Физико-математические ошибки Нильса Бора

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Третья лекция

Физико-математические ошибки Нильса Бора

Канарёв Ф.М.

kanarevfm@mail.ru

Анонс

Физико-математические ошибки Нильса Бора - сформировали самый мощный тормоз в развитии фундаментальных наук, а Нобелевская премия, выданная ему за эти ошибки, нанесла большой ущерб науке и образованию всего человечества.

1. Введение

Экспериментаторы уже получили электронные фотографии кластеров некоторых молекул и у нас появляется возможность проверить достоверность боровской теории атома, утверждающей, что электроны летают по орбитам вокруг ядер атомов.

Углерод - шестой химический элемент в таблице Д.И. Менделеева. В его ядре шесть протонов и шесть нейтронов. Теория Бора утверждает, что вокруг ядра атома углерода летают по орбитам шесть электронов. Возникает первый вопрос: каким образом шесть электронов атома углерода, летая по орбитам вокруг ядра, соединяют атомы в столь чёткие шестиугольные структуры, названные графенами (рис. 1, а)? Ответа нет.

Рис. 1

 Попытаемся найти истоки заблуждений Нильса Бора, в результате которых сформировалось ошибочное представление об орбитальном движении электронов в атомах. Начало этих заблуждений связано с ошибками, скрытыми в анализе спектра атома водорода [1].

Спектроскописты - экспериментаторы зарегистрировали уже миллионы спектральных линий атомов, ионов и молекул. Это - самый большой массив экспериментальной информации о микромире [2], [3]. Поэтому для формирования правильных представлений о микромире правильная интерпретация спектров имеет исключительно важное значение.

Сейчас мы увидим, как неправильная интерпретация спектра атома водорода укрепила ошибочную идею об орбитальном движении электрона в атоме. Известно, что сделал это Нильс Бор, за что и получил в 1922 г. Нобелевскую премию с такой формулировкой: «За заслуги в изучении строения атома» [4]. Поэтому есть основания показать его ошибку и исправить её.

В основе этой ошибки лежит ошибочная идея Луи Де Бройля о волновой природе электрона, за неё он получил Нобелевскую премию в 1929 г. Со следующей формулировкой: «За открытие волновой природы электрона» [4]. В последующих лекциях мы детально опишем электромагнитную структуру электрона и покажем, что это - частица, а не волна. орбитальный движение электрон траектория

Дифракционные картины формируются в результате взаимодействия спинов элементарных частиц в момент пересечения траекторий их движения. Поэтому указанные картины не имеют никакого отношения к волновым свойствам элементарных частиц [1].

Отметим, что постулаты могут быть представлены в виде словесного утверждения или в виде математической модели, которая объясняет какое-то физическое явление или рассчитывает результат эксперимента. Как правило, постулат в виде математической модели не имеет аналитического вывода. До недавнего времени не существовало и аналитического вывода постулата математической модели Бора для расчёта спектра атома водорода и это в условиях, когда вывод этот, в рамках теории Бора, достаточно прост. Представим его [1].

В соответствии с ошибочной идеей Луи Де Бройля в окружности радиуса , описываемой электроном при его орбитальном движении, укладывается целое число волн электрона. На основании этого имеем

. (1)

Представим это равенство так

. (2)

Учитывая, что

и ,

получаем постулированное соотношение Нильса Бора

. (3)

Далее, из законов Кулона и Ньютона следует равенство между кулоновской электростатической силой и ньютоновской силой инерции , действующей на электрон при его орбитальном движении в атоме

. (4)

 Решая уравнения (3) и (4) совместно, найдем

. (5)

Подставляя этот результат в конечное выражение формулы (3), получим

. (6)

Используя полученные выражения, найдём формулу для расчёта кинетической энергии электрона в его орбитальном движении

. (7)

Уравнения кинетических энергий электрона, в момент пребывания его на орбитах и , запишутся так:

(8)

Разность этих энергий равна энергии излученного или поглощенного фотона. При этом считается, что масса электрона не изменяется

.

 С учетом этого имеем частоту излучённого фотона

. (9)

Это и есть боровская формула для расчета спектра атома водорода, полученная из орбитального его движения вокруг ядра, то есть - протона. Она приводится во многих учебниках, поэтому есть основания проверить её работоспособность. Энергия излученного или поглощенного фотона определится по формуле

. (10)

Логичность изложенного и, как объявляют физики, связь теоретического результата, получаемого с помощью этой формулы, с экспериментом не оставляют сомнений в том, что формула (10) реально отражает процесс орбитального движения электрона в атоме водорода. Полное совпадение размерностей в левой и правой частях этой формулы (11) усиливает уверенность в связи её с реальностью.

