Баллистическая


Спектры атомов и атомные модели



жүктеу 8.2 Mb.
бет44/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   40   41   42   43   44   45   46   47   ...   99

Спектры атомов и атомные модели

Я остался сторонником механистических воззрений XIX столетия и думаю и знаю, что можно объяснить, например, спектральные линии (пока только водорода) без теории Бора, одной ньютоновской механикой.



К.Э. Циолковский [69]
Вальтер Ритц не раз указывал, что ключом к пониманию устройства атома должны стать атомные спектры. И как было показано выше, Ритц действительно пришёл на основе найденных им спектральных закономерностей к классической модели строения атома. Речь, конечно, не о планетарной модели атома Резерфорда, заведшей в тупик, а о куда менее известной классической магнитной модели атома, предложенной В. Ритцем в 1908 г. [50] (§ 3.1.). Согласно Ритцу именно пространственная структура ядра является тем программным центром, который управляет жизнью атома и поведением в нём электронов, подобно тому, как жизнь биологической клетки задана строением клеточного ядра и информационной молекулой ДНК. В магнитной модели ядро управляет полётом электронов посредством магнитных, а не электрических сил. И это естественно: в природе и технике круговое движение электронов создаёт именно магнитная сила, и лишь она объясняет стабильность атома.

Будь движение электронов, как в планетарной модели, вызвано силой Кулона, они неслись бы по орбитам со скоростями порядка скорости света c и мигом бы (за 10–10 с) падали на ядро, растратив энергию на излучение. Магнитные силы меньше электрических и позволяют электронам кружиться гораздо медленней и медленней терять энергию. В магнитной модели энергия электрона на орбите MV2/2=hf, где h – постоянная Планка, а f – частота обращения электрона. Сократив на MV/2, найдём V=2hf/MV=hMr, где r – радиус орбиты электрона. Если r порядка радиуса атома (10–10 м), то V=2300 км/с. Эта скорость, обычная для электронов в лучевых трубках и лампах, на два порядка меньше c. Тогда связанное с вращением ускорение a=V2/r меньше уже на четыре порядка, радиационное торможение мало, и атом живёт долго.

Ядро такого атома мы изображали по концепции Ритца в виде двух цепочек из чередующихся электронов и позитронов (так и информационная основа клеточного ядра – двойная цепочка ДНК из чередующихся нуклеотидов). Однако считается, что электроны и позитроны при контакте исчезают – аннигилируют с выделением энергии. Ведь после не находят ни электронов, ни позитронов. Но с другой стороны при взрыве бомбы горючее и окислитель тоже соединяются, резко выделяя энергию. После взрыва не остаётся ни горючего, ни окислителя. Но разве мы говорим, что они исчезли, обратившись в энергию? Атомы окислителя лишь соединились с атомами горючего, образовав невидимый газ, расширившийся взрывом. Так же и при контакте позитрона с электроном частицы не исчезают, а, слившись в пару не имеющую заряда, перестают регистрироваться приборами (§ 1.16.). Из таких парных сочетаний электронов и позитронов образованы протон, нейтрон и другие "элементарные" частицы, как предполагал ещё Ф. Ленард, и как позднее обосновал В. Мантуров [79]. Кстати, по квантовой механике электрон и позитрон могли б образовать позитроний, аналогичный атому водорода. Но на деле позитроний, в отличие от атомов, нестабилен: кружащиеся частицы сливаются как раз за 10–10 с [82], растратив энергию, чем доказывают порочность планетарной модели, даже в квантовом её варианте. Ведь позитрон, играющий роль ядра, не имеет его структуры и соответствующей структуры магнитного поля.

Что же собой представляет ядро атома водорода - по сути протон, и как создаётся его структура? Ранее мы, следуя идее Ритца, упрощённо представили ядро в форме крестовины из двух цепочек электронов и позитронов, сравнивая его с кристаллом соли, также сложенным из периодично расположенных заряженных частиц. Но поскольку реальные кристаллы, за исключением снежинок, имеют вид многогранников - параллелепипедов и пирамидок с плоскими гранями, то логичней и проще представлять ядро водорода в виде куба или параллелепипеда, скажем, в виде двойного квадратного слоя частиц (рис. 89). Именно в виде таких кристаллов правильной формы, как увидим в дальнейшем, логичней всего представлять частицы, в том числе протон, образующий ядро водорода (§ 3.9.). Поскольку, как было выяснено выше, масса - это величина аддитивная, то масса ядра должна равняться сумме масс образующих его электронов и позитронов. Раз протон имеет вес 1836 электронов, то его можно приближённо представить как параллелепипед размерами 2х30х30 частиц, или, для точности, 2х27х34=1836.



Рис. 101. Возможная структура протона или нейтрона в ядре и схема генерации спектра.

В каждом из слоёв магнитные моменты частиц ориентируются вдоль диагонали слоя, минимизируя энергию взаимодействия. В верхнем и нижнем слое моменты направлены противоположно (Рис. 102.а), образуя структуру магнитного поля как у крестовины. В этом легко убедиться, представив систему набором магнитных диполей: в эквивалентной схеме (Рис. 101, Рис. 102) только края квадратов создают магнитные поля (они перпендикулярны плоскости слоя и смотрят вверх и вниз). Электроны и позитроны расположены в шахматном порядке. В атоме водорода электрон прилипает к этой "магнитной шахматной доске", располагаясь точно над позитронами, будучи притянут ими, а при малых колебаниях в магнитном поле ядра он излучает свет. Как в крестовом атоме, частота f колебаний и излучения электрона принимает дискретный ряд значений f=Rc(1/n2–1/m2), где n и m – целочисленные координаты узла, в котором сидит электрон (Рис. 101).

