Какие части атома влияют на его массу

Лигостаев Александр Георгиевич

Атом
Атом — это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Атом состоит из ядра, имеющего положительный электрический заряд, и отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра любого химического элемента равен произведению Z на e, где Z — порядковый номер данного элемента в периодической системе химических элементов, е — величина элементарного электрического заряда.
Электрон — мельчайшая частица вещества с отрицательным электрическим зарядом е=1,6•10-19 кулона, принятым за элементарный электрический заряд. Электроны, вращаясь вокруг ядра, располагаются на электронных оболочках К, L, М и т. д. К — оболочка, ближайшая к ядру. Размер атома определяется размером его электронной оболочки. Атом может терять электроны и становиться положительным ионом или присоединять электроны и становиться отрицательным ионом. Заряд иона определяет число потерянных или присоединенных электронов. Процесс превращения нейтрального атома в заряженный ион называется ионизацией.
Атомное ядро (центральная часть атома) состоит из элементарных ядерных частиц — протонов и нейтронов. Радиус ядра примерно в сто тысяч раз меньше радиуса атома. Плотность атомного ядра чрезвычайно велика. Протоны — стабильные элементарные частицы, имеющие единичный положительный электрический заряд и массу, в 1836 раз большую, чем масса электрона. Протон представляет собой ядро атома самого легкого элемента — водорода. Число протонов в ядре равно Z. Нейтрон — нейтральная (не имеющая электрического заряда) элементарная частица с массой, очень близкой к массе протона. Поскольку масса ядра складывается из массы протонов и нейтронов, то число нейтронов в ядре атома равно А — Z, где А — массовое число данного изотопа (см. Периодическая система химических элементов). Протон и нейтрон, входящие в состав ядра, называются нуклонами. В ядре нуклоны связаны особыми ядерными силами.
В атомном ядре имеется огромный запас энергии, которая высвобождается при ядерных реакциях. Ядерные реакции возникают при взаимодействии атомных ядер с элементарными частицами или с ядрами других элементов. В результате ядерных реакций образуются новые ядра. Например, нейтрон может переходить в протон. В этом случае из ядра выбрасывается бета-частица, т. е. электрон.
Переход в ядре протона в нейтрон может осуществляться двумя путями: либо из ядра испускается частица с массой, равной массе электрона, но с положительным зарядом, называемая позитроном (позитронный распад), либо ядро захватывает один из электронов с ближайшей к нему К-оболочки (К-захват).
Иногда образовавшееся ядро обладает избытком энергии (находится в возбужденном состоянии) и, переходя в нормальное состояние, выделяет лишнюю энергию в виде электромагнитного излучения с очень малой длиной волны — гамма-излучение. Энергия, выделяющаяся при ядерных реакциях, практически используется в различных отраслях промышленности.
Атом (греч. atomos — неделимый) наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами. Каждый элемент состоит из атомов определенного вида. В состав атома входят ядро, несущее положительный электрический заряд, и отрицательно заряженные электроны (см.), образующие его электронные оболочки. Величина электрического заряда ядра равна Z-e, где е — элементарный электрический заряд, равный по величине заряду электрона (4,8•10-10 эл.-ст. ед.), и Z — атомный номер данного элемента в периодической системе химических элементов (см.). Так как неионизированный атом нейтрален, то число электронов, входящих в него, также равно Z. В состав ядра (см. Ядро атомное) входят нуклоны, элементарные частицы с массой, примерно в 1840 раз большей массы электрона (равной 9,1•10-28 г), протоны (см.), заряженные положительно, и не имеющие заряда нейтроны (см.). Число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Количество протонов в ядре, равное Z, определяет число входящих в атом электронов, строение электронных оболочек и химические свойства атома. Количество нейтронов в ядре равно А—Z. Изотопами называются разновидности одного и того же элемента, А. которых отличаются друг от друга массовым числом А, но имеют одинаковые Z. Таким образом, в ядрах А. различных изотопов одного элемента имеется разное число нейтронов при одинаковом числе протонов. При обозначении изотопов массовое число А записывается сверху от символа элемента, а атомный номер внизу; например, изотопы кислорода обозначаются:
Размеры атома определяются размерами электронных оболочек и составляют для всех Z величину порядка 10-8 см. Поскольку масса всех электронов А. в несколько тысяч раз меньше массы ядра, масса А. пропорциональна массовому числу. Относительная масса атома данного изотопа определяется по отношению к массе А. изотопа углерода С12, принятой за 12 единиц, и называется изотопной массой. Она оказывается близкой к массовому числу соответствующего изотопа. Относительный вес А. химического элемента представляет собой среднее (с учетом относительной распространенности изотопов данного элемента) значение изотопного веса и называется атомным весом (массой).
Атом является микроскопической системой, и его строение и свойства могут быть объяснены лишь при помощи квантовой теории, созданной в основном в 20-е годы 20 века и предназначенной для описания явлений атомного масштаба. Опыты показали, что микрочастицы — электроны, протоны, атомы и т. д.,— кроме корпускулярных, обладают волновыми свойствами, проявляющимися в дифракции и интерференции. В квантовой теории для описания состояния микрообъектов используется некоторое волновое поле, характеризуемое волновой функцией (Ψ-функция). Эта функция определяет вероятности возможных состояний микрообъекта, т. е. характеризует потенциальные возможности проявления тех или иных его свойств. Закон изменения функции Ψ в пространстве и времени (уравнение Шредингера), позволяющий найти эту функцию, играет в квантовой теории ту же роль, что в классической механике законы движения Ньютона. Решение уравнения Шредингера во многих случаях приводит к дискретным возможным состояниям системы. Так, например, в случае атома получается ряд волновых функций для электронов, соответствующих различным (квантованным) значениям энергии. Система энергетических уровней А., рассчитанная методами квантовой теории, получила блестящее подтверждение в спектроскопии. Переход атома из основного состояния, соответствующего низшему энергетическому уровню Е0, в какое-либо из возбужденных состояний Ei происходит при поглощении определенной порции энергии Еi — Е0. Возбужденный А. переходит в менее возбужденное или основное состояние обычно с испусканием фотона. При этом энергия фотона hv равна разности энергий атома в двух состояниях: hv= Ei— Еk где h — постоянная Планка (6,62•10-27 эрг•сек), v — частота света.
Кроме атомных спектров, квантовая теория позволила объяснить и другие свойства А. В частности, были объяснены валентность, природа химической связи и строение молекул, создана теория периодической системы элементов.

Строение атома
Атом (от греческого atomos — неделимый) — одноядерная, неделимая частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами). Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны (соответственно 1 и 1 а.е.м.). Масса атома определятся массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается. Количество нейтронов можно узнать по разности между массой атома и количеством протонов (N=A-Z).
Вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N) называется нуклидом.
элементарная частица заряд (условные единицы) заряд (Кл) масса (а.е.м.) масса (г)
протон +1 1,6•10×10-19 1 1,7•10×10-24
нейтрон 0 0 1 1,7•10×10-24
электрон -1 -1,6•10×10-19 0 9,1•10×10-28