(11)

Соблюдение размерности подтверждает правильность процесса вывода этой формулы, основанного на орбитальном движении электрона вокруг протона - ядра атома водорода. Переведя Джоули в электрон-вольты, проверим численную величину перед скобками (10) - постоянную Бальмера-Ридберга.

 (12)

Она равна энергии ионизации атома водорода. Это веское доказательство правильности формулы Бора для расчёта спектра атома водорода. Однако, спектр первого электрона атома гелия эта формула уже не позволяет рассчитать. Тем не менее, идея Бора об орбитальном движении электрона в атоме нашла последователей и получила дальнейшее развитие, как теперь выясняется, в тупиковом направлении.

Наибольший вклад в это направление внесли Э. Шредингер и П. Дирак, которые получили Нобелевские премии в 1933 г с такой формулировкой: «За открытие новых форм атомной теории», фактически за развитие ошибочных идей Бора [4]. Нобелевская премия, выданная П. Паули в 1945 г «За открытие принципа, названного его именем (принципа Паули)», окончательно закрепила ошибочную идею Бора об орбитальном движении электрона в атоме [4].

Венцом теории спектроскопии считается уравнение Э. Шредингера [5]. Оно позволило рассчитать спектры всех водородоподобных атомов (атомов с одним электроном) и анализировать вероятностное поведение электронов в многоэлектронных атомах. Однако возможности уравнения Э. Шредингера оказались весьма ограниченными. Спектры всех последующих электронов, считая от ядра атома, с помощью уравнения Э. Шредингера уже не рассчитываются точно. В этих случаях, как отмечено в фундаментальной работе [6], для расчета спектров атомов и ионов привлекаются приближенные методы, которые основаны на уравнениях Э. Шредингера и Д. Максвелла.

Эмпирический характер приближенных методов затрудняет формирование представлений о физической сути взаимодействия электрона с протоном ядра атома. В силу этого в современной Квантовой физике в соответствии с принципом В. Паули электроны распределяются по оболочкам, уровням и подуровням [7].

Особо отметим, что польза от приближенных методов расчета спектров атомов, ионов и молекул близка к нулю. Полезными можно признать лишь те методы, которые позволяют устанавливать закономерность формирования энергий связей между ядрами атомов и их электронами, а также между валентными электронами атомов в молекулах [1].

Удивительным является то, что не нашлось желающего попытаться вывести математическую модель расчёта спектров из экспериментальных данных спектра атома водорода. Вполне естественно, что есть основания полагать, что главным препятствием к этому был авторитет Нобелевской премии, выданной Бору за его ошибочный результат [4].

В начале 90-х годов прошлого века мы проигнорировали авторитет Нобелевской премии, выданной Бору. Новый анализ спектра атома водорода достаточно быстро привёл нас к математической модели, которая потом оказалась законом формирования спектра не только атома водорода, но и спектров электронов других атомов. Одновременно была получена математическая модель, которая оказалась законом формирования энергий связей электронов с протонами ядер. Из математической модели закона формирования спектров атомов и ионов, как мы сейчас увидим, автоматически следует формула для расчёта спектров, формируемых электронами атомов при межуровневых переходах.

2. Начало новой теории спектров

Проанализируем лишь один энергетический переход электрона в атоме водорода. Энергия связи электрона в момент пребывания его на первом энергетическом уровне этого атома равна энергии ионизации атома водорода, то есть электрон-вольт (eV). Когда электрон поглощает фотон с энергией 10,20 eV и переходит на второй энергетический уровень, то энергия связи его с ядром уменьшается и становится равной 13,60-10,20=3,40 eV. Естественно, что при поглощении фотона электроном их энергии складываются и мы обязаны записать [1]

(13)

Но этот результат противоречит эксперименту, который указывает на то, что энергия связи электрона с ядром атома после поглощения фотона не увеличивается, а уменьшается и становится равной 3,40 eV, а не 23,80 eV. Поэтому предыдущее соотношение надо записать так [1]

Чтобы устранить противоречие в формуле (14), было принято соглашение: считать энергию электрона в атоме отрицательной и записывать формулу (14) так

(15)

Однако с этим трудно согласиться. Дело в том, что электрон в атоме имеет потенциальную и кинетическую составляющие его полной энергии. И если указанное выше соглашение приемлемо для потенциальной энергии, то на кинетическую энергию его никак нельзя распространять. Поэтому следует поискать более убедительное доказательство обоснованности существования минусов в формуле (15).

Прежде всего, в формуле (15) нет полной энергии электрона. Величина равна энергии ионизации атома водорода. Смысл этой энергии заключается в том, что если электрон поглотит фотон или серию фотонов с суммарной энергией, то после этого он полностью потеряет связь с протоном и станет свободным. Значит, величина соответствует энергии связи электрона с ядром атома водорода в момент, когда он находится на первом энергетическом уровне. Энергия - энергия поглощенного фотона, обеспечивающая переход электрона на второй энергетический уровень, а энергия , равная разности , соответствует энергии связи электрона с ядром атома в момент пребывания его на втором энергетическом уровне [1]. Введем в уравнение (15) полную энергию свободного электрона [1].

(16)

Напомним: здесь 13,60 eV - энергия ионизации атома водорода. Она соответствует энергии связи электрона с протоном в момент пребывания электрона на первом энергетическом уровне, а 3,40 eV - энергия связи электрона с протоном, соответствующая второму энергетическому уровню электрона; 10,20 eV - энергия поглощенного фотона. Величину в уравнении (16) мы можем убрать, от этого равенство не изменится и оно примет вид формулы (15).

Теперь ясно видно, что энергия электрона в атоме - величина положительная, а уравнение (15) отражает изменение только энергий связи электрона при его энергетических переходах, и минусы перед величинами 13,60 и 3,40 означают не отрицательность энергии, а процесс вычитания энергии, расходуемой на связь электрона с протоном [1].

Вот теперь видно, что в момент пребывания электрона на первом энергетическом уровне в атоме водорода, его полная энергия уменьшается на величину энергии связи его с ядром. После поглощения фотона с энергией полная энергия электрона увеличивается, а энергия связи электрона с ядром уменьшается до . Как видно, в соотношении (16) строго соблюдается закон сохранения энергии. Используя экспериментальные данные, запишем аналогичные соотношения для перехода электрона с первого на третий и четвертый энергетические уровни.

 , (17)

(18)

Нетрудно заметить, что по мере удаления электрона от ядра атома его энергия связи с ядром изменяется по зависимости

, (19)

где 1,2,3,....- номер энергетического уровня электрона в атоме - главное квантовое число. Это и есть математическая модель закона изменения энергии связи электрона с ядром атома водорода и водородоподобных атомов. Если бы Нильс Бор получил этот закон, то Квантовая физика и особенно химия были бы сейчас совершенно другими. Физический смысл этой энергии заключается в том, что ей эквивалентна энергия излучаемого или поглощаемого фотона в момент перехода электрона с одного энергетического уровня на другой.

Таким образом, чтобы перевести электрон с одного энергетического уровня на другой, надо затратить энергию, которая эквивалентна изменившейся силе взаимодействия. Обратим внимание на то, что в этом случае энергия ионизации равна энергии связи электрона с ядром, соответствующей первому энергетическому уровню (n=1).

Из соотношений (15), (16), (17), (18) и (19) следует закон формирования спектров поглощения атома водорода и водородоподобных атомов.

(20)

Поскольку спектральные линии поглощения совпадают со спектральными линиями излучения, то математическая модель закона излучения должна быть такой же, как и закона поглощения (20). Вполне естественно, что в момент пребывания электрона на первом энергетическом уровне он не излучает, так как этот уровень является для него предельным. Однако, если он находится на втором энергетическом уровне, то он может излучить фотон с энергией . Уравнение процесса излучения в этом случае запишется так

. (21)

В момент пребывания на третьем и четвертом энергетических уровнях электрон имеет энергии связи с ядром и . При переходе с третьего и четвертого энергетических уровней электрон излучит фотоны с энергиями: и , и уравнения этих процессов запишутся аналогично

, (22)

. (23)

В общем виде эти соотношения запишутся так

. (24)

Сокращая на и преобразовывая, найдем [1]

. (25)

Это полностью совпадает с уравнением (20).

Таким образом, из уравнений поглощения (16), (17) и (18) и излучения (21), (22) и (23) следует одна и та же математическая модель закона излучения и поглощения фотонов электроном при его энергетических переходах в атоме водорода.

А теперь разберемся с физическим смыслом энергий, входящих в закон (25), формирования спектра атома водорода.

- энергия поглощенного или излученного фотона. - энергия ионизации, равная энергии такого фотона, после поглощения которого электрон теряет связь с ядром и становится свободным. Она определяется по тому же соотношению, что и энергия фотона. Энергии связи электрона с ядром атома

(26)

также равны энергиям фотонов. Например, в атоме водорода энергия связи

электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна энергии его ионизации. Поэтому

.

С учетом этого математическая модель закона излучения и поглощения (20) фотонов электроном атома водорода при его энергетических переходах может быть записана так [1]

. (27)

Мы получили математическую модель закона формирования спектра атома водорода, в которую входят только частоты поглощаемых или излучаемых фотонов, то есть частоты вращения фотонов относительно своих осей. А где же частота вращения электрона вокруг ядра атома? Нет её. В энергетической модели этого закона (25) нет и энергии, соответствующей орбитальному движению электрона.

