Строение атомов химических элементов

Первая модель атома была предложена Томсоном (1904 г.). В рамках этой модели атом напоминал арбуз с вкраплёнными семечками-электронами в заполняющую весь его объём электрически положительную массу.

Вторую модель атома предложил Резерфорд (1911 г.) на основе исследования по рассеянию на тонкой металлической мишени альфа-частиц (ядер атомов гелия) при радиоактивном распаде атомов. Теоретически эта модель была обоснована Бором в 1913 г.

Предлагались и другие модели атомов, но они не пользовались особой популярностью в научной среде.

По представлению Резерфорда атом состоит из электрически положительного ядра, расположенного в центре атома, содержащего весь его положительный заряд, и движущихся вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца, электронов, суммарный отрицательный заряд которых был равен заряду положительного ядра. Движущихся потому, что именно движение не даёт им упасть на притягивающее их ядро.

Хотя обе модели атомов противоречили известным к тому времени законам физики, в качестве основной была принята «планетарная» модель Резерфорда. На первый взгляд, в рамках этой модели атомы должны были бы быстро разрушаться из-за так называемого «синхротронного» излучения, возникающего при движении электрона по криволинейной траектории. Излучения электронов при движении по таким траекториям сопровождается потерей ими кинетической энергии, приводящей к уменьшению радиуса их кругового вращения вокруг ядра и их падения на него.

Чтобы обойти это противоречие, Бором было высказано предположение, что электроны могут вращаться вокруг ядра без потери энергии по круговым орбитам, радиусы которых соответствовали отношению квадратов ряда натуральных чисел.

Относительно строения ядра атома тоже не всё ясно, кроме того, что оно состоит из примерно равного числа протонов и нейтронов. Не найдено пока объяснение, почему имеющие одинаковый знак электрического заряда протоны не отталкиваются друг от друга, как это следует из закона Кулона. Получается ситуация, при которой атомы существуют, хотя приемлемого объяснения для их существования до сих пор нет. Ведь непонятен сам принцип появления таких эксклюзивных орбит, находясь на которых электроны обладают особыми свойствами. 

Поэтому вполне понятно, что более приближенная к действительности модель атома не должна иметь этого недостатка. Мною и предлагается такая модель, полностью соответствующая известным законам физики.

Новая модель строения атома

Начнём со строения ядра атома. Зададим естественный вопрос: для чего необходимы в ядре атома в дополнение к протонам электрически нейтральных нейтронов? Не зная истинного строения протона и нейтрона на этот вопрос не ответить. В статье «Электрон-позитронная Вселенная»[1], возвращён в физику мировой эфир, единственным структурным элементом которого является частица позитроний, состоящая из позитрона и электрона и являющаяся электрическим диполем.

Протон представляет собой «свободный» позитрон, окружённый «облаком» из 920 поляризованных им частиц позитрония. При перемещении позитрона в пространстве, окружающее его «облако» сохраняется, в нём только происходит замена одних частиц позитрония на другие, расположенные вдоль траектории его движения. Следовательно, протон состоит из незаменяемого «свободного» позитрона и 920 заменяющих друг друга частиц позитрония, составляющих Мировой эфир.

Пока позитрон окружён поляризованными им частицами позитрония, он является протоном. Таким образом, частицы-позитронии, которые входят в состав окружающего позитрон «облака», принадлежат одновременно и протону, и мировому эфиру.          

Нейтрон – это тот же протон, «захвативший» «свободный» электрон или электрон из электронной оболочки атома в результате процесса «к-захвата», если сам находится в составе ядра этого атома.

В нейтроне электрон движется по траектории, смещаясь относительно сформировавшего протон позитрона как относительно центра, имеющего положительный электрический заряд. Отсюда становится ясна роль электрона в ядре атома. По существу пара протон + нейтрон представляет собой ядро атома «тяжёлого» водорода – дейтерия, и называется такое ядро дейтроном. Стабильное ядро дейтерия формирует и стабильный изотоп водорода.

Чем же обусловлена стабильность дейтрона? Она обусловлена беспрерывным превращением протона в нейтрон и обратно посредством перехода электрона, имевшегося первоначально в составе нейтрона. Следовательно, назначение нейтрона в составе ядер атомов обеспечит формирование устойчивой пары из двух протонов, связанных воедино одним электроном, подобно тому, как это имеет место в положительном ионе молекулы водорода. Отличие состоит лишь в расстоянии между протонами. Меньшее их расстояние в дейтроне по сравнению с их расстоянием в положительном ионе молекулы водорода приводит к сильной поляризации того из протонов, который в данный момент времени находится в состоянии нейтрона, то есть в момент обладания им электроном. Сильное  поляризующее воздействие протона на нейтрон приводит к тому, что вместе с электроном он «вырывает» из нейтрона и некоторое количество поляризованных им частиц позитрония, содержащихся в нейтроне. Совместное многократное перемещение электрона с некоторым количеством частиц позитрониев в пространстве между частицами, составляющими дейтрон, воспринимается до сих пор как обмен особыми элементарными частицами «минус пи-мезонами».    