Поскольку в ядре атома сосредоточена практически вся масса, но его размеры ничтожно малы по сравнению с общим объемом атома, то ядро условно принимается материальной точкой покоящейся в центре атома, а сам атом рассматривается как система электронов. При химической реакции ядро атома не затрагивается (кроме ядерных реакций), как и внутренние электронные уровни, а участвуют только электроны внешней электронной оболочки. По этой причине необходимо знать свойства электрона и правила формирования электронных оболочек атомов.
Свойства электрона
Перед изучением свойств электрона и правил формирования электронных уровней, необходимо затронуть историю формирования представлений о строении атома. Мы не будем рассматривать полную историю становления атомарного строения, а остановимся лишь на самых актуальных и наиболее «верных» представлениях, способных наиболее наглядно показать как располагаются электроны в атоме. Первыми наличие атомов как элементарных составляющих вещества, предположили еще древнегреческие философы. После чего история строения атома прошла сложный путь и разные представления, такие как неделимость атома, Томсоновская модель атома и другие. Наиболее близкой оказалась модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 году. Он сравнил атом с солнечной системой, где в роли солнца выступало ядро атома, а электроны двигались вокруг него подобно планетам. Размещение электронов на стационарных орбитах было очень важным шагом в понимании строения атома. Однако такая планетарная модель строения атома шла в противоречие с классической механикой. Дело в том, что при движении электрона по орбите он должен был терять потенциальную энергию и в конце концов «упасть» на ядро и атом должен был прекратить свое существование. Такой парадокс был устранен введением постулатов Нильсом Бором. Согласно этим постулатам электрон двигался по стационарным орбитам вокруг ядра и при нормальных условиях не поглощал и не испускал энергию. Постулаты показывают, что для описания атома законы классической механики не подходят. Такая модель атома называется моделью Бора-Резерфорда. Продолжением планетарного строения атома является квантово-механическая модель атома, согласно которой мы и будем рассматривать электрон.
Электрон является квазичастицей проявляя корпускулярно-волновой дуализм. Он одновременно является и частицей (корпускула) и волной. К свойствам частицы можно отнести массу электрона и его заряд, а к волновым свойствам — способность к дифракции и интерференции. Связь между волновыми и корпускулярными свойствами электрона отражены в уравнении де Бройля:

где — длина волны, — масса частицы, — скорость частицы, — постоянная Планка = 6,63•10-34 Дж•с.
Для электрона невозможно рассчитать траекторию его движения, можно говорить только о вероятности нахождения электрона в том или ином месте вокруг ядра. По этой причине говорят не об орбитах движения электрона вокруг ядра, а об орбиталях — пространстве вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона превышает 95%. Для электрона невозможно одновременно точно измерить координату и скорость (принцип неопределенности Гейзенберга).

где — неопределенность координаты электрона, -погрешность измерения скорости, ħ=h/2π=1.05•10-34 Дж•с
Чем точнее мы измеряем координату электрона, тем больше погрешность в измерении его скорости, и на оборот: чем точнее мы знаем скорость электрона, тем больше неопределенность в его координате.
Наличие волновых свойств у электрона позволяет применить к нему волновое уравнение Шредингера.

где — полная энергия электрона, потенциальная энергия электрона, физический смысл функции — квадратный корень от вероятности нахождения электрона в пространстве с координатами x, y и z (ядро считается началом координат).
Представленное уравнение написано для одноэлектронной системы. Для систем, содержащих более одного электрона принцип описания остается прежним, но уравнение принимает более сложный вид. Графическим решением уравнения Шредингера является геометрия атомных орбиталей. Так s-орбиталь имеет форму шара, p-орбиталь — форму восьмерки с «узлом» в начале координат (на ядре), где вероятность обнаружения электрона стремится к нулю.
В рамках современной квантово-механической теории электрон описывается набором квантовых чисел: n, l, ml, s и ms. Согласно принципу Паули в одном атоме не может быть двух электронов с полностью идентичным набором всех квантовых чисел.
Главное квантовое число n определяет энергетический уровень электрона, то есть на каком электронном уровне расположен данный электрон. Главное квантовое число может принимать только целочисленные значения больших 0: n=1;2;3. Максимальное значение n для конкретного атома элемента соответствует номеру периода, в котором расположен элемент в периодической таблице Д.И.Менделеева.
Орбитальное (дополнительное) квантовое число l определяет геометрию электронного облака. Может принимать целочисленные значения от 0 до n-1. Для значений дополнительного квантового числа l применяют буквенное обозначение:
значение l 0 1 2 3 4
буквенное обозначение s p d f g
S-орбиталь имеет форму шара, p-орбиталь — форму восьмерки. Остальные орбитали имеют очень сложную структуру, как, например, представленная на рисунке d-орбиталь.
•
s-орбиталь
•
p-орбиталь
•
d-орбиталь
•
вид орбиталей на разных энергетических уровнях (при разных n)
Электроны по уровням и орбиталям располагаются не хаотично, а по правилу Клечковского, согласно которому заполнение электронов происходит по принципу наименьшей энергии, то есть в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел n+l. В случае, кода сумма для двух вариантов заполнения одинакова, первоначально заполняется наименьший энергетический уровень (например: при n=3 а l=2 и n=4 а l=1 первоначально заполнятся будет уровень 3). Магнитное квантовое число ml определяет расположение орбитали в пространстве и может принимать целочисленное значение от -l до +l включая 0. Для s-орбитали возможно только одно значение ml=0. Для p-орбитали уже три значения -1, 0 и +1, то есть p-орбиталь может располагаться по трем осям координат x, y и z.

Электрон обладает собственным моментом импульса — спином, обозначающимся квантовым числом s. Спин электрона — величина постоянная и равная 1/2. Явление спина можно условно представить как движение вокруг собственной оси. Первоначально спин электрона приравнивали к движению планеты вокруг собственной оси, однако такое сравнение ошибочно. Спин — чисто квантовое явление, не имеющее аналогов в классической механике.

Какие части атома влияют на его массу

Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека.

Светлане Плачковой посвящается

Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.

Книга 1. От огня и воды к электричеству
Книга 2. Познание и опыт — путь к современной энергетике
Книга 3. Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики
Книга 4. Развитие атомной энергетики и объединенных энергосистем
Книга 5. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире

Книга 5. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире

Книга 5. Электроэнергетика и охрана окру
ЧАСТЬ 3. Электроэнергетика и охрана окру
Раздел 3. Атомная энергетика и окружающа
3.2. Основные понятия ядерной физики и д

