabiti cha uhakiki mkuu.
Mara tu dimers tatu kama hizo zilipokaribiana vya kutosha, uwanja wa elektroni unaozunguka ulionyesha wigo maalum wa resonances ambayo ililingana kabisa na ile iliyotabiriwa kwa kuanguka kwa atomiki muongo mmoja uliopita. Resonances zilizozingatiwa pia zilihifadhiwa kwa "nuclei za atomiki" za bandia za dimers nne na tano.
Ingawa wazo la jaribio lilikuwa kuthibitisha utabiri wa muda mrefu wa mitambo ya quantum kuhusu kuanguka kwa atomi, matumizi yake yanaweza kuwa ya vitendo. Kwanza, kama inavyogeuka, inawezekana kusoma mali nyingi za graphene, ambayo sasa inakuzwa kikamilifu kama nyenzo ya umeme. Pili, unyeti kama huo wa "atomi" za bandia kwenye graphene huturuhusu kutumaini matumizi ya miundo kama vile vigunduzi vya kemikali na alama za viumbe.
Kitaygorodsky A.I. Fizikia kwa kila mtu. Elektroni. Imehaririwa na Baraza Kuu la Wahariri wa Fasihi ya Kimwili na Hisabati - M.: Nauka, 1979. - 208 p.Pakua(kiungo cha moja kwa moja) : fdvek3kn1979.djvu Iliyotangulia 1 .. 13 > .. >> Inayofuata
Kwa hiyo, mara moja inakuwa wazi kwamba atomi zinaundwa hasa ... ya utupu. Migongano ya nadra ya kichwa inapaswa kueleweka kwa njia hii: ndani ya atomi kuna kiini cha chaji chanya Elektroni ziko karibu na kiini. Ni nyepesi sana na kwa hivyo hazileti kizuizi kikubwa kwa chembe ya alpha. Elektroni hupunguza kasi ya chembe ya alpha, lakini kila mgongano wa elektroni hauwezi kupotosha chembe kutoka kwa njia yake.
Rutherford alikiri kwamba nguvu za mwingiliano kati ya kiini cha atomiki kilichochajiwa sawa na chembe ya alpha ni nguvu za Coulomb. Kwa kudhania zaidi kwamba wingi wa atomi umejilimbikizia kwenye kiini chake, alihesabu uwezekano wa chembe kugeuzwa na pembe iliyoainishwa na kupata makubaliano mazuri kati ya nadharia na majaribio.
Hivi ndivyo wanafizikia hujaribu mifano wanayokuja nayo.
Je, mfano unatabiri matokeo ya jaribio? - Ndiyo. ,
Kwa hivyo inaakisi ukweli?
Naam, kwa nini kwa ukali sana? Mfano huo unaelezea idadi ya matukio, ambayo ina maana ni nzuri. Na ufafanuzi wake ni suala la siku zijazo ...
Matokeo ya majaribio ya Rutherford yaliacha shaka juu ya uhalali wa taarifa ifuatayo: elektroni chini ya ushawishi Vikosi vya Coulomb sogea karibu na kiini.
Nadharia zingine pia zilifuata kutoka kwa nadharia. makadirio ya kiasi, ambazo zilithibitishwa baadaye. Vipimo vya viini vidogo vya atomiki viligeuka kuwa takriban 10""13 cm, wakati vipimo vya atomi vilikuwa karibu 10-8 cm
Kwa kulinganisha matokeo ya majaribio na mahesabu, iliwezekana kukadiria mashtaka ya viini vya kugongana. Tathmini hizi zilicheza jukumu kubwa, ikiwa sio kuu, katika tafsiri sheria ya mara kwa mara muundo wa vipengele.
Kwa hivyo, mfano wa atomi umejengwa. Lakini mara moja hutokea swali linalofuata. Kwa nini elektroni (chembe zenye chaji hasi) hazianguki kwenye kiini (kilicho na chaji chanya)? Kwa nini atomi ni thabiti?
Ni nini kisichoeleweka hapa, msomaji atasema. Baada ya yote, sayari hazianguka kwenye Jua .. Nguvu asili ya umeme ni, kama nguvu ya mvuto, nguvu ya katikati na hutoa Mzunguko wa Mzunguko elektroni karibu na kiini.
