ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДАХ ЭЛЕКТРОНОВ И ПРОТОНОВ Текст научной статьи по специальности «Физика»
Анализом связи комптоновских радиусов тороидальной структуры электронов и протонов с постоянной Планка h и скоростью света вновь поднят почти забытый вопрос А. Эйнштейна о существовании «кванта электрического заряда» q, превышающего «элементарный» e почти в тридцать раз. Рассмотрение последнего через весовые и пространственно-временные параметры названных частиц привело к выявлению двух новых констант, одна из которых аналогична h и меньше ее по значению в ≈861 раз. Выявленной константе h 0 дано название «постоянная наименьшего кинетического момента». Подобный термин дан заряду e — «наименьший электрический заряд», а заряд q назван «наибольший электрический заряд». Отношение квадратов этих зарядов, как и постоянных h и h 0, в точности совпадает с величиной, обратной постоянной тонкой структуры a, вычисляемой из соотношения с нередуцированной постоянной Планка. Продемонстрировано существование у электронов , протонов , нейтронов и мюонов одновременно двух названных зарядов в явном или компенсированном состоянии и их связь друг с другом через постоянные h и h 0, а также существование промежуточных зарядов между границами значений, определяемыми q и e. Показаны причины преимущественной экспериментальной регистрации заряда e в отличие от q у электронов и протонов .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Бойченко А.П.
Эксперименты из теории единого поля
Постулаты при квантово-механических расчетах и описании свойств атома водорода
Иерархия мироздания и математическое получение константы в усовершенствованных уравнениях Максвелла
Туннельный эффект, ядерные силы и нейтрино в постстандартной физике
Вывод соотношения масс протона и электрона на основе законов мироздания и термодинамического равновесия
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДАХ ЭЛЕКТРОНОВ И ПРОТОНОВ»
ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДАХ ЭЛЕКТРОНОВ И ПРОТОНОВ
Кубанский государственный университет, г. Краснодар
Анализом связи комптоновских радиусов тороидальной структуры электронов и протонов с постоянной Планка к и скоростью света вновь поднят почти забытый вопрос А. Эйнштейна о существовании «кванта электрического заряда» q, превышающего «элементарный» е почти в тридцать раз. Рассмотрение последнего через весовые и пространственно-временные параметры названных частиц привело к выявлению двух новых констант, одна из которых аналогична к и меньше ее по значению в =861 раз. Выявленной константе к0 дано название «постоянная наименьшего кинетического момента». Подобный термин дан заряду е — «наименьший электрический заряд», а заряд q назван «наибольший электрический заряд». Отношение квадратов этих зарядов, как и постоянных к и к0, в точности совпадает с величиной, обратной постоянной тонкой структуры а, вычисляемой из соотношения с нередуцированной постоянной Планка. Продемонстрировано существование у электронов, протонов, нейтронов и мюонов одновременно двух названных зарядов в явном или компенсированном состоянии и их связь друг с другом через постоянные к и к0, а также существование промежуточных зарядов между границами значений, определяемыми q и е. Показаны причины преимущественной экспериментальной регистрации заряда е в отличие от q у электронов и протонов.
Ключевые слова: эйнштейновский или наибольший электрический заряд, наименьший электрический заряд, электроны, протоны, тороидальная структура, постоянные наименьшего и наибольшего кинетического момента
В 1907 году известным физиком-теоретиком А. Эйнштейном было записано математические соотношение для элементарного электрического заряда Q, который он выразил через две фундаментальные константы — постоянную Планка к и скорость света с:
0 = 4ьС = 4,457-10″13 ке^ш1-^»1. (1)
Рассчитанная по (1) величина Q оказалась в =29 раз больше экспериментально установленного значения этого параметра для его носителей -электрона и протона, составляющего 1,519^10-14 kg0’5m1’5s-1 или в рамках Международной системы единиц — 1,602-Ш-19 С. По возникшей ситуации на берлинской конференции 1979 года, посвященной 100-летию со дня рожде-
1 Доцент кафедры Оптоэлектроники, доктор физико-математических наук.
ния А. Эйнштейна, профессор Г. Тредер цитировал слова ученого [1, с. 109]: «Если у меня есть к и с, я должен получить и Q. Констант к и с должно быть достаточно, чтобы объяснить существование элементарного заряда. В действительности квантовая физика оказалась не в состоянии это сделать. ». «Паули считал, что именно по этой причине Эйнштейн так скептически высказался относительно завершенности квантовой теории» [1, с. 110]. Как отмечает автор книги «Фундаментальные физические постоянные» О. Спиридонов [1]: «Веря в понятность природы, Эйнштейн дерзнул предложить наличие соотношения между квантово -механическими константами к и с и индивидуальной характеристикой электрона — его зарядом, который в этом случае имеет смысл квантово-механического заряда.».