Удивительный факт. Почти сто лет мы полагали, что электрон в атоме вращается вокруг ядра, как планета вокруг Солнца. Но закон формирования спектра атома водорода (20), (25), (27) отрицает орбитальное движение электрона. Нет в этом законе энергии, соответствующей орбитальному движению электрона, а значит, и нет у него такого движения. Это удивительное следствие вынуждает нас задуматься о многом, и, прежде всего, о поспешности признания правильными результаты интерпретации спектра атома водорода, представленные Нильсом Бором.

Вполне естественно, что электрон с протоном сближают их разноименные электрические поля, а ограничивают это сближение их одноименные магнитные полюса (рис. 2).

При поглощении фотонов энергия связи электрона с ядром уменьшается и он, продолжая вращаться, удаляется от него, приближаясь к поверхности атома. Когда электрон излучает фотоны, энергия его связи с ядром атома увеличивается и он погружается глубже в свою "ячейку" (рис. 2).



Рис.2 Схема энергетических переходов электрона атома водорода

С увеличением энергии связи электрона с ядром он ближе приближается к ядру атома или глубже погружается в свою ячейку. Под понятием "ячейка" мы понимаем объем конической формы с вершиной на ядре атома, в которой вращается электрон подобно волчку (рис. 2). Чем больше энергия связи (26) электрона с ядром, тем ближе он расположен к ядру или глубже в своей ячейке.

3. Расчет спектра атома водорода

Подставим в формулы (25) и (26) и В результате получим теоретические значения (теор.) энергий фотонов, поглощаемых или излучаемых электроном при его энергетических переходах в атоме водорода, которые практически полностью совпадают с экспериментальными (эксп.) значениями этих энергий, и энергии связей этого электрона с ядром атома (табл. 1).

Таблица 1 Спектр атома водорода

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп)	eV	10,20	12,09	12,75	13,05	13,22
(теор)	eV	10,198	12,087	12,748	13,054	13,220
(теор.)	eV	3,40	1,51	0,85	0,54	0,38

Из закона спектроскопии (25) следует, что энергии поглощаемых и излучаемых фотонов при переходе электрона между энергетическими уровнями и рассчитываются по формуле [1]

(28)

Нетрудно видеть, что формула (28) аналогична боровской формуле (10), с той лишь разницей, что перед скобками стоит не энергия ионизации атома водорода, а энергия связи электрона с ядром атома в момент пребывания его на первом энергетическим уровне. Для электрона атома водорода она равна энергии его ионизации .

Приведем результаты расчета (табл. 2) по формуле (28) энергий фотонов (теор.), излучаемых или поглощаемых электроном атома водорода при межуровневых переходах и в сравнении с экспериментальными (эксп.) данными.

Таблица 2 Энергии межуровневых переходов электрона атома водорода

Уровни	n, n+1	2...3	3...4	4...5	5...6	6...7	7...8
(экпер)	eV	1,89	0,66	0,30	0,17	0,10	0,07
(теор)	eV	1,888	0,661	0,306	0,166	0,100	0,065

 Формула (28) позволяет рассчитать энергии излучаемых и поглощаемых фотонов при любых энергетических переходах электрона. Например, при переходе электрона с 3-го на 10-й энергетический уровень он поглощает фотон с энергией, которая рассчитывается по формуле

(29)

А если электрон переходит, например, с 15-го на 5-й энергетический уровень, то он излучает фотон с энергией

(30)

Таким образом, приведенные формулы позволяют рассчитать энергию поглощаемого или излучаемого фотона электроном при его переходе между любыми энергетическими уровнями в атоме водорода, поэтому пока нет претензий к боровской формуле (10).

4. Расчет спектра атома гелия

Атом гелия имеет два электрона. Энергия ионизации первого , а второго - . Состояние атома гелия, при котором оба его электрона находятся на первых энергетических уровнях, называется основным, невозбужденным. Энергия возбуждения - это энергия поглощенного фотона. Она равна разности между энергией ионизации электрона и энергией связи электрона с ядром атома, соответствующей тому энергетическому уровню, на который переходит электрон после поглощения фотона. Такие уровни мы назвали стационарными.

Экспериментальная энергия ионизации первого электрона атома гелия

не равна энергии ионизации атома водорода . Нелогичность этого факта была главным препятствием для использования формул (25), (26) и (28) для расчёта спектра, формируемого первым электроном атома гелия.

Тут мы должны признаться, что более года искали причину этой нелогичности. Поэтому есть основания представить последовательность финишной части этого поиска.

Выпишем из справочника энергии возбуждения первого электрона атома гелия, соответствующие стационарным энергетическим уровням. При , имеем (табл. 3).