Lakini ukweli wa mambo ni kwamba mlinganisho kati ya mfumo wa sayari na hubeba atomi tu tabia ya juu juu. Kama tutakavyojua baadaye, kutoka kwa mtazamo sheria za jumla uwanja wa sumakuumeme atomi lazima iangaze mawimbi ya sumakuumeme. Walakini, labda haujui nadharia ya sumaku-umeme. Jambo, i.e. atomi,
uwezo wa kutoa mwanga na joto. Ikiwa ndivyo, basi atomi inapoteza nishati, ambayo ina maana kwamba elektroni lazima ianguke kwenye kiini.
Njia ya kutoka ni ipi? Ni "rahisi" sana: unahitaji kukubaliana na ukweli na kuinua ukweli huu kwa kiwango cha sheria ya asili. Hatua hii ilichukuliwa mwaka wa 1913 na mwanafizikia mkuu wa karne yetu, Niels Bohr (1885-1962).
KIPIMO CHA NISHATI
Kama hatua zote za kwanza, hatua hii ilikuwa ya woga. Tutatoa muhtasari sheria mpya asili, ambayo sio tu iliokoa atomi ya Rutherford, lakini pia ilitulazimisha kufikia hitimisho kwamba mechanics ya miili mikubwa haitumiki kwa chembe za misa ndogo.
Asili imeundwa kwa njia ambayo idadi ya idadi ya mitambo, kama vile kasi ya angular na nishati, kwa mfumo wowote wa chembe zinazoingiliana haziwezi kuwa nazo. mfululizo endelevu maadili. Kinyume chake, atomi tunayozungumzia sasa, au kiini cha atomiki, muundo ambao tutazungumzia baadaye, una mlolongo wao wa viwango vya nishati, tabia tu ya mfumo fulani. Kuna kiwango cha chini kabisa (sifuri). Nishati ya mfumo haiwezi kuwa chini ya thamani hii. Kwa upande wa atomi, hii ina maana kwamba kuna hali ambayo elektroni iko katika umbali fulani wa chini kutoka kwa kiini.
Mabadiliko katika nishati ya atomi yanaweza kutokea ghafla. Ikiwa kuruka kulitokea "juu", hii ina maana kwamba atomi ilichukua nishati. Ikiwa kuruka kulitokea "chini," basi atomi ilitoa nishati.
Tutaona baadaye jinsi mwonekano wa utoaji wa mifumo mbalimbali unavyoweza kubainishwa kwa uzuri kutoka kwa nafasi hizi.
Sheria iliyoundwa inaitwa sheria ya quantization ya nishati. Tunaweza pia kusema kwamba nishati ina asili ya quantum. ~
Ikumbukwe kwamba sheria ya quantization ni kabisa tabia ya jumla. Haitumiki kwa atomi tu, bali kwa kitu chochote chenye mabilioni ya atomi. Lakini wakati wa kushughulika na miili mikubwa, mara nyingi tunaweza "si kutambua" quantization ya nishati.
Ukweli ni kwamba, kwa kusema, kwa kitu kilicho na atomi bilioni bilioni, idadi ya viwango vya nishati huongezeka kwa mara bilioni. Viwango vya nishati vitakuwa karibu sana kwa kila mmoja hivi kwamba wataunganishwa kivitendo. Kwa hivyo, hatutaona uwazi maadili iwezekanavyo nishati. Kwa hivyo mechanics ambayo tulielezea katika kitabu cha kwanza haibadiliki wakati gani tunazungumzia kuhusu miili mikubwa.
Katika kitabu cha pili tuligundua kwamba uhamisho wa nishati kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine unaweza kutokea kwa namna ya kazi na kwa namna ya joto. Sasa tuko katika nafasi ya kueleza tofauti kati ya aina hizi mbili za uhamishaji nishati. Katika athari ya mitambo(sema inapobanwa) viwango vya nishati mabadiliko ya mifumo. Uhamisho huu sio muhimu sana na hugunduliwa tu na majaribio ya hila na ikiwa tu shinikizo ni kubwa vya kutosha. Kuhusu hatua ya joto, basi inajumuisha kubadilisha mfumo kutoka zaidi kiwango cha chini nishati hadi juu (inapokanzwa) au kutoka juu hadi chini (baridi).
Kuna wasomaji wazuri kama nini! Sio tu kwamba wanapenda na kuheshimu walimu wa historia ya asili, lakini pia wanajua jinsi mfano wa atomiki wa Bohr unavyoelezea kwamba elektroni hazianguka kwenye viini.
Au wanaanguka?
Swali "kwa nini elektroni hazianguki kwenye viini" halitaji ukweli kwamba tunazungumza juu ya atomi ya elektroni moja pekee. Mfano wa atomiki wa Bohr (na mechanics ya zamani ya quantum kwa ujumla) haisemi chochote kuhusu uthabiti wa atomi na molekuli za elektroni nyingi. Ukweli kwamba "kuanguka" haitokei katika atomi ya elektroni moja haihakikishi sawa kwa mifumo mingine. Ikiwa wewe ni wataalam wa zamani nadharia ya quantum na kuahidi kuwasaidia walimu wa historia asilia, kisha kuleta hoja zako hadi mwisho. Kwa mfano, ninahitaji ushahidi msimamo wa jumla haijulikani.
P.S. Muundo wa Bohr unaweza kuelezea vyema hali moja na sehemu tatu za molekuli rahisi za diatomiki. Tuligundua hii, hata hivyo, mnamo 2005 tu, lakini ni bora kuchelewa kuliko kamwe. Ubunifu ni wa mbele kabisa:
Inafanya kazi mbaya zaidi kuliko nadharia asili ya GL kuhusu dhamana ya kemikali. Kwa ujenzi, elektroni zinahakikishiwa sio kuanguka kwenye nuclei (hurray!), Lakini mfano yenyewe ni mbali na roho kutoka kwa quantizing invariants adiabatic. Niliona kitu kama hicho kimefanywa kwa H2+ ion, lakini katika toleo la kisasa zaidi. Wazo lilikuwa kuhesabu sio viunga vyenyewe, lakini jumla yao:
Labda wangekuwa wakifanya hivi kwa miaka ishirini au thelathini ikiwa Schrödinger hangekuja na mlingano wake. Fikiria jinsi ya kufanya hata jambo hili dogo na la zamani mechanics ya quantum- si rahisi. Pearson - mwanga kemia ya quantum, mwanachama Chuo cha Taifa, Herschbach - badala yake Mshindi wa Tuzo ya Nobel. Kuna mengi zaidi mbele yako kazi ngumu. Tunahitaji kuunda kile Bohr alishindwa kufikia: kufanya kazi nadharia ya jumla mifumo ya kielektroniki. Baada ya hayo, kilichobaki ni kuthibitisha kesi ya jumla utulivu wa obiti zote za elektroni.
Bahati njema.
P.P.S. Kwa kuwa sina hamu ya kujadili mada kwamba uthabiti wa mifumo ya Coulomb yenye chembe nyingi katika mechanics (mpya) ya quantum inaelezewa na sehemu ya kibinafsi ya Hamiltonian, awamu za Mwezi, nk, wachambuzi wanashauriwa kusoma.
Kwa njia, kwa nini kanuni ya kutokuwa na uhakika ya Heisenberg pekee haielezi utulivu wa atomi (kama inavyodaiwa na cream ya mtandao iliyotolewa na Google) imeandikwa kwenye ukurasa wa 554-555 wa insha hii, sehemu ya I.
Ni nini hushikilia elektroni katika atomi katika obiti ya kiini cha atomiki?
Kwa mtazamo wa kwanza, hasa ukiangalia toleo la katuni la atomi ambalo nilieleza hapo awali pamoja na dosari zake zote, elektroni zinazozunguka kiini huonekana sawa na sayari zinazozunguka jua. Na inaonekana kwamba kanuni ya taratibu hizi ni sawa. Lakini kuna kukamata.
Kielelezo cha 1
Ni nini kinachofanya sayari ziendelee kuzunguka Jua? KATIKA Mvuto wa Newton(Einstein ni ngumu zaidi, lakini hatuitaji hapa) jozi yoyote ya vitu inavutiwa na kila mmoja. mwingiliano wa mvuto, sawia na bidhaa za raia wao. Hasa, mvuto wa Jua huvuta sayari kuelekea kwake (kwa nguvu kinyume chake sawia na mraba wa umbali kati yao. Hiyo ni, ikiwa umbali umepunguzwa kwa nusu, nguvu huongezeka mara nne). Sayari pia huvutia Jua, lakini ni nzito sana kwamba hii ina karibu hakuna athari kwenye harakati zake.
Inertia, tabia ya vitu kusonga kwa mistari iliyonyooka bila kukosekana kwa nguvu zingine zinazofanya kazi juu yao, hufanya kazi dhidi ya mvuto wa mvuto, na matokeo yake, sayari huzunguka Jua. Hii inaweza kuonekana kwenye Mchoro 1, ambayo inaonyesha mzunguko wa mviringo. Kawaida mizunguko hii ni ya duaradufu - ingawa kwa upande wa sayari ni karibu duara, kwani ndivyo walivyounda. mfumo wa jua. Kwa miamba midogo mbalimbali (asteroidi) na vizuizi vya barafu (kometi) vinavyosogea katika obiti kuzunguka Jua, hii sivyo ilivyo tena.