3.2.1. Строение атома

Все в мире состоит из молекул, которые представляют собой сложные комплексы взаимодействующих атомов. Молекулы — это наименьшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства. Молекула состоит из одинаковых (в простом веществе) или разных (в химическом соединении) атомов, объединенных химическими связями. Атом – наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств. Все атомы химических элементов имеют одинаковую структуру. Их линейный размер в диаметре составляет примерно 10 -10 м. Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов, которые размещены на электронных орбитах атома. Электроны в атоме сгруппированы по оболочкам (слоям), которые принято обозначать буквами К, L, М, N, O, P, Q . Строение электронных оболочек подчинено строгому физическому закону – «в одном атоме не может быть двух электронов, находящихся в одном и том же энергетическом состоянии». Это состояние определяется тремя параметрами: энергией связи электрона в атоме, характером его вращения вокруг ядра (орбитальным моментом) и вращения вокруг собственной оси (спином). Каждая электронная орбита соответствует вполне конкретному значению энергии связи, благодаря которой электроны удерживаются в атоме. Электроны, получившие дополнительную энергию, могут переходить на орбиту, более удаленную от ядра, или вообще покидать пределы атома. Состояние атома, в котором электроны перешли со свойственной им оболочки на более удаленную от ядра орбиту, является, как правило, неустойчивым. Время его нахождения в таком возбужденном состоянии не превышает 10 -8 с. При переходе электрона с удаленной на более близкую к ядру орбиту выделяется энергия. Ядро – центральная часть атома, состоящая из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Эти частицы, называемые нуклонами, удерживаются в ядрах короткодействующими силами притяжения, возникающими за счет обмена квантами так называемого «сильного» взаимодействия. Размеры ядра примерно в 10–100 тысяч раз меньше линейных размеров атома (диаметр ядра порядка 10 -14 м). Несмотря на относительно малые размеры ядра, в нем сосредоточена практически вся масса атома, что обусловливает очень высокую плотность ядерного вещества. Масса ядра несколько ниже суммы масс составляющих его протонов и нейтронов в свободном состоянии. Эта разница называется «дефектом массы». Ядро элемента X принято обозначать как или X7A , где Z – заряд ядра, равный числу протонов, определяющий атомный номер ядра; A – массовое число ядра, равное суммарному числу протонов и нейтронов. Протон – элементарная частица, носящая единичный положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Он является ядром атома простейшего водорода. Нейтрон – незаряженная элементарная частица с массой покоя, несколько превышающей массу протона. В свободном состоянии нейтрон – неустойчивая частица и претерпевает превращения. Большая проникающая способность нейтронов объясняется тем, что эти частицы не заряжены. Они свободно пролетают сквозь атомы, не взаимодействуя с их электронами и не задерживаясь в своем движении, если только не сталкиваются с ядрами. Протон и нейтрон обозначаются соответственно и , где нижние индексы обозначают заряд , а верхние – массу в атомных единицах массы (а. е. м.), которая округляется до единицы. В качестве а. е. м. принята 1/12 часть массы атома углерода. Масса протона и нейтрона в 1840 раз больше массы электрона. Для протонов и нейтронов существует общее название нуклоны. Положительный заряд ядра определяется количеством протонов в нем. Атом любого химического элемента характеризуется двумя главными параметрами: массовым числом и атомным номером элемента в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Массовое число А – суммарное число протонов и нейтронов в ядре данного атома. Атомный номер Z –число протонов, входящих в состав ядра. Исходя из этих определений, число нейтронов в ядре равно N = A – Z . Ядра элементов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами . В качестве примера можно привести природный уран, который имеет три изотопа: В настоящее время известно около 1500 изотопов. Одни из них устойчивые (стабильные), другие – неустойчивые, радиоактивные. Заряд и массовое число являются основными характеристиками атомных ядер. Разновидности атомов, характеризующиеся определенным массовым числом и атомным номером, называют нуклидами и обозначают символом элемента с указанием атомного номера (внизу слева) и массового числа (вверху слева), например: В периодической системе элементы расположены строго последовательно в порядке возрастания заряда ядер их атомов. При этом свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов. В каждом периоде системы химических элементов Д.И. Менделеева идет построение нового электронного слоя, а в больших периодах также достройка внутренних слоев. Поэтому число электронных слоев в атоме обычно равно номеру периода, в котором находится соответствующий элемент. При нормальном состоянии атома количество его электронов, движущихся вокруг ядра, соответствует количеству протонов в ядре, что приводит к нейтрализации суммарных отрицательных зарядов электронов и положительного заряда ядра. В этом состоянии атом является электрически нейтральной системой. Устойчивость атомных ядер обусловлена ядерными силами притяжения, удерживающими нуклоны в ядре. Особенность их заключается в том, что они достаточно велики на расстояниях, сопоставимых с размерами ядра (в 2–3 раза превосходят силы отталкивания Кулона, действующие между заряженными частицами, входящими в состав ядра). Эта особенность ядерных сил обусловлена энергией связи, которая составляет несколько миллионов электрон-вольт, что от нескольких сотен до нескольких тысяч раз превышает энергию связи электрона в атоме. При этом важно подчеркнуть, что устойчивость ядер атомов обеспечивается лишь при вполне определенных соотношениях протонов и нейтронов. Для легких ядер их число почти одинаково, для тяжелых – доля нейтронов возрастает. Ядра атомов, которые находятся в конце таблицы Менделеева (с атомным номером Z >82), как правило, неустойчивы. При увеличении суммарного числа нуклонов уменьшается сила ядерных притяжений и эффект кулоновских сил отталкивания начинает превалировать. В таких атомах силы ядерных притяжений уже не хватает для обеспечения полной устойчивости ядер, что приводит к процессам их внутренней перестройки (самопроизвольным превращениям), сопровождающимся выделением энергии. Таким образом, у химических элементов с атомным номером (зарядом ядра) Z <83 существуют как стабильные, так и радиоактивные изотопы. У элементов с атомным номером Z >84 имеются лишь радиоактивные изотопы. Такие изотопы называют радионуклидами . Процесс спонтанного перехода атомного ядра в другое ядро или ядра с испусканием при этом различных частиц называется радиоактивным распадом , или радиоактивностью .

Введение

ЧАСТЬ 1. Восстановительная нетрадиционная энергетика

Раздел 1. Общие сведения о возобновляемых нетрадиционных источниках энергии

Раздел 2. Источники возобновляемой нетрадиционной энергетики

2.1. Солнечная энергетика

2.1.1. Солнечная теплоэнергетика
2.1.2. Солнечная электроэнергетика
2.1.3. Состояние и перспективы развития солнечной энергетики

2.2.1. Ветроэнергетические установки
2.2.2. Состояние и перспективы развития ветроэнергетики

2.3.1. Энергетические ресурсы биомассы
2.3.2. Биоэнергетические технологии

Раздел 1. История и мировой опыт энергосбережения

1.1. Энергия и развитие человечества
1.2. Функциональные подходы к проблеме энергоэффективности (из мирового опыта)
1.3. Некоторые специфические элементы политики энергосбережения, общие для разных стран
1.4. Направления деятельности развитых стран в сфере энергоэффективности
1.5. Проблема устойчивого развития

2.1. Советский период
2.2. Энергоэффективность и кризисные явления в экономике начального периода государственности
2.3. Определяющие факторы влияния на энергоемкость ВВП
2.4. Основные элементы государственной политики энергосбережения в Украине и их результативность

Раздел 1. История охраны окружающей среды

Раздел 2. Влияние теплоэнергетики на окружающую среду

2.1. Основные загрязнители окружающей среды
2.2. Сжигание топлива и парниковый эффект
2.3. Методы снижения выбросов токсичных веществ в атмосферу

3.1. Общие сведения об атомной энергетике, радиоактивности и воздействии АЭС на окружающую среду

3.2. Основные понятия ядерной физики и дозиметрии

3.2.1. Строение атома
3.2.2. Общая характеристика радиоактивности
3.2.3. Превращение атомных ядер
3.2.4. Законы радиоактивного распада
3.2.5. Виды ионизирующего излучения и основные понятия дозиметрии

3.3.1. Радиационный фон — природный и техногенный
3.3.2. Последствия использования и испытаний ядерного оружия
3.3.3. Выбросы объектов атомной энергетики
3.3.4. Аварии на АЭС
3.3.5. Радиоактивные отходы ядерно-топливного цикла

4.1. Особенности взаимодействия гидроэнергетических объектов с окружающей средой

4.2. Факторы влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду

4.2.1. Основные положительные факторы
4.2.2. Основные негативные факторы и мероприятия по их минимизации
4.2.3. Неоднозначные факторы

Раздел 1. Энергетическая безопасность

Раздел 2. Законодательство, регулирующее отношения в ТЭК

2.1. Современная система энергетического законодательства Украины и основные направления ее совершенствования
2.2. Правовое регулирование экологических проблем в атомной энергетике
2.3. Правовое регулирование отношений в области энергетики в ЕС
2.4. Договор к Энергетической хартии
2.5. Международные организации в области энергетики

4.1. Основные модели организации рынков электроэнергии
4.2. Организация энергетического рынка Великобритании
4.3. Организация скандинавского рынка электроэнергии

Раздел 1. Объем и структура мирового потребления энергии

1.1. Потребление энергии как фактор экономического роста
1.2. Развитие региональной структуры потребления энергии
1.3. Перспективный спрос на энергию в регионах мира

2.1. Мировое производство конечной энергии. От ископаемой органики — к первичной электрической энергии
2.2. Перспективные виды первичной энергии будущего

3.1. Перспективные энергетические технологии как фактор устойчивого развития энергетики
3.2. Экологически чистые технологии тепловой энергетики
3.3. Перспективы развития мировой энергетики

4.1. Основные направления развития энергетики Украины до 2030 года
4.2. Развитие отраслей топливно-энергетического комплекса
4.3. Ожидаемые результаты реализации и возможные направления корректирования Энергетической стратегии Украины

Какие части атома влияют на его массу

4.1. Состав атомов

Слово » атом» переводится с древнегреческого языка как » неделимый» . Так и предполагалось почти до конца XIX века. В 1911 г. Э. Резерфорд обнаружил, что в атоме существует положительно заряженное ядро. Позже было доказано, что оно окружено электронной оболочкой.

Электронная оболочка – совокупность движущихся вокруг ядра электронов.

Таким образом, атом представляет собой материальную систему, состоящую из ядра и электронной оболочки.
Атомы очень маленькие – так, по толщине бумажного листа укладываются сотни тысяч атомов. Размеры атомных ядер – еще в сто тысяч раз меньше размеров атомов.
Ядра атомов заряжены положительно, но состоят они не только из протонов. Ядра содержат еще и нейтральные частицы, открытые в 1932 году и названные нейтронами. Протоны и нейтроны вместе носят название нуклоны – то есть ядерные частицы.

Нуклоны – общее название протонов и нейтронов.

Любой атом в целом электронейтрален, а это значит, что число электронов в электронной оболочке атома равно числу протонов в его ядре.

Таблица 11.Важнейшие характеристики электрона, протона и нейтрона

Название » электрон» происходит от греческого слова, означающего » янтарь» .
Название » протон» происходит от греческого слова, означающего » первый» .
Название » нейтрон» происходит от латинского слова, означающего » ни тот, ни другой» (имеется в виду его электрический заряд).
Знаки » –» , » +» и » 0″ в символах частиц занимают место правого верхнего индекса.
Размер электрона столь мал, что в физике (в рамках современной теории) вообще считается некорректным говорить об измерении этой величины.

ЭЛЕКТРОН, ПРОТОН, НЕЙТРОН, НУКЛОН, ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА.
1.Определите, насколько масса протона меньше массы нейтрона. Какую часть от массы протона составляет эта разница (выразите ее в виде десятичной дроби и в процентах)?
2.Во сколько раз (приближенно) масса любого нуклона больше массы электрона?
3.Определите, какую часть от массы атома составит масса его электронов, если в состав атома входят 8 протонов и 8 нейтронов. 4.Как вы думаете, удобно ли использовать единицы международной системы единиц измерений (СИ) для измерений масс атомов?

Между всеми заряженными частицами атома действуют электрические (электростатические) силы: электроны атома притягиваются к ядру и вместе с тем отталкиваются друг от друга. Действие заряженных частиц друг на друга передается электрическим полем.

Вам знакомо уже одно поле – гравитационное. Подробнее о том, что такое поля, и о некоторых их свойствах вы узнаете из курса физики.

Все протоны в ядре заряжены положительно и за счет электрических сил отталкиваются друг от друга. Но ядра же существуют! Следовательно, в ядре, кроме электростатических сил отталкивания, действует еще какое-то взаимодействие между нуклонами, за счет сил которого они притягиваются друг к другу, причем это взаимодействие – значительно сильнее электростатического. Эти силы называются ядерными силами, взаимодействие – сильным взаимодействием, а поле, передающее это взаимодействие – сильным полем.

В отличие от электростатического, сильное взаимодействие ощущается только на коротких расстояниях – порядка размеров ядер. Но силы притяжения, вызванные этим взаимодействием (F_я). во много раз больше электростатических (F_э). Отсюда – » прочность» ядер во много раз больше » прочности» атомов. Поэтому в химических явлениях изменяется только электронная оболочка, а ядра атомов остаются неизменными.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Число нейтронов в ядре обозначается буквой N, а число протонов – буквой Z . Эти числа связаны между собой простым соотношением:

Плотность вещества ядер огромна: она примерно равна 100 миллионам тонн на кубический сантиметр, что несоизмеримо с плотностью любого химического вещества.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА, АТОМНОЕ ЯДРО, МАССОВОЕ ЧИСЛО, ЧИСЛО ПРОТОНОВ, ЧИСЛО НЕЙТРОНОВ.

При химических peaкцияx атомы могут терять часть своих электронов, а могут и присоединять » лишние» . При этом из нейтральных атомов образуются заряженные частицы – ионы. Химическая сущность атомов при этом не меняется, то есть атом, например, хлора не превращается в атом азота или в атом какого-нибудь другого элемента. Физические воздействия довольно большой энергии могут вообще » сорвать» с атома всю электронную оболочку. Химическая сущность атома при этом также не изменится – отняв электроны у каких-нибудь других атомов, ядро снова превратится в атом или ион того же элемента. Атомы, ионы и ядра обобщенно называются нуклидами.

Нуклиды – общее название атомов, простых ионов и атомных ядер.

Для обозначения нуклидов используют символы элементов (вы помните, что они могут обозначать и один атом) с левыми индексами: верхний равен массовому числу, нижний – числу протонов. Примеры обозначения нуклидов:

Теперь мы можем сформулировать окончательное определение понятия » химический элемент» .

Химический элемент – совокупность нуклидов с одинаковым зарядом ядра.

Так как заряд ядра определяется числом протонов, то химическим элементом можно назвать совокупность нуклидов с одинаковым числом протонов.Вспомнив сказанное в начале параграфа, мы можем уточнить один из важнейших химических законов.

При химических реакциях (и при физических взаимодействиях, не затрагивающих ядра) нуклиды не возникают, не исчезают и не превращаются друг в друга.

Итак, массовое число равно сумме числа протонов и числа нейтронов: А = Z + N. У нуклидов одного элемента заряд ядра одинаков (Z = const), а число нейтронов N? У нуклидов одного элемента число нейтронов в ядре может быть одинаковым, а может и отличаться. Поэтому и массовые числа нуклидов одного элемента могут быть разными. Примеры нуклидов одного элемента с разными массовыми числами – различные устойчивые нуклиды олова, характеристики которых приведены в табл. 12. У нуклидов с одинаковыми массовыми числами масса одинакова, а у нуклидов с разными массовыми числами – разная. Отсюда следует, что атомы одного элемента могут отличаться по массе.

Следовательно, у нуклидов одного изотопа одинаковое число протонов (так как это один элемент), одинаковое число нейтронов (так как это один изотоп) и, естественно, одинаковая масса. Такие нуклиды совершенно одинаковы и потому принципиально неразличимы. (В физике под словом «изотоп» иногда подразумевают и одинт нуклид данного изотопа)

Нуклиды разных изотопов одного элемента отличаются массовыми числами, то есть числами
нейтронов, и массой.

Изотопы
элемента
водорода

Изотопы
элемента
кислорода

Изотопы
элемента
хлора

Общее число известных ученым нуклидов приближается к 2000. Из них устойчивы, то есть существуют в природе, около 300. Элементов в настоящее время, включая искусственно полученные, известно 110.(Среди нуклидов физики выделяют изобары— нуклиды с одинаковой массой(независимо от заряда))
Многие элементы имеют по одному природному изотопу, например, Be, F, Nа, Al, P, Mn, Co, I, Au и некоторые другие. Но большинство элементов имеют по два, по три и более устойчивых изотопа.
Для описания состава атомных ядер иногда рассчитывают доли протонов или нейтронов в этих ядрах.

Доля – отношение числа тех объектов, долю которых мы определяем, к общему числу объектов.

где D_i – доля интересующих нас объектов (например, седьмых),
N₁ – число первых объектов,
N₂ – число вторых объектов,
N₃ – число третьих объектов,
N_i – число интересующих нас объектов (например, седьмых),
N_n – число последних по счету объектов.

Для сокращения записи формул в математике знаком обозначают сумму всех чисел N_i, от первого (i = 1) до последнего (i = n). В нашей формуле это означает, что суммируются числа всех объектов: от первого (N₁) до последнего (N_n).

Пример. В коробке лежат 5 зеленых карандашей, 3 красных и 2 синих; требуется определить долю красных карандашей.

Доля может выражаться простой или десятичной дробью, а также в процентах, например:

НУКЛИД, ИЗОТОП, ДОЛЯ
1.Определите долю протонов в ядре атома . .Определите долю нейтронов в этом ядре.
2.Какова доля нейтронов в ядрах нуклидов
3.Массовое число нуклида равно 27. Доля протонов в нем 48,2%. Нуклидом какого элемента является данный нуклид?
4.В ядре нуклида доля нейтронов 0,582. Определите Z.
5.Во сколько раз масса атома тяжелого изотопа урана ₉₂U, содержащего 148 нейтронов в ядре, больше массы атома легкого изотопа урана, содержащего в ядре 135 нейтронов?

Из количественных характеристик атома вам уже знакомы массовое число, число нейтронов в ядре, число протонов в ядре и заряд ядра.
Так как заряд протона равен элементарному положительному заряду, то число протонов в ядре (Z) и заряд этого ядра (q_я), выраженный в элементарных электрических зарядах, численно равны. Поэтому, как и число протонов, заряд ядра обычно обозначают буквой Z.
Число протонов одинаково для всех нуклидов какого-либо элемента, поэтому оно может использоваться как характеристика этого элемента. В этом случае оно называется атомным номером.

Атомный номер элемента – характеристика химического элемента, равная числу протонов в ядре любого нуклида этого элемента.

Так как электрон «легче» любого из нуклонов почти в 2000 раз, масса атома (m_o) сосредоточена прежде всего в ядре. Ее можно измерять в килограммах, но это очень неудобно.
Например, масса самого легкого атома – атома водорода – равна 1,674 . 10– 27 кг, и даже масса самого тяжелого из существующих на Земле атомов – атома урана – равна всего лишь 3,952 . 10– 25 кг. Даже используя самую маленькую десятичную долю грамма – аттограмм (аг), мы получим значение массы атома водорода m_o(H) = = 1,674 . 10– 9 аг. Действительно, неудобно.
Поэтому в качестве единицы измерений масс атомов используется специальная атомная единица массы, для которой знаменитый американский химик Лайнус Полинг (1901 – 1994) предложил название » дальтон» .

Атомная единица массы с точностью, достаточной в химии, равна массе любого нуклона и близка к массе атома водорода, ядро которого состоит из одного протона. В 11-м классе из курса физики вы узнаете, почему она в действительности несколько меньше массы любой из этих частиц. Из соображений удобства измерений атомная единица массы определяется через массу нуклида самого распространенного изотопа углерода.

Дальтон (атомная единица массы) – 1/12 часть массы нуклида 12 С.

Обозначение атомной единицы массы – а. е. м. или Дн.
1Дн = 1,6605655 . 10– 27 кг 1,66 . 10– 27 кг.

Если массу атома измеряют в дальтонах, то по традиции ее называют не » масса атома» , а атомная масса. Масса атома и атомная масса – одна и та же физическая величина. Так как речь идет о массе одного атома (нуклида), то ее называют атомной массой нуклида.

Атомная масса нуклида – масса нуклида, выраженная в дальтонах.

Обозначается атомная масса нуклида буквами А_r с указанием символа нуклида, например:
А_r( 16 O) – атомная масса нуклида 16 O,
A_r( 35 Cl) – атомная масса нуклида 35 Сl,
A_r( 27 Аl) – атомная масса нуклида 27 Аl.

Если у элемента есть несколько изотопов, то этот элемент состоит из нуклидов с разной массой. В природе изотопный состав элементов обычно постоянен, поэтому для каждого элемента можно посчитать среднюю массу атомов этого элемента ():

где D₁, D₂, . D_i – доля 1-го, 2-го, . , i-го изотопа;
m₀(1), m₀(2), . m₀(i) – масса нуклида 1-го, 2-го, . i-го изотопа;
n – общее число изотопов данного элемента.
Если среднюю массу атомов элемента измеряют в дальтонах, то в этом случае ее называют атомной массой элемента.

Обозначается атомная масса элемента так же, как и атомная масса нуклида, буквами А_r, но в скобках указывается не символ нуклида, а символ соответствующего элемента, например:
А_r(O) – атомная масса кислорода,
А_r(Сl) – атомная масса хлора,
А_r(Аl) — атомная масса алюминия.

Так как атомная масса элемента и средняя масса атома этого элемента – одна и та же физическая величина, выраженная в разных единицах измерений, то и формула для вычисления атомной массы элемента аналогична формуле для вычисления средней массы атомов этого элемента:

где D₁, D₂, . D_n – доля 1-го, 2-го, . i-того изотопа;
А_r(1), А_r(2), . A_r(i) – атомная масса 1-го, 2-го, . i-го изотопа;
п – общее число изотопов данного элемента.

АТОМНЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА, МАССА АТОМА (НУКЛИДА),АТОМНАЯ МАССА НУКЛИДА, АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ, АТОМНАЯ МАССА ЭЛЕМЕНТА
1)Определите число нейтронов N и число электронов N(е– ) в следующих атомах: .
Какова доля протонов в ядре каждого из этих атомов?
2)Изотопами каких элементов являются нуклиды, содержащие в ядре

нейтронов	5	16	4	1	60	2	146	0
протонов	5	15	3	1	47	1	92	1

Запишите символы этих нуклидов.
3)Какова доля атомов водорода в молекуле воды? На этом примере докажите, что » доля не зависит от порции» , то есть, что доля атомов водорода в любой порции воды равна доле атомов водорода в одной молекуле этого вещества.

4)Какова доля а) атомов кислорода в оксиде азота N₂O₅; б) атомов серы в серной кислоте? 5)Принимая атомную массу нуклида численно равной массовому числу, рассчитайте атомную массу бора, если природная смесь изотопов бора содержит 19% изотопа 10 В и 81% изотопа 11 В.

6)Принимая атомную массу нуклида численно равной массовому числу, рассчитайте атомные массы следующих элементов, если доли их изотопов в природной смеси (изотопный состав) составляют: а) 24 Mg – 0,796 25 Mg – 0,091 26 Mg – 0,113
б) 28 Si – 92,2 % 29 Si – 4,7 % 30 Si – 3,1 %
в) 63 Cu – 0,691 65 Cu – 0,309

7)Определите изотопный состав природного таллия (в долях соответствующих изотопов), если в природе встречаются изотопы таллий-207 и таллий-203, а атомная масса таллия равна 204,37 Дн.

8)Природный аргон состоит из трех изотопов. Доля нуклидов 36 Аr составляет 0,34%. Атомная масса аргона – 39,948 Дн. Определите, в каком соотношении встречаются в природе 38 Аr и 40 Аr.

9)Природный магний состоит из трех изотопов. Атомная масса магния – 24,305 Дн. Доля изотопа 25 Mg – 9,1%. Определите доли остальных двух изотопов магния с массовыми числами 24 и 26.

10)В земной коре (атмосфере, гидросфере и литосфере) атомы лития-7 встречаются примерно в 12,5 раз чаще, чем атомы лития-6. Определите атомную массу лития.

11)Атомная масса рубидия – 85,468 Дн. В природе встречаются 85 Rb и 87 Rb. Определите, во сколько раз легкого изотопа рубидия больше, чем тяжелого.

Для того, чтобы мы могли качественно предоставить Вам информацию, мы используем cookies, которые сохраняются на Вашем компьютере (сведения о местоположении; ip-адрес; тип, язык, версия ОС и браузера; тип устройства и разрешение его экрана; источник, откуда пришел на сайт пользователь; какие страницы открывает и на какие кнопки нажимает пользователь; эта же информация используется для обработки статистических данных использования сайта посредством интернет-сервисов Google Analytics и Яндекс.Метрика). Нажимая кнопку «СОГЛАСЕН», Вы подтверждаете то, что Вы проинформированы об использовании cookies на нашем сайте. Отключить cookies Вы можете в настройках своего браузера.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

СТРОЕНИЕ АТОМА ПО ПРАВИЛАМ РЕАЛЬНОЙ ФИЗИКИ Текст научной статьи по специальности «Физика»

модель атома / ядро атома / спин / электронные орбитали. сильные и слабые взаимодействия / принцип Паули / модель протона / модель позитрона / теория относительности. / atom model / atom nucleus / spin / electron orbitals / strong and weak interactions / Pauli principle / proton model / positron model / relativity theory.