Напомним, что энергии связи первого электрона с ядром атома определяются, как разность между энергией ионизации и энергиями возбуждения , равными энергиям поглощаемых или излучаемых фотонов (табл. 3).

Таблица 3 Энергетические показатели стационарных энергетических уровней первого электрона атома гелия

Номер уровня, n	Энергии связи , eV	Энергии возбуждения , eV
1	?	24,586
2	3,627	20,96
3	3,367	21,22
4	1,597	23,01
5	1,497	23,09
6	0,847	23,74
7	0,547	24,04
8	0,377	24,21
9	0,277	24,31
10	0,217	24,37
11	0,167	24,42
12	0,137	24,45
13	0,117	24,47
14	0,097	24,49
15	0,077	24,51
16	0,067	24,52

Таблица 4. Энергии связи первого электрона атома гелия с его ядром

Номер энергетического уровня, n	Энергии возбуждения, eV	Энергии связи, eV
		эксперимент	теория
1	24,586	?	13,47
2	21,22	3,37	3,37
3	23,09	1,50	1,50
4	23,74	0,85	0,85
5	24,04	0,55	0,55
6	24,21	0,38	0,38
7	24,31	0,28	0,28
8	24,37	0,22	0,22
9	24,42	0,17	0,17
10	24,45	0,14	0,14
11	24,47	0,10	0,10
12	24,49	0,09	0,09
13	24,51	0,08	0,08
14	24,52	0,07	0,07

Обратим внимание на энергию возбуждения 23,01eV (табл. 3), соответствующую четвертому стационарному энергетическому уровню. В справочнике [А.П. Стриганов] её вообще нет, а в справочнике [А.Н. Зайдель] она приводится без указания яркости линии, то есть как очень слабая или ненаблюдаемая. Как нам поступить в этом случае? Правильнее будет исключить её пока из рассмотрения при поиске закономерности формирования энергий возбуждения, соответствующих стационарным энергетическим уровням. В аналогичном положении находится и энергия возбуждения, равная 20,96eV. Поэтому исключим и её из рассмотрения. В результате будем иметь (табл. 4).

Сразу же обратим внимание на то, как был получен эмпирический закон для расчета энергий связи первого электрона атома гелия

,

приведенный в 4-й колонке в табл. 4 , и полностью совпадающий с законом (26), формирующим энергии связи электронов водородоподобных атомов. Для этого была взята энергия 3,37eV, соответствующая в табл. 3 энергии возбуждения 21,22eV, и умножена на 4.

Полученное число оказалось энергией связи, соответствующей первому энергетическому уровню первого электрона атома гелия. Конечно, это фиктивная энергия, но образовавшийся при этом ряд энергий (табл. 4, последняя колонка) полностью совпадает с рядом соответствующих экспериментальных значений (колонка 3), подтверждая правомочность исключения из этого ряда энергий возбуждения 20,96eV и 23,01eV.

Полученный результат показывает, что энергия связи первого электрона атома гелия, соответствующая первому энергетическому уровню , не равна энергии ионизации этого электрона . Почему? Это центральный вопрос, на который мы дадим ответ при анализе процесса формирования атома гелия.

Невольно возникает вопрос: почему у второго электрона атома гелия значения энергий ионизации и связи с ядром, соответствующих первому энергетическому уровню, совпадают

а у первого нет (и )? Ответ на этот вопрос мы получим при анализе структуры атома гелия.

Если формула (25) действительно является законом формирования спектров атомов и ионов, то, подставляя в формулы (25) (26) и , получим экспериментальные значения спектра первого электрона атома гелия (табл. 5).

Таблица 5 Спектр первого электрона атома гелия

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	21,22	23,09	23,74	24,04	24,21
теор.)	eV	21,22	23,09	23,74	24,05	24,21
(теор.)	eV	3,37	1,50	0,84	0,54	0,37

Великолепный результат, доказывающий линейное взаимодействие электронов с протонами ядер атомов.

5. Расчёт спектра атома лития

В атоме лития три электрона. Литий, содержащий один электрон, считается водородоподобным атомом. Рассчитаем спектр первого электрона атома лития. Его энергия ионизации , а фиктивная энергия связи с ядром, соответствующая первому энергетическому уровню, [1]. Подставляя эти данные в математическую модель формирования спектров атомов и ионов (25) и в формулу (26) расчета энергий связи этого электрона, соответствующих стационарным энергетическим уровням, получим спектр этого электрона (табл. 6).

Таблица 6 Спектр первого электрона атома лития

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	-	3,83	4,52	4,84	5,01
(теор.)	eV	1,18	3,83	4,51	4,83	5,00
(теор.)	eV	3,51	1,56	0,88	0,56	0,39

 Энергия ионизации второго электрона атома лития равна , энергия связи с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна . Подставляя эти данные в формулы (25) и (26), получим (табл. 7).