Ядро каждого последующего после дейтерия в таблице Менделеева атома химического элемента формируется добавлением к его ядру по одному дейтрону. Следовательно, дейтрон, частица, состоящая их протона и нейтрона, является структурным элементом ядер атомов химических элементов. Из двух дейтронов формируется второй структурный элемент ядер атомов – альфа-частица. Таким образом, ядра атомов всех химических элементов в зависимости от их порядкового номера в таблице Менделеева, состоят или только из одних ядер гелия, или из ядер гелия и одного дейтрона, если порядковый номер нечётный. Поскольку большинство химических элементов имеет изотопы, то кроме двух  основных структурных элементов ядра атомов содержат и третий – нейтроны. Назначение нейтронов двойное – связать в ядрах атомов сначала протоны и нейтроны в дейтрон и альфа-частицы составляющие их ядра гелия и дейтрона. Именно по этой причине к примеру ядро атома свинца кроме 40 ядер гелия имеет дополнительно от 40 до 46 нейтронов, из которых 40 нейтронов находятся в ядрах, а остальные 6, добавляясь к ядру по одному, образуют 6 его изотопов.

Удивительный факт, физики-ядерщики и физики-атомщики до сих пор не поняли назначение и механизм деятельности элементарных и некоторых «особых» частиц в строении и формировании атомных ядер, а, соответственно, и атомов химических элементов.   

Открыв Периодический закон зависимости свойств химических элементов от их массы, Д.И. Менделеев утверждал, что увеличение массы атома приводит и к изменению самого химического элемента. В опубликованной им в феврале 1869 г. статье «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве» он пишет: «Величина атомного веса определяет характер (химического) элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела».

Лишь в 1912 году Мозли на основе опытов удалось установить, что истинной основой Периодического закона является не масса атома, а количество положительных электрических зарядов – протонов, содержащихся в ядре атома, поскольку равную массу атома могут иметь различные химические элементы, называемые «изомерами». С тех пор числовое значение порядкового номера химического элемента совпадало с числом протонов (зарядов) в ядре атомов. В результате до сих пор химическим элементом № 1 считается протий – изотоп атома водорода, имеющий в ядре 1 протон, а, следовательно, и нижнюю величину и электрического заряда и массы атома в целом. В результате до настоящего времени не признана и не понята определяющая роль в формировании атомов различных химических элементов, а точнее в формировании определяющих их атомных ядер, особых частиц: нейтрон, дейтрон (состоящий из протона и нейтрона), являющийся ядром изотопа атома водорода – дейтерия, тритон – ядра третьего изотопа водорода – трития, состоящего из протона и двух нейтронов, и альфа-частица – ядро атома гелия-4, состоящее из двух дейтронов. Не поняв их роль, невозможно познать ни истинное строение атомов (их ядер и электронных оболочек), ни механизма их формирования и преобразования из одних химических элементов в другие.

Строение атомов химических элементов

Строение ядер атомов химических элементов. Прежде всего необходимо ответить на вопрос – имеют ли ядра атомов определённую структуру, то есть состоят ли они только из протонов и нейтронов, или из этих двух типов частиц ещё и формируются какие-либо более сложные структурные элементы ядер, из которых также состоят ядра атомов?

Известно сто с лишним химических элементов, распределённых в Периодической системе Д.И. Менделеева на 7 периодов в зависимости от различия их свойств и на 9 групп по совпадающим свойствам. Известно также, что все химические элементы имеют по несколько (до 25) изотопов, различающихся атомным весом, и, как следствие, другими свойствами. Два этих факта свидетельствуют о наличие у ядер атомов определённой структуры, сформированной из двух основных элементов ядра атома – протонов и нейтронов. Количество протонов в ядрах атомов меняется в соответствии с рядом натуральных чисел, состоящих из нечётных и чётных чисел.

Анализ Периодической системы химических элементов и Периодической системы их изотопов позволил выявить определённые закономерности.

1. В среднем, атомы химических элементов до порядкового номера 20 – кальция – увеличиваются последовательно по атомному весу на два. Такую же величину массы имеет дейтрон, состоящий из протона и нейтрона. Поскольку, последовательное прибавление к первому химическому элементу (по справедливости) изотопу водорода дейтерия, имеющего величину электрического заряда, равного единице, а массу, равную двум, удовлетворяет закономерностям Периодической системы химических элементов, следовательно, ядро атома дейтерия – дейтрон – является структурным элементом ядер атомов.