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Руднев Анатолий Дмитриевич

статья посвящена исправлению знаний о структуре атома, ядра и входящих частиц. Получено объяснение «сильных и слабых взаимодействий» в ядре атома . Показана физика деформации (сжатия) электрона по вектору скорости. Выявлена ошибочность «маркировки» электронов квантовыми числами. Доказано, что атом не может обладать разноуровневой структурой.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE STRUCTURE OF THE ATOM ACCORDING TO THE RULES OF REAL PHYSICS

the article is devoted to correcting knowledge about the structure of the atom, An explanation of the » strong and weak interactions » in the nucleus of an atom is obtained. The physics of deformation (compression) of an electron along the velocity vector is shown. The error of «labeling» electrons with quantum numbers has been revealed. It is proved that an atom cannot have a multi-level structure.

Текст научной работы на тему «СТРОЕНИЕ АТОМА ПО ПРАВИЛАМ РЕАЛЬНОЙ ФИЗИКИ»

THE STRUCTURE OF THE ATOM ACCORDING TO THE RULES OF REAL PHYSICS

Rudnev A.D. (Russian Federation)

Rudnev Anatoly Dmitrievich — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Retired, ALEKSEEVKA, BELGOROD REGION

Abstract: the article is devoted to correcting knowledge about the structure of the atom, An explanation of the «strong and weak interactions» in the nucleus of an atom is obtained.

The physics of deformation (compression) of an electron along the velocity vector is shown. The error of «labeling» electrons with quantum numbers has been revealed. It is proved that an atom cannot have a multi-level structure.

Keywords: atom model, atom nucleus, spin, electron orbitals, strong and weak interactions, Pauli principle, proton model, positron model, relativity theory.

СТРОЕНИЕ АТОМА ПО ПРАВИЛАМ РЕАЛЬНОЙ ФИЗИКИ Руднев А.Д. (Российская Федерация)

Руднев Анатолий Дмитриевич — доктор физико-математических наук, пенсионер, г. Алексеевка, Белгородская область

Аннотация: статья посвящена исправлению знаний о структуре атома, ядра и входящих частиц. Получено объяснение «сильных и слабых взаимодействий» в ядре атома. Показана физика деформации (сжатия) электрона по вектору скорости. Выявлена ошибочность «маркировки» электронов квантовыми числами. Доказано, что атом не может обладать разноуровневой структурой.

Ключевые слова: модель атома, ядро атома, спин, электронные орбитами. сильные и слабые взаимодействия, принцип Паули, модель протона, модель позитрона, теория относительности.

Часть 1. Анализ базиса.

Реальной мы называем физику, где правила не декларируются, а обосновываются, где отсутствие знаний не замещают суррогатом (гипотезами) и где царит закон сохранения энергии и, как минимум, не нарушаются второй и третий законы Ньютона1. Что же не устраивает реальную физику в существующих представлениях об атоме?

Рис. 1. Современная модель атома

Если выразиться кратко, то ВСЁ! Всё, начиная с классической картинки, изображающей атом в виде плоских электронных орбит (рис. 1). Всё наукообразное изложение структуры и параметров атома.

Настоящая статья посвящена исправлению ошибок и заблуждений в описании атома.

Когда в игре «Что? Где? Когда?» вручаютприз с такой моделью атома, организаторы не догадываются, что демонстрируют научное невежество. Особенно, — когда называют владельца этих призов корпорацией знаний2. Строение ядра, напоминающее корзину с баскетбольными мячами, просто умиляет детской наивностью. И это еще не предел: в других картинках атом вообще предстает спутанным клубком пряжи.

Заимствуем описание атома из Википедии [1].

Атомы состоят из ядра и электронов (точнее, электронного «облака»). Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Количество нейтронов в ядре может быть разным: от нуля до нескольких десятков. Если число электронов совпадает с числом протонов в ядре, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом.

Ядро, несущее почти всю (более чем 99,9 %) массу атома, состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, связанных между собой при помощи сильного взаимодействия. Атомы классифицируются

1 О первом законе речь не ведем, т.к. он рисует гипотетические условия: отсутствие внешних сил.

2 Мы не подвергаем сомнению профессионализм корпорации, заключающийся в применении эмпирических сведений об атоме. Просто нам кажется кощунством называть знаниями такую модель атома, в которой каждая деталь является суррогатом знаний.

по количеству протонов и нейтронов в ядре: число протонов Z соответствует порядковому номеру атома в периодической системе Менделеева и определяет его принадлежность к некоторому химическому элементу, а число нейтронов N — определённому изотопу этого элемента.

Как нельзя построить космический корабль из вторчермета, так невозможно построить правильную модель атома, не зная строения и свойств входящих в него частиц. Мы не критикуем атомные модели Бора и Резерфорда, — они собирали для нас крупицы знаний в пустыни. Но мы свою модель атома начали с выработки правил построения заряженных частиц вообще [2] и электрона [3] — в частности. Из этих материалов вытекает, что формула Эйнштейна

справедлива при условии, что с — это не скорость света, а среднее во времени значение скорости энергомассы (ЭМ) частицы. А поскольку энергия излучения частиц квантуется постоянной Планка

то логично утверждать, что скорость движения ЭМ — это гармоническая функция времени. Следовательно, это среднее значение С = v скорости движения ЭМ. И мы мимоходом отмечаем, что

Vmax =*С /2 = 1,57С (3), перечеркивая всю теорию относительности. Но формула (1) не перечеркивается, а лишь слегка изменяется

Поэтому она говорит нам, что энергия частиц равна удвоенной кинетической энергии движения ЭМ. Выполнить это условие возможно единственным способом — заставить вращающуюся по орбите энергомассу колебаться в плоскости, перпендикулярной орбите.

Теперь мы обязаны исключить плоские орбиты из красочной модели атома. В таком случае трасса ЭМ будет вычерчивать не круг, а сферу и в нашем инструментарии появляются дополнительно правила классической механики. В частности, для замкнутой сферы энергию можно выразить как произведение давления в сфере на её объем W = PV. Тогда и энергию любого из атомных электронов можно выразить через радиус сферы

откуда следует условие размещения электронов в атоме: R = Const — вот так незатейливо опровергается модель с многочисленными орбитами. В ней электроны характеризуются набором четырех квантовых чисел: -главного квантового числа n (n=K, L, M, N. ), -орбитального l (s, p, d, /. ), -магнитного m ( m=0, ± 1; ± 2. ± l);

-магнитного спинового ms (m = +1 /2).

Кстати, последнее из этих чисел (якобы равное + 1/2) предполагает влияние на энергию электрона через магнитный момент, создаваемый вращением электрона относительно собственной оси (спин). Уже не говорим о том, что электрон в этом процессе предстает не структурированной частицей, а простым булыжником. Но даже в таком понимании спиновая энергия

инвариантна к направлению вращения и не влияет на энергию электрона. Более того, все виды движения электрона в атоме создаются энергией электрона, а не наоборот3. Такие ошибки вряд ли можно называть заблуждениями, это уже надругательство над физикой.