Vivyo hivyo, jozi zote za vitu vilivyochajiwa umeme huvutia au kurudisha nyuma kila mmoja, kwa nguvu pia inayowiana kinyume na mraba wa umbali kati yao. Lakini tofauti na mvuto, ambayo daima huvuta vitu pamoja, nguvu za umeme zinaweza kuvutia au kurudisha nyuma. Vitu ambavyo vina sawa, vyema au mashtaka hasi, wanakataliwa. Na kitu cha kushtakiwa vibaya huvutia kitu cha kushtakiwa vyema, na kinyume chake. Kwa hivyo maneno ya kimapenzi "vinyume huvutia."
Kwa hivyo, kiini cha atomi kilicho na chaji chanya kilicho katikati ya atomi huvutia elektroni nyepesi zinazosonga nyuma ya atomi kuelekea yenyewe, kama vile Jua huvutia sayari. Elektroni pia huvutia kiini, lakini wingi wa nuclei ni kubwa zaidi kwamba mvuto wao hauna karibu na athari kwenye kiini. Elektroni pia hufukuza kila mmoja, ambayo ni moja ya sababu ambazo hazipendi kutumia muda karibu na kila mmoja. Mtu anaweza kufikiria elektroni katika atomi kama kusonga katika obiti kuzunguka kiini kwa njia sawa na sayari kuzunguka jua. Na kwa mtazamo wa kwanza, hivi ndivyo wanavyofanya, haswa kwenye atomi ya katuni.
Lakini hapa ni kukamata: ni kweli hila mbili, na kila moja ya mbinu mbili ina athari kinyume na nyingine, na kusababisha kufuta kila mmoja!
Kukamata mara mbili: jinsi atomi hutofautiana na mifumo ya sayari
Kielelezo cha 2
Ukamataji wa kwanza: tofauti na sayari, elektroni zinazosonga kwenye obiti karibu na kiini lazima zitoe mwanga (kwa usahihi zaidi, mawimbi ya sumakuumeme, ambayo mwanga ni mfano mmoja). Na mionzi hii inapaswa kusababisha elektroni kupunguza kasi na kuanguka kwa ond kuelekea kiini. Kimsingi, katika nadharia ya Einstein kuna athari sawa - sayari zinaweza kutoa mawimbi ya mvuto. Lakini ni ndogo sana. Tofauti na kesi na elektroni. Inatokea kwamba elektroni katika atomi lazima haraka sana, katika sehemu ndogo ya pili, kuanguka katika ond kwenye kiini!
Na wangefanya hivyo ikiwa sio kwa mechanics ya quantum. Maafa yanayowezekana yanaonyeshwa kwenye Mtini. 2.
Kukamata pili: lakini ulimwengu wetu unafanya kazi kulingana na kanuni za mechanics ya quantum! Na ina kanuni yake ya kushangaza na ya kupingana ya kutokuwa na uhakika. Kanuni hii, ambayo inaelezea ukweli kwamba elektroni ni mawimbi kama vile chembe, inastahili makala yake yenyewe. Lakini haya ndiyo tunayohitaji kujua kumhusu kwa makala ya leo. Matokeo ya jumla Kanuni hii ni kwamba haiwezekani kujua sifa zote za kitu kwa wakati mmoja. Kuna seti za sifa ambazo kupima moja wapo hufanya zingine kutokuwa na uhakika. Kesi moja ni eneo na kasi ya chembe kama vile elektroni. Ikiwa unajua hasa ambapo elektroni iko, hujui inaenda wapi, na kinyume chake. Inawezekana kufikia maelewano na kujua kwa usahihi fulani ilipo na kujua kwa usahihi fulani inakoelekea. Katika atomi, hivi ndivyo kila kitu kinavyofanya kazi.
Tuseme elektroni inaanguka kwa ond kwenye kiini, kama kwenye Mtini. 2. Inapoanguka, tutajua eneo lake zaidi na kwa usahihi zaidi. Kisha kanuni ya kutokuwa na uhakika inatuambia kwamba kasi yake itakuwa zaidi na zaidi ya uhakika. Lakini ikiwa elektroni itasimama kwenye kiini, kasi yake haitakuwa ya muda usiojulikana! Ndiyo maana hawezi kuacha. Ikiwa ghafla anajaribu kuanguka chini katika ond, atalazimika kusonga haraka na haraka nasibu. Na ongezeko hili la kasi litachukua elektroni mbali na kiini!