Появление на рубеже ХХ-ХХ1 вв. новаторских работ В.А. Ацюковско-го [2, 3], Я.Г. Клюшина [4, 5], Ф.М. Канарёва [6-8] и других ученых в области физики микромира, стимулировало наши исследования в отыскании величины индукции (далее, для упрощения понимания, будем говорить о напряженности) магнитного поля у кольцевых элементов электромагнитной структуры фотонов [9], модель которых предложена в [7, 8]. В свою очередь это потребовало определить величину электрического заряда у таких элементов и фотонов в целом [10]. Неожиданно выяснилось, что искомый параметр для фотонов всего диапазона электромагнитного спектра — величина постоянная и совпадающая с эйнштейновским зарядом q, который согласно Международной системе единиц можно записать в виде:
q = Л/ 4пе0 Не = 4,701298-1018 С, (2)
где е0 — электрическая постоянная.
Особо отметим, что величина q была получена нами без использования
произведения *1йё, а через фундаментальные свойства фотонов — их массу ткх,, длину волны X и частоту колебаний V (вращения) [7, 8], то есть по формуле [10]:
q = л/ 4кг0т1№13 V2. (3)
Настоящая работа посвящена выявлению названного заряда с помощью (3) у его явных носителей — электронов и протонов и установлению физической сущности q. Для этого выпишем основные характеристики перечисленных частиц с некоторыми универсальными константами и физическими постоянными, которые приведены ниже в таблице, а результаты проводимых расчетов будем представлять с точностью до шестого знака после запятой.
Основные физические и геометрические характеристики электронов и протонов, а также некоторых физических постоянных [1]
Характеристика Обозначение, значение и размерность
Масса покоя от, = 9,1093897 -10″31 ке шр = 1,6726231-10″27 ке
Комптоновский радиус Ке = 2,42631058-10″12 ш Яр = 1,32141002 • 10″15 ш
Классический радиус Г = 2,81794092-10″15 ш Г = 1,534698-10″18 ш
Магнитный момент Ые = 9,2847701-10″24 3■ Т»1 Мр = 1,41060761 ■Ю»26 3 ■ Т»1
Скорость света в вакууме с=299792458ш■э»1
Магнитная постоянная ц0 = 1,2566370614 ■10″6 N ■ А»2
Электрическая постоянная е0 = 8,854187817-10″12 F■ т»1
Постоянная Планка к = 6,6260755 ■10″34 3 ■ э
Постоянная тонкой структуры а = 7,29735308 -10″3
Константа локализации [7, 8] к = 2,21022087 ■ 10″42 ке ■ ш
Константа формирования [11] К = 7,37250327 ■10″51 ке ■ э
Электрический заряд е = 1,60217733-10″19 С
Эйнштейновский электрический заряд д = 4,701298 ■ 10″18 С
Магнетон Бора Мв= 9,2740154 ■Ю»24 3 ■ Т»1
Ядерный магнетон МК= 5,0507866■Ю-27 3■ Т»1
Рис. 1. Тор и его некоторые геометрические параметры (описание в тексте)
Основываясь на тороидальной модели электрона и протона [7, 8] перечислим некоторые геометрические параметры тора, необходимые для поиска q и е (см. рисунок): ось вращения /, параллели — окружности, плоскости
которых перпендикулярны оси /, и меридианы — окружности, плоскости которых параллельны / и могут касаться ее. Наименьшая параллель радиусом г называется горлом, а наибольшая — экватором с радиусом Я. При рассмотрении распределения напряженности магнитного и электрического полей в горловинной части тора будем условно говорить о его полюсах.
Выясним наличие заряда q у рассматриваемых частиц, обозначив его соответственно через qe и qp.
де =у14п£0теКъеП2е = др = ^ЛЕот/ГО
41икЬ _ л 1ЛПП« 10-18Г
д = ^ 4ле0 Не = ¡^-^ = 4,701298 -10″18 С, * До
где Ое и О„ — частоты вращения электронов и протонов:
т£_ = _с_ = й = щ = 1 235589,1020 в»1; (5)
Из результата решения (4) видно, что значения qe и qp как между собой, так и с эйнштейновским зарядом q полностью совпадают. Следовательно, электроны и протоны являются носителями последнего. Таким образом, мы вновь возвратились к почти забытому вопросу А. Эйнштейна о «кванте электрического заряда», а вместе с ним к перечню других, вытекающих из него:
1. Верно ли предположение, что получаемый из универсальных констант к и с заряд q также должен быть универсальным и содержаться во всех «квантово-механических объектах» (фотонах, нейтронах, мюонах и пр.) в явном или скрытом (компенсированном) состоянии?
2. Почему заряд q никак не проявляет себя во многих экспериментах с участием электронов и протонов, хотя превышает е почти в 30 раз?
3. Если е уже считается универсальным и наименьшим электрическим зарядом, то какие константы определяют свойство постоянства его величины? Имеет ли он с q какую-либо связь?