Чего же добивались наши предшественники, вводя столь сложную иерархию атомных электронов? Для чего придумывали столько различительных признаков, словно проводили поименную перепись электронов? Думается, что виною тому был принцип Паули4:

в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинаковым набором четырех квантовых чисел: n, l, m, ms :

Z (n, l, m , ms ) = 0 или 1,

А этот принцип чем-то можно объяснить? — Мы полагаем, это была попытка объяснить различия в валентности5 разных атомов при химических реакциях. А тут «удачно» появились орбиты, — вот на их «заполненность электронами» и списали указанные различия. Якобы при реакциях происходит либо пополнение орбит электронами, либо сброс электронов.

А уж данное заблуждение произошло потому, что не была объяснена кинетическая энергия электрона в формуле (1). Полученное нами правило структурирования заряженных частиц [3] говорит не об орбитах, а о заряженной сфере электронов и атомов. Следовательно, нельзя говорить о различиях в радиусах вращения отдельных электронов. А надо

3 Предположить, что электрон движется под действием внешней силы, невозможно. — Ведь источник силы должен двигаться со сверхсветовой скоростью.

4 Австрийско-швейцарский физик.

5 Новое понимание валентности рассмотрим позднее.

в этом случае использовать правило механики (6), благодаря которому мы узнаём, что расслоение электронов в атоме не только не нужно, а вовсе недопустимо6.

Про структуру ядра критических замечаний нет, поскольку структуры ядра атома попросту нет. Критиковать это положение вещей не имеет смысла.Однако, приведем без купюр общее представление о ядре атома [4].

Ядро атома ещё более стабильное образование, чем сам атом и для объяснения его стабильности в квантовой физике были введены понятия слабых и сильных ядерных взаимодействий. Слабое взаимодействие отвечает за удержание в составе ядра атома а и в- частиц, которые испускаются при распаде тяжелых атомных ядер на более легкие. При этом а- частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов и, фактически, представляют собой ядра гелия, а в- частицы — это положительно или отрицательно заряженные частицы с массой электрона. Сильное взаимодействие отвечает за удержание протонов и нейтронов в составе ядра атома. Согласно современным представлениям, сильные и слабые ядерные взаимодействия действуют как силы притяжения до определенных пределов (расстояний между частицами), а после — как силы отталкивания. Такая зависимость направления сил ядерных взаимодействий от расстояния между элементарными частицами, позволяет объяснить природу устойчивого состояния атомных ядер. Почему силы ядерного взаимодействия ведут себя так, и каково минимальное расстояние, на котором происходит смена знака, современная наука пока не знает. Радиус действия слабого взаимодействия — 10-15 — 10-22 см Радиус действия сильного взаимодействия — 10-13 см Радиус действия электромагнитных сил — 10-13см — œ Радиус действия гравитационных сил — 10-33 см — œ

Кроме этого, при обсуждении строения атома в рамках современной ядерной физики необходимо упомянуть о таких частицах как позитроны и антипротоны.

Позитрон электромагнитный антипод электрона, имеет такую же как электрон массу и заряд, но противоположный знак (+). Открыт в 1923 году и с тех пор достаточно хорошо изучен. В соответствии с представлениями современной науки отнесен к антивеществу, хотя является обязательным участником всех так называемых Р-распадов или в-распадов любого нормального вещества. В ходе многочисленных экспериментов было подтверждено, что в процессе в-распада ядро атома испускает позитрон, при этом масса ядра не меняется, а величина его заряда уменьшается на единицу. При наблюдении в-распада ядер некоторых веществ также было зафиксировано превращение протонов в нейтроны, т.е. испустив позитрон, некоторые протоны становятся электрически нейтральными.

Антипротон — частица, являющаяся антиподом по отношению к протону. Антипротон экспериментально был открыт в 1955 г. Антипротон имеет массу такую же, как и протон, но, в отличие от протона, имеет отрицательный электрический заряд.

Часть 2. Состав атомных ядер

Как уже отмечалось выше, в ядре присутствуют протоны, электроны и нейтроны7. Основные свойства электрона описаны в [3], а сейчас мы познакомим читателя с новым его признаком. Это признак рождается в свойстве заряженных частиц отвечать всем видам энергии одновременно: электрической, магнитной и механической. Так вот при гармоническом колебании энергомассы (ЭМ) электрона угловая координата ЭМ

линейная скорость ЭМ

v(t) = — с • Cos (at) (8) обуславливают текущую кинетическую энергию ЭМ электрона

Ек (t ) = mev2 Cos2 (at ) (9), которая периодически обращается в нуль (в моменты p = жп +1/2 ).А момент инерции (6) не содержит синуса

Ек(t) = Jxa2 /2 = mer^a2 /2 (10).

Сравниваем это выражение с половинкой значения энергии в (9) -кинетической энергией одной компоненты движения ЭМ. Следовательно, подчеркнутое в формуле (9) надо понимать как закон модуляции радиуса электрона

re (t) = reCos(at ) (11).

В этом случае энергия механических колебаний станет равной электрической.

6 Об этом же говорит теорема Гаусса.

7 В реальной физике не считают их самостоятельной частицей, т.к. это временный союз протона и электрона.

Рис. 2. Профиль условно неподвижного электрона

К чему это приведёт? — К изменению профиля электрона (рис.2). Математический радиус электрона не изменился, но вместо шаровой сферы мы получили объемную «восьмёрку».

И что характерно: «восьмерка» лежит на боку. То есть, по вектору скорости электрон сжат на 23% (рис. 3).

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Рис. 3. Профиль электрона в реальной физике

Читатель, ты не поверишь, но в шизоидной теории относительности это подается как доказательство лоренцова сокращения длины:

«. эффект наблюдается для тел любой формы: в направлении движения линейные размеры тела сокращаются тем больше, чем больше скорость движения. Это явление называется лоренцевым (или фицджеральдовым) сокращением. Поперечные размеры тела не изменяются. В результате, например, шар принимает форму эллипсоида, сплющенного в направлении движения».

И плевать они хотели на то, лоренцово сокращение относится к безмассовым объектам, не требующим сил и ускорений. Это световая волна давления, которая не подвержена ускорению8. У неё мгновенное значение скорости превышает скорость света. Но материальные тела не могут этого сделать ни при каких обстоятельствах. Заряженные частицы позволяют себе такое при условии сохранения среднего значения в периоде. Логика-то проста: можно превышать только в периодическом процессе.

Не менее интересна история создания структуры протона. В чём же?

-подчиняясь тем же правилам колебаний ЭМ,

Er = Const = 2,31E — 28 (Дж*м) (12)

протон создает сферу радиусом rp = Er / Ep = 2,31E — 28 / 1,5E —10 = 1,54 E —18 (м).

В то же время его энергомасса очень велика и ее радиус равен 8,7684016 м. На рис. 4 вся необычность ситуации хорошо видна.

8 Скорость света не зависит от скорости источника света.

Рис. 4. Соотношение радиуса сферы протона и радиуса ЭМ

Радиус энергомассы в 569 раз больше радиуса сферы. А еще сфера «укорачивается» на 23%. Поэтому даже на чертеже не удается изобразить амплитуду колебаний энергомассы- столь она мала. Но вычислить — то ее размеры можно: амплитуда колебаний равна 0,77 радиуса сферы и равна 1,19Е-18 м. Это уже в 739 раз меньше радиуса ЭМ.

Столь дотошное рассмотрение этой ситуации нам понадобилось для определения специфических свойств протона, определяющих структуру ядер атомов. Согласно (9) энергия колебаний ЭМ частиц повторяет силуэт профиля сферы (рис. 3). Тогда на поверхности сферы можно отмечать неравномерность распределения энергии (плотности

Здесь Б — площадь сечения ЭМ по ее экватору (недеформированному радиусу).

Для электрона это было как световой зайчик на баскетбольном мяче. А в протоне плотность энергии изменяется во времени, но постоянна по месту действия. Получаются двевибрирующие поверхности ЭМ с большой плотностью энергии. Соответственно, в окружающем протон пространстве формируется векторное поле давления, направленное вертикально (по рисунку) вверх и вниз (рис. 5).