Таблица 7. Спектр второго электрона атома лития

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	62,41	69,65	72,26	73,48	-
(теор.)	eV	62,41	69,62	72,25	73,47	74,13
(теор.)	eV	13,54	6,02	3,38	2,17	1,50

Энергия ионизации третьего электрона атома лития равна . Его спектр представлен в табл. 8.

Таблица 8. Спектр третьего электрона атома лития

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	91,77	108,78	114,73	117,48	118,98
(теор.)	eV	91,84	108,85	114,80	117,55	119,05
(теор.)	eV	30,61	13,60	7,65	4,90	3,40

6. Расчет спектра атома бериллия

Атом бериллия имеет четыре электрона. Наибольшую энергию ионизации имеет четвертый электрон, а наименьшую - первый. Теоретическая величина энергии ионизации четвертого электрона равна , экспериментальная - [1]. С учетом этого спектр четвертого электрона атома бериллия представлен в табл. 9.

Таблица 9 Спектр четвертого электрона атома бериллия

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	162,28	193,52	204,10	209,00	211,66
(теор.)	eV	163,18	193,40	203,97	208,87	211,53
(теор.)	eV	54,39	24,17	13,60	8,70	6.04

Энергия ионизации третьего электрона атома бериллия равна .

А энергия связи с ядром, соответствующая первому энергетическому уровню, равна .

Подставляя значения и в формулы (25) и (26), найдем (табл. 10).

Таблица 10. Спектр третьего электрона атома бериллия

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	123,7	140,4	146,3	149,0	150,5
(теор.)	eV	123,7	140,5	146,3	149,0	150,5
(теор.)	eV	30,22	13,43	7,56	4,84	3,36

Второй электрон атома бериллия имеет энергию ионизации и энергию связи с ядром, соответствующую первому фиктивному энергетическому уровню, .

Подставляя эту величину и энергию ионизации в формулы (25) и (26), найдем (табл. 11).

Таблица 11 Спектр второго электрона атома бериллия

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп.)	eV	-	11,96	14,72	15,99	16,67
(теор.)	eV	4,15	11,96	14,70	15,96	16,65
(теор.)	eV	14,81	6,25	3,52	2,25	1,56

Первый электрон атома бериллия имеет энергию ионизации и энергию, соответствующую энергии связи электрона с ядром в момент пребывания его на первом энергетическом уровне, . Подставляя и в формулы (25) и (26), найдем (табл. 12).

Таблица 12 Спектр первого электрона атома бериллия

Значения	n	2	3	4	5	6	7	8
(эксп.)	eV	5,28	7,46	8,31	8,69	8,86	8,98	9,07
(теор.)	eV	5,28	7,53	8,31	8,67	8,87	8,99	9,07
(теор.)	eV	4,04	1,80	1,01	0,65	0,45	0,33	0,25

Таким образом, если мы будем удалять по одному электрону из атома бериллия, то их энергии связи в сравнении с энергиями связи электрона атома водорода будут изменяться так, как показано в табл. 13, но когда они все будут в атоме, то энергии их связи с протонами будут одинаковые (табл. 14). Аналогичные энергии связи электронов с протонами имеют и другие, не первые электроны в атомах, и табл. 6, 7, 8 легко приводятся к виду табл. 14 [1].

Таблица 13 Энергии связи электрона атома водорода и 1-го, 2-го, 3-го и 4-го электронов атома бериллия с ядром при их последовательном удалении из атома

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	13,6	3,40	1,51	0,85	0,54	0,38	0,28	0,21	0,17
1	16,17	4,04	1,80	1,01	0,65	0,45	0,33	0,25	0,20
2	56,26	14,06	6,25	3,52	2,25	1,56	1,15	0,88	0,69
3	120,89	30,22	13,43	7,56	4,83	3,36	2,47	1,89	1,49
4	217,71	54,43	24,19	13,6	8,71	6,05	4,44	3,40	2,69
n	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	0,14	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
1	0,16	0,12	0,10	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
2	0,56	0,46	0,39	0,33	0,29	0,25	0,22	0,19	0,17
3	1,21	1,00	0,84	0,72	0,62	0,54	0,47	0,42	0,37
4	2,18	1,80	1,51	1,29	1,11	0,97	0,85	0,75	0,67

Поскольку из экспериментальной спектроскопии следует отсутствие орбитального движения электронов, то каждый электрон этого атома взаимодействует со своим протоном (рис. 2, 3).

Таблица 14 Энергии связи электрона атома водорода и электронов (1, 2, 3, 4) атома бериллия с ядром в момент, когда все они находятся в атоме

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	13,6	3,40	1,51	0,85	0,54	0,38	0,28	0,21	0,17
1	16,17	4,04	1,80	1,01	0,65	0,45	0,33	0,25	0,20
2	16,17	4,04	1,80	1,01	0,65	0,45	0,33	0,25	0,20
3	16,17	4,04	1,80	1,01	0,65	0,45	0,33	0,25	0,20
4	16,17	4,04	1,80	1,01	0,65	0,45	0,33	0,25	0,20
n	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	0,14	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
1	0,16	0,12	0,10	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
2	0,16	0,12	0,10	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
3	0,16	0,12	0,10	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04
4	0,16	0,12	0,10	0,08	0,07	0,06	0,05	0,05	0,04

Так как все четыре протона ядра атома бериллия расположены на его поверхности, и каждый из них имеет по одному свободному магнитному полюсу, то с этими полюсами и взаимодействуют магнитные полюса электронов одноименной полярности, ограничивая, таким образом, сближение электронов с протонами. По мере перехода на более высокие энергетические уровни, они удаляются от ядра атома и друг от друга, и их взаимодействие ослабевает. Данные табл. 14 показывают, что, начиная с 13 энергетического уровня, энергии связи всех электронов атома бериллия с ядром оказываются такими же, как и у электрона атома водорода. Это значит, что при удалении электронов от ядра атома их взаимное влияние друг на друга почти исчезает, и каждый из них начинает вести себя так же, как и электрон атома водорода [1].

Рис. 3

Настала очередь проверить роль принципа Паули в атоме бериллия. Как известно, этот принцип используется при описании поведения элементарных частиц и, в частности, электронов в атомах, протонов и нейтронов в ядрах атомов. Согласно этому принципу электроны в атомах распределяются по уровням и подуровням, которых мы не увидели при анализе структуры атома бериллия и спектров его электронов [8]. И это не удивительно, так как в основе принципа Паули лежит орбитальное движение электронов в атомах, которого, как мы показали, они не совершают. Это резко ограничивает рамки использования принципа Паули при описании микромира.

Экспериментаторы, как мы уже отметили, сфотографировали кластеры графена (рис. 1) из которых однозначно следует отсутствие орбитального движения электронов в атомах.

Светлые пятна в вершинах шестиугольников на фотографии (рис. 1, а) это атомы углерода. Ядро атома углерода состоит из шести протонов и шести нейтронов. Если шесть электронов этого атома летают вокруг ядра по орбитам, то сразу возникает вопрос: каким образом они объединяют атомы в столь чёткие шестигранные структуры и соединяют их между собой в плоские кластеры, названные графенами (рис. 1, а и b)? Теория Нильса Бора и его последователей - бессильна ответить на этот вопрос. Он следует только из новой теории микромира.

В новом законе (20) формирования спектров атомов и ионов этой теории нет энергии орбитального движения электронов в атомах, но есть энергия (19) линейного взаимодействия электронов с протонами ядер атомов [1]. В результате, атом графита, например, получается таким, как его представил В.В. Мыльников (рис. 4) [9]. Есть и видео фильм с вращающимися электронами различных атомов и молекул [10].

Рис. 4 Ядра и электроны атомов графита (графена) и алмаза Атом графена Атом алмаза

Мыльников В.В. в своей статье [9] отмечает, что из новой теории микромира, детально описывающей структуры электрона, протона и нейтрона, следует, что электрон - полый тор, вращающийся относительно центральной оси и кольцевой оси тора.

Его магнитное поле формирует два магнитных полюса северный и южный на концах его оси вращения.

Рис. 5 Кластеры графена

Протон - сплошной тор, вращающийся относительно центральной оси. Он также как и электрон, имеет два магнитных полюса на концах оси вращения. Так как протон почти в 1000 раз меньше электрона, то он представляется в ядре атома в виде светлого шарика, а нейтрон, имеющий шесть магнитных полюсов, в виде голубого шарика. Электрон и протон соединяются так, что их сближают разноимённые электрические заряды, а ограничивают сближение одноимённые магнитные полюса (рис. 2) [9].

Валентные электроны двух атомов сближают их разноимённые магнитные полюса, а ограничивают сближение - одноимённые электрические заряды электрона и протона. В результате и образуется плоская структура из шестигранных ячеек, которую называют кластером графита или графеном. На фото (рис. 1, а и рис. 5) светлые пятна графена - плоские атомы графита.

Линейное соединение валентных электронов плоских атомов углерода (рис. 4) образует шестигранную структуру, которая называется графеном (рис. 1, а, b, c и рис. 5, b). Новая теория микромира позволяет представить детали структуры графена, включая и детали ядер атомов графена (рис. 5, а и с). Теоретическая модель молекулы бензола (рис. 6, а) появилась раньше фотографий кластера бензола (рис. 6, b) [9].