Отвечая на первый вопрос напомним, что заряд q был нами теоретически получен в [10] по формуле (3) для фотонов всего электромагнитного спектра через их массу, длину волны и частоту колебаний. Для электронов и протонов решение уравнения (4) дало аналогичный с фотонами результат. Поэтому не остается сомнений в наличии заряда q у других частиц. Проверим это на примере нейтронов, выписав из [1] необходимые для расчета qn величины их массы тп = 1,6749286 -10″27 к^ и комптоновского радиуса Я = 1,3195911-1015 т:
4ю0тХп2п = д =^ 4т0кс = I-
9п =л/4^0^ = д ^4пе0Ас = 4 р^ = 4,701298 • 1018 С, (7)
т С с Ъ т где Пи= -2— = — = —— = т = 2,271858-1023 8″1 — частота вращения
Как видно из (7) результат его решения полностью совпадает с (4). Таким образом, давая положительный ответ на первый вопрос в дополнение ему скажем, что по известным пространственно-весовым параметрам мюо-нов для них также было получено значение электрического заряда, совпадающее с д = 4,701298-10″18 С.
Поиск ответа на второй вопрос начнем с анализа равенства (4) и отметим, что оно обеспечивается только при использовании в расчетах компто-новских радиусов частиц и нарушаются при использовании их классических радиусов. Этот факт является дополнительным подтверждением ранее высказанного постулата [7, 8] считать комптоновские радиусы электронов и протонов за их истинные размеры, определяемые радиусом экватора, а классические — за радиусы горловин (или «цилиндров» [7, 8]), определяющих максимальное сближение магнитных силовых линий в центре тора и образующих его внутренние стенки. Иными словами радиусы ге и гр по [7, 8] — это лишь размеры названных геометрических частей тороидальной структуры электронов и протонов. Поэтому у нас есть основание предполагать, что электрический заряд е также является частью заряда д.
Выясним это с помощью соотношения (4), обозначив в нем искомые заряды электронов и протонов через ее и ер, а частоты вращения «магнитных горловин» частиц — через юе и юр. Однако, определение последних уже не может проводится через постоянную Планка или производные от нее константы, так как параметр к характеризует свойства целых частиц, а не их частей, что следует из известного соотношения для неопределенности В. Гейзенберга. Покажем это, воспользовавшись соотношениями (5) и (6), заменив в них комптоновские радиусы Яе и Яр на радиусы «магнитных горловин» ге и гр.
ю = — = 1,063870-1023 = 9,160165-1025 s»1; (8)
Ю = — = 1,953429-1026 = 1,681946-1029 s»1. (9)
тсге = 7,695589-10~37 = т сг = 7,695589-10 37 1-8
Запомним неравенство (10). Оно окажется определяющим не только в поиске ответа на третий вопрос, но и в выявлении новых констант.
Кроме того, использование значений правых частей неравенств (8) и (9) для оценки скорости вращения «магнитных горловин» электронов и протонов дает результат, превышающий скорость света в -861 раз:
ге • 9,160165-1025 = гр-1,681946-1029 = 2,581280-1011 т• б»1; (11)
Поэтому соответствующие действительности мы считаем значения юе и юр левых частей неравенств (8) и (9). На основе изложенного теперь можно теоретически оценить требуемые величины ее и ер:
ее =Л14пе0ОТЛЧ2 = 4АПе-°теГе
= ^ Л=в = 1,602177 -10″19С.
Из соотношения (13) видно их полное совпадение с экспериментально установленным значением е, а также просматривается аналогия этого соотношения с (4) для де и др, которое теперь можно переписать в виде:
q = 7 4пв0Йс = = че =7 ^т^П] =4 4пе0тА2Плюе =
>/4Пе—= х/4Ле—= 4,701298 • 10″18 С.
Итак, тороидальная модель структуры электронов и протонов [7, 8] позволила не только выявить у них наличие эйнштейновского заряда q, но и обосновать принадлежность заряда е, который теперь можно назвать «наименьший или полюсовой электрический заряд», а q — «наибольший или экваториальный электрический заряд». Ясно, что первый сосредоточен в центрально-осевой части тороидальной структуры частиц, их горловине, а второй — преимущественно на экваторе. Это дает ключ к ответу на второй вопрос. Он следует из оценок величин напряженности магнитного и электрического полей электронов и протонов в экваториальной области — ВеЬ Ее1 и Вр1, Ер1, и на их полюсах — Ве2, Ее2 и Вр2, Ер2. Для расчета последних параметров запишем соотношения, аналогичные для расчета первых через постоянную к с целью дополнительного подтверждения ее неприменимости в оценке физических характеристик наименьших частей частиц (поэтому достоверными для Ве2 и Вр2 считаем левые части неравенств (16) и (20), которые используем в расчетах Ее2 и Ер2).
В, = = т- = = —Т = —с = 2,394119-107 Т; (15) -1 д Яед 4тЯ] дЯ- дс2 ( )
= —^ = = ^ес