Рис. 5. Специфическое поле давления протона

Все исторические ошибки наследуются, а зачастую обрастают сетью новых заблуждений. Так направление электрического тока было принято считать «от плюса к минусу», а потом выяснилось, что наоборот. Так заряд электрона принято считать отрицательным, а выяснилось [2], что он положительный. А теперь нам довелось определить достоверные факторы движения электронов. — Электроны движутся по вектору спада давления. При этом

нет положительных или отрицательных зарядов. А то, что послужило причиной знакового различия электронов и протонов, было различие конфигурации их полей энергии. Легкие электроны выравнивают поле давления по всей сфере и поэтому оно симметричное.

Тяжелые протоны создают принципиально несимметричное поле давления и уникальную плоскость нулевого давления. Она сродни вакууму и служит главной силой объединения частиц в ядре.

Часть 3. Структура атомного ядра. Силы связи.

Как отмечалось выше, мы не считаем нейтрон самостоятельной частицей. Он состоит из электрона и протона, а их мы уже рассмотрели. Поэтому кратко рассмотрим нейтрон в составе атомного ядра9.

Теперь мы знаем доминанту движения электронов — это перепад давления. Как N-8 полюсы магнита, так и электрон с протоном всегда стремятся сблизиться. Перепад поля давления обеспечивает тяжелый протон, а движется легкий электрон. Подобно кроту он издалека «чувствует» плоскость низкого давления и устремляется по ней к протону. Но по мере сближения электрон обнаруживает, что коридор низкого давления узок — электрон не размещается в нем. Полоска взаимодействия уменьшается. Поэтому сила притяжения тоже уменьшается и к моменту касания частиц близка к нулю. А радиус электрона велик и при соприкосновении частиц начинает работать поле высокого давления, создавая встречный градиент поля. Больше нейтрон в ядре ни на что не способен, — малейшее воздействие на него приведет к разрушению союза. По этой причине нейтроны всегда регистрируются при распаде ядер.

Можно также отметить наличие предположительных факторов для образования позитронов в ядре. Возможно, что это влияние повышенной плотности энергии при сближении частиц. В этом случае сфера электрона стремится уменьшить свой объем и «выворачивается наизнанку». Проще говоря, центр вращения радиуса сферы из точки превращается в кольцо вне сферы (рис.6).

В таком случае сфера становится разомкнутой и существовать такая античастица может только при воздействии извне давления Р, замыкающего сферу.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 6. Превращение частицы в античастицу на примере электрона

В таком случае сфера становится разомкнутой и существовать такая античастица может только при воздействии извне давления Р, замыкающего сферу. Понятно, что при этом силы Р сжимают позитрон в размерах. Такая конструкция «взрывоопасна» в том смысле, что позитрон находится в жутко напряженном состоянии. Это основная кузница / -излучения при самостоятельном освобождении позитрона или — внешнем. Ясно, что излучаемые позитроны обязаны вернуться в «овечью шкуру», т.е. — в нормальный электрон. Так же очевидно, что при этом высвобождается квант энергии АЕ = А(РУ) , позаимствованный у протонов.

Несколько слов о кварках: с высокой степенью уверенности можно утверждать, что кварки — это компоненты энергии электрона (частицы). Их три, причем одна из них — гармонические колебания ЭМ с частотой ( = с / Г, вторая — орбитальное вращение ЭМ с частотой С(, а третья — асимметричные (возвратные) колебания с участием обеих частот ( и С(. Вот эти различия и отражались красочными именами кварков. Это не массовые части электрона, а энергетические. Поэтому кварки не наблюдаются в опыте, а регистрируются только в проявлениях.

9 На свободе он распадается за 880 секунд.

Итак, ядра могут содержать произвольное число протонов согласно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Водород — самый простой из них — не нуждается в анализе. А его модификации — дейтерий и тритий — уже требуют рассмотрения. Причем, для дейтерия уже определено правило [2] соединения двух протонов: это их антипараллельная ориентация. Их плоскости низкого давления как присоски соединяются в одну, общую. Энергомассы обкатывают друг друга (рис.7) бесконфликтно. Назовем этот союз парой 2р. Он может участвовать и в других комбинациях.

Рис. 7. труктурирование ядер10

Это пример синтеза ядер. Он показывает, что в ядрах существуют своеобразные центры отрицательного давления

— пары 2р протонов. Именно их расположение определяет направление, в котором возможно притяжение других атомов. Не валентность атомов, нез аполненность мнимых электронных орбит, а именно геометрия «причалов» в ядре определяет, сколько атомов можно присоединить. И максимальная «валентность» — это простая возможность размещения внешних атомов вблизи причалов.

Также видим, что нейтроны (как слабосвязанные образования) не меняют структуру своих электронов. Иное дело

— электроны, связывающие пары протонов. Они под действием протонных сил сжатия Р превращаются в позитроны.

Вероятно, читатель уже догадался, что атом представляет собой сферу, общую для всех внешних электронов, в центре которой и расположено ядро. Силы Кулона обеспечивают одинаковый фазовый сдвиг электронов на орбите. Он стремится к синхронизации с колебаниями ЭМ. Отсюда получается невольное ограничение числа электронов на орбите П = 1/ X = 137 . Похоже, что это и есть предельный порядковый номер элементов в таблице Менделеева.

Огромная энергия ядра

где: z- порядковый номер в таблице Менделеева,

N число протонов, а

Ес-энергия связи кластеров ядра,

создает вокруг себя несимметричное объемное поле по известному правилу

Ех (г) = Ехгх / г (15).

Подобно тому, как для электрона можно вычислить давление в его сфере

р = Е / V = 8,72Е + 29 (Н/м3) (16),

так и для атома с его энергией Еa=Ея+zEe можно найти объем сферы и, соответственно, — радиус атома. Это предварительная оценка. Реальная энергия сферы будет ниже из-за несимметрии поля энергии ядра. Объяснение этому простое: плоскости низкого давления протонов ядра (рис. 5) подобно лучам прожекторов обладают дальнодействием. Поэтому даже за пределами атома действуют силы притяжения, локализованные «причалами» ядерных протонов.

Все подходы по радиусу электрона (8 — 11) остаются справедливыми и для атома в целом. Только теперь не энергомасса электрона вычерчивает профиль сферы (рис. 3), а сами электроны. И практическое наблюдение формы атома [6] подтверждает наши выкладки (рис. 8).

Рис. 8. Реальная форма атома углерода

Более подробно описать атом в такой статье невозможно. Но и приведенного материала достаточно, чтобы подтвердить устранение ошибок в модели атома и атомного ядра. При этом модель освободилась от всех квантовых чисел, орбиталей, сильных и слабых взаимодействий, а также от щупалец теории относительности.

10 Здесь символом z обозначены позитроны.

Список литературы /References

1. Википедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.Org/wiki/ATOM/ (дата обращения: 31.01.2022).

2. Руднев А.Д. Физика заряженных частиц. Размышляем вместе. Ж. «Процветание науки», 2021. № 3 (3).

3. Руднев А.Д. Заряженные частицы. Электрон. Ж. European Science, 2021. № 6 (62).

Какие части атома влияют на его массу

Лигостаев Александр Георгиевич

Какие части атома влияют на его массу

Книга 5. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире

3.2.1. Строение атома

Какие части атома влияют на его массу

СТРОЕНИЕ АТОМА ПО ПРАВИЛАМ РЕАЛЬНОЙ ФИЗИКИ Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Руднев Анатолий Дмитриевич

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Руднев Анатолий Дмитриевич

THE STRUCTURE OF THE ATOM ACCORDING TO THE RULES OF REAL PHYSICS

Текст научной работы на тему «СТРОЕНИЕ АТОМА ПО ПРАВИЛАМ РЕАЛЬНОЙ ФИЗИКИ»

Добавить комментарий Отменить ответ