Электронные фотографии кластеров бензола (рис. 6, b), сделанные европейскими исследователями (рис. 6, с) появились в Интернете несколько лет назад. На фотографиях (рис. 6, b) достаточно чётко просматриваются шестигранные молекулы бензола и менее чётко - атомы водорода на внешнем контуре кластера. Электроны атомов водорода представлены на картинке молекулы бензола нарисованной В.В. Мыльниковым (рис. 7) [9].

Рис. 6

Атомы углерода связаны связями валентных электронов. Аналогичным образом связаны и атомы водорода с атомами углерода в молекуле бензола (рис. 6, b и 7).



Рис. 7 Модель молекулы бензола

Заострённые выступы на внешнем контуре кластера бензола (рис. 6 , b) - атомы водорода. Размеры протонов в 1000 раз меньше размеров электронов, поэтому на фото (рис. 6, b) атомы водорода представлены заострёнными выступами на внешнем контуре кластера бензола. Светлые шарики на внешнем контуре - теоретической молекулы бензола - протоны атомов водорода (рис. 8) в вершинах заострений (рис. 6, b) [9]. Микроскоп не видит их.

Методика построения моделей атомов, молекул и кластеров изложена в новой теории микромира [1]. В.В. Мыльников отмечает, что, изучив новую теорию микромира, он построил модели атомов водорода, гелия, лития, бериллия, Бора, графена, алмаза (рис. 8) [9]. Ему удалось не только построить ряд моделей ядер, атомов, молекул и кластеров, но и создать первые видеофильмы об их формировании и излучении фотонов валентными электронами при формировании валентных связей.

Методика расчёта энергий связи между валентными электронами атомов изложена в монографии [1].



Рис. 8 Модели атомов первых химических элементов Атом Бора Атом азота Атом графена Атом водовода Атом алмаза Атом кислорода Атомы: гелия и лития Атом бериллия Ядро атома фтора



Рис. 9 Модели атомов, ионов и молекул

Рис. 10 Модели молекулы водорода



Рис. 11 Модели молекул и

Теперь мы видим, как Природа глубоко скрыла тайну поведения электронов в атомах, и понимаем сложности её поиска, поэтому воздержимся от порицаний в адрес Бора и его последователей. Тем не менее, мы не видим оправданий для столь длительного научного поиска этой тайны. Почему Всевышний далеко не всем адресует способность раскрывать его научные тайны? Мы не знаем.

Заключение

Экспериментальная спектроскопия содержит самый большой массив информации о поведении обитателей микромира. Длительное, отсутствие аналитической теории расчёта спектров атомов и ионов сдерживало понимание процессов взаимодействия электронов с протонами ядер и друг с другом. Закон формирования спектров атомов и ионов, открытый и опубликованный нами в 1993г, отправил в раздел истории науки все теории атомов, молекул и кластеров. Это означало тогда, что все академики точных наук всех академий мира спели свои фальшивые теоретические научные песни. Но они до сих пор не поняли этого и продолжают своё фальшивое пение. Заместитель Президента РАН, академик В. В. Иванов открыто признался в этом: «Мы не знаем замысла реформы РАН». http://www.regnum.ru/news/polit/1880801.html Это значит, что Стереотип академического научного мышления перешёл во вторую, неизлечимую фазу - фазу дебильного научного мышления. Жаль академиков, но ничего не поделаешь. Это - их расплата за служение академическому научному клану, а не научной истине. К.Ф.М. 09.01.2015.

Литература

1. Канарёв Ф.М. Монография микромира.

http://www.micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-45-21/663-2012-08-19-17-07-36

2. Зайдель А.Н. и др. Таблицы спектральных линий. М. «Наука».1977.

3. Стриганов А.Р., Одинцова Г.А. Таблицы спектральных линий. М.: «Наука». 1982.

4. Храмов Ю.А. Физики. М. «Наука». 1983. 395с.

5. Березин Ф.А., Шубин М.А. Уравнение Шредингера. М.: Изд-во МГУ, 1983.

6. Никитин А.А. Рудзикас З.Б. Основы теории спектров атомов и ионов. М.: «Наука». 1983.

7. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Химия. Учебник для 10-го класса. М. «Оникс 21 век», «Мир и образование». 2004. 350 с.

8. Канарёв Ф.М. Новый закон формирования мощности. http://www.micro-world.su/ Папка «Статьи».

9. Мыльников В.В. Микромир открывает свои тайны студентам. http://www.micro-world.su/ Папка «Статьи».

10. Мыльников В.В. Атомы с вращающимися электронами представлены в видеофильмах, в папке ВИДИО http://www.micro-world.su/

Размещено на Allbest.ru