Kwa hivyo mwelekeo wa chini wa ond utakabiliwa na hali ya juu. harakati za haraka kulingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika. Usawa unapatikana wakati elektroni iko kwenye umbali unaopendekezwa kutoka kwa kiini, na umbali huu huamua ukubwa wa atomi!
Kielelezo cha 3
Ikiwa elektroni hapo awali iko mbali na kiini, itasonga kuelekea kwake kwa ond, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 2, na kutoa mawimbi ya sumakuumeme. Lakini kama matokeo, umbali wake kutoka kwa kiini utakuwa mdogo vya kutosha kwa kanuni ya kutokuwa na uhakika kuzuia mbinu zaidi. Katika hatua hii, wakati usawa kati ya mionzi na kutokuwa na uhakika umepatikana, elektroni hupanga "obiti" thabiti karibu na kiini (kwa usahihi zaidi, orbital - neno hili lilichaguliwa kusisitiza kwamba, tofauti na sayari, elektroni, kwa sababu ya quantum. mechanics, haina obiti kama sayari zinavyo). Radi ya obiti huamua radius ya atomi (Mchoro 3).
Kipengele kingine - kwamba elektroni ni mali ya fermions - hulazimisha elektroni zisishuke kwenye radius sawa, lakini kujipanga katika obiti za radii tofauti.
Atomu ni kubwa kiasi gani? Ukadiriaji kulingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika
Kwa kweli, tunaweza kukadiria takriban saizi ya atomi kwa kutumia hesabu tu mwingiliano wa sumakuumeme, wingi wa elektroni na kanuni ya kutokuwa na uhakika. Kwa unyenyekevu, tutafanya mahesabu kwa atomi ya hidrojeni, ambapo kiini kina protoni moja, karibu na ambayo elektroni moja husonga.
Kanuni ya kutokuwa na uhakika inasema:
$$display$$m_e (Δ v) (Δ x) ≥ ℏ$$display$$
ambapo ℏ ni h isiyobadilika ya Planck ikigawanywa na 2 π. Kumbuka kwamba anasema kwamba (Δ v)(Δ x) haiwezi kuwa ndogo sana, ambayo ina maana kwamba uhakika wote hauwezi kuwa mdogo sana, ingawa moja inaweza kuwa ndogo sana ikiwa nyingine ni kubwa sana.
Wakati chembe inapotulia katika hali inayopendelea ya ardhi, tunaweza kutarajia ≥ ishara kugeuka kuwa ishara ~, ambapo A ~ B ina maana kwamba "A na B si sawa kabisa, lakini si tofauti sana." Hii ni ishara muhimu sana kwa ukadiriaji!
Kwa atomi ya hidrojeni katika hali ya ardhi, ambayo kutokuwa na uhakika wa nafasi Δx itakuwa takriban sawa na radius ya atomi R, na kutokuwa na uhakika wa kasi Δv itakuwa takriban sawa na kasi ya kawaida V ya elektroni karibu na atomi, tunapata:
Jinsi ya kujua R na V? Kuna uhusiano kati yao na nguvu inayoshikilia atomi pamoja. Katika fizikia isiyo ya quantum, kitu cha molekuli m, kilicho katika obiti ya mviringo ya radius r, na kusonga kwa kasi v karibu na kitu cha kati kinachovutia kwa nguvu F, kitatosheleza equation.
Hii haitumiki moja kwa moja kwa elektroni kwenye atomi, lakini inafanya kazi takriban. Nguvu inayofanya kazi katika atomi ni nguvu ya umeme, ambayo protoni yenye chaji +1 huvutia elektroni yenye chaji -1, na kwa sababu hiyo mlinganyo huchukua fomu.
ambapo k ni salio la Coulomb, e ni kipimo cha chaji, c ni kasi ya mwanga, ℏ ni h isiyobadilika ya Planck ikigawanywa na 2 π, na α ni muundo mzuri unaofafanuliwa na sisi, sawa na . Tunachanganya milinganyo miwili ya awali ya F, na makadirio ya uhusiano ni kama ifuatavyo:
Sasa hebu tutumie hii kwa atomi, ambapo v → V, r → R, na m → m e. Wacha pia tuzidishe mlinganyo wa juu kwa . Hii inatoa:
Katika hatua ya mwisho tulitumia uhusiano wetu wa kutokuwa na uhakika kwa atomi, . Sasa tunaweza kuhesabu radius ya atomi R:
Na inageuka kuwa karibu sahihi! Vile makadirio rahisi haitakupa majibu kamili, lakini yatatoa makadirio mazuri sana!