2. Химический элемент водород имеет три известных изотопа: протий, дейтерий и тритий, и их ядра – протон, дейтрон и тритон имеют одну и ту же величину электрического заряда (единицу), а их атомные веса соответственно имеют величину 1, 2 и 3 атомных единицы. С первыми двумя изотопами ясно, а тритон может состоять из дейтрона и нейтрона. Но дейтрон легко соединяется с нейтроном и естественно, их длительное и близкое соседство приведёт к возникновению изотопа водорода – тритию, ядром которого является тритон. Следовательно, в химических элементах с нечётными порядковыми номерами один из изотопов обязательно будет содержать тритон, а, значит, и он является структурным элементом ядер атомов.

3. Анализ графика (рис. 1) изменения ядерной энергии связи элементов ядер атомов, в котором последовательно выделяются максимумы энергии связи у гелия, углерода, кислорода, неона, ядра которых по электрическому заряду и массе кратны ядру гелия – альфа-частице (2 и 4 соответственно) позволяет утверждать, что и она является структурным элементом ядер атомов.

Дальнейший анализ Периодических систем химических элементов и их изотопов не выявил каких-то других закономерностей ни в строении атомов, ни их ядер, что исключает вероятность наличия в них других структурных элементов.

Однако, есть ещё одна частица, заслуживающая внимание и имеющая (хотя и косвенно) отношение к атомам и их ядрам. Речь идёт о частице, называемой позитроний (не путать с позитроном – электроном с положительным зарядом), состоящей из электрона и позитрона, и являющаяся по моему мнению структурным элементом Мирового эфира и протона. В статье «Электрон-позитронная Вселенная»[2] дано обоснование тому, что двумя единственными поистине элементарными частицами являются только электрон и позитрон. А всё остальное – начиная от Мирового эфира и до звёзд и галактик – их производные. Соединившись в пару, они сформировали частицу – позитроний, являющуюся электрическим диполем. Эти частицы заполняют весь объём Вселенной, обеспечивая не только распространение электромагнитных излучений, электрического и магнитного взаимодействия объектов Вселенной друг с другом, но и являются переменной частью «массы» протона, состоящего из «свободного» позитрона и окружающего его и поляризованного им концентрированного «облака» из 920 частиц позитрония, находящихся в составе Мирового эфира. Из электрона и такого же «облака» формируется антипротон, а из них посредством присоединения к протону электрона формируется нейтрон. А к антипротону посредством присоединения позитрона формируется антинейтрон.

Из этих частиц (протона, нейтрона и свободного электрона) формируются атомы химических элементов, а из них – молекулы и так далее, до звёзд и галактик, объекты флоры и фауны Земли.

Строение электронных оболочек атомов

В начале статьи уже отмечалось, что до сих пор основной моделью строения атома является планетарная, при которой электроны его оболочки вращаются вокруг ядра атома по круговой или эллипсовидной траектории. То, что при этом электрон неизбежно теряет энергию, все понимают. Но куда денешься, если ничего другого не придумали?

По нашему мнению, электронные оболочки атомов имеют не криволинейное движение вокруг его ядра, а возвратно-поступательное через его центр. При этом все идентичные пары электронов (находящиеся, якобы, каждая пара на своей орбите) согласованно в определённой последовательности встречаются в центре ядра атома одновременно. Таким образом, радиус орбиты каждой пары электронов на самом деле является расстоянием максимального удаления каждого электрона пары от центра ядра атома. Это обеспечивает одновременность начала каждого цикла их возвратно-поступательного прямолинейного движения, обеспечивая абсолютное равенство их кинетических энергий в момент взаимодействия. Интенсивное торможение электронов до полной остановки, обусловленное одинаковым знаком их электрического заряда, приводит к излучению обоими электронами в направлении их движения по одному фотону равных энергий. Это приводит к взаимному поглощению ими фотонов посредством комптоновского их рассеивания на свободных электронах, обеспечивая возвратное движение в исходное положение.

Таков механизм сохранения электронами их энергий посредством её непрерывного преобразования из кинетической в потенциальную и обратно. Именно такой моделью строения атома обусловлена разбивка электронов, составляющих его оболочку, на пары. Атомы с нечётным числом протонов в ядре и электронов в оболочке всегда активно и быстро находят недостающий электрон посредством объединения таких атомов в молекулы. Например, при химическом методе получения атомарного водорода его атомы или мгновенно образуют молекулу, или в результате взаимодействия электрона с ядерным протоном преображаются в нейтрон.

Изложенный механизм возвратно-поступательного движения пар электронов в центр ядра и на исходную позицию подтверждает широко распространённый вариант ядерной реакции так называемого «К-захвата» электрона своей же собственной оболочки одним из протонов ядра атома. При этом «захватываются» электроны не только из ближайшего к ядру атома К-слоя, но, фактически, и из любого другого, более удалённого от ядра при наличие электронов и на более близких от ядра расстояний. Именно при таком строении атомов движение их электронов в центре ядра, состоящего из положительных электрических зарядов – протонов, и обратно, исключается распад атомных ядер в результате расталкивания составляющих их протонов в связи с одинаковостью знаков электрических зарядов.