Рис. 102. Строение протонов в форме квадратов и треугольников и ориентация в них магнитных моментов.

Можно представить протон и в виде однослойного квадрата частиц. Складываясь вдоль диагонали пополам, он образует двойной треугольный слой со структурой поля крестовины и тем же спектром частот. Этот парный треугольник может быть и прямоугольным и равносторонним, тоже дающим водородный спектр (Рис. 102). Кроме водородного модель позволяет рассчитать и другие атомы. Рассмотрим атом с атомным номером Z – содержащим Z протонов. Квадраты протонов могут, как в сэндвиче, склеиться слоями, если над позитронами одного слоя окажутся электроны другого. Их взаимное притяжение и даёт те ядерные силы, что противостоят отталкиванию протонов и быстро (по экспоненте § 3.12.) спадают с удалением [79]. Когда такая "стопка" протонов сложится вдоль диагонали пополам, получится слоёный уголок. В его верхней и нижней части магнитные моменты смотрят в разные стороны вдоль линии сгиба (Рис. 103).

Рис. 103. Склеивание протонов в слоёный уголок с увеличенным в Z2 раз полем B. Выше эквивалентная схема из магнитных диполей μ.

Здесь магнитный момент единицы длины a окажется уже не μ, а μZ2: он найдётся как сумма магнитных моментов отдельных магнитных диполей, образующих арифметическую прогрессию 1μ+ 3μ+ 5μ+...+(2Z–1)μ=μZ2. Соответственно магнитное поле и частота колебаний в нём электрона вырастет пропорционально Z2: f=RZ2c(1/n2–1/m2). И точно, у ионизованных водородоподобных атомов He+, Li2+, Be3+, B4+, C5+, лишённых всех электронов кроме одного, спектры подчиняются этой формуле, дающей спектр водорода с увеличенным в Z2 раз масштабом. Присутствие остальных электронов привело бы к тому, что своим полем они бы исказили движение электрона, генерирующего спектр, и он приобрёл бы совсем иной характер, чем у водорода (§ 3.4.). Впрочем, у атомов с большим Z магнитное поле столь велико, что вносимые электронами искажения оказываются незначительны. Поэтому для спектра излучения электронов, крутящихся в столь сильных полях с огромной частотой и генерирующих рентгеновское излучение, справедлив закон Мозли f=R(Z–b)2c(1/n2–1/m2), отличающийся от найденного лишь малой поправкой b, вызванной влиянием остальных электронов [49, 134].

Впрочем, возможно и другое, более простое объяснение изменению постоянной Ридберга R с изменением атомного номера и заряда ядра Z. Возможно, пропорционально росту заряда ядра Z уменьшается равновесное расстояние a=a0/Z между электронами и позитронами и соответственно увеличивается R=h/16π2ca2M=RHZ2. Это было бы возможно, если бы это равновесное расстояние задавалось, например, амплитудой колебаний электронов возле ядра, или если б оно задавалось магнитным моментом ядра, так же как расстояние между магнитными поплавками в опытах А. Майера определялось магнитным моментом центрального магнита (ядра атома § 3.1.). Такое изменение равновесного расстояния между электронами в электронных оболочках позволило бы также объяснить уменьшение размеров атома в периоде с ростом атомного номера.

В магнитном поле атома электроны могут совершать два типа колебаний. Одни электроны кружатся с жёстко заданными частотами возле узлов атома, генерируя дискретный спектр излучения. Такие электроны будем называть внутренними. Другие же, словно в магнитной ловушке, кружатся вокруг самого атома, обладая энергией E=hf. Эти электроны, которые назовём внешними, создают сплошной (тепловой) спектр излучения и не занимают в атоме устойчивых положений, а кружатся в магнитном поле атомного остова. Это магнитное поле уже не зависит от рода атома и одинаково для всех элементов. Именно такие электроны, кружащие в магнитной ловушке атома, ответственны за сплошной тепловой спектр тел. Они же рождают фотоэффект и Комптон-эффект (§ 4.3., § 4.7.). Эти электроны не задерживаются в атоме надолго, а регулярно от потерь энергии и схода с орбиты покидают его и захватываются новыми атомами. В целом атом – это своего рода комбинация разных приборов – магнитной ловушки, рупорной антенны, гиротрона, циклотрона, преобразующих движение электронов в излучение и обратно. И потому в атоме действуют обычные законы механики, вакуумной СВЧ-электроники и совершенно нет квантовых. Это чётко отмечал ещё К.Э. Циолковский, так же создавший чисто классическую модель атома, о которой ныне, правда, ничего неизвестно. Известно лишь, что с этой моделью, описанной в работе Циолковского "Гипотеза Бора и строение атома" был, вероятно, ознакомлен через А.Б. Шершевского А. Эйнштейн, но это уже совершенно забытая история [69, с. 185].

Как видим, прав был Циолковский: классическими законами вполне можно объяснить спектры атомов, если использовать кристаллическую магнитную модель атома. Более того, спектры буквально кричат именно о такой чёткой модели. Идеально похожие для атомов одного элемента наборы спектральных линий с частотами, заданными точными соотношениями с целочисленными переменными - разве это не удивительно? Столь чёткая структура линий может возникать лишь в кристаллоподобном атоме, где электроны, генерирующие спектр, занимают лишь некоторые устойчивые положения, отделённые одно от другого шагом дискретизации равным периоду кристаллической электрон-позитронной решётки. Ещё Вальтер Ритц, первым нашедший общую формулу для атомных спектров, показал, что атомный механизм генерации спектра обусловлен периодичным расположением частиц. Итак, именно атомные спектры дают подтверждение кристаллической структуры атома.





    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   40   41   42   43   44   45   46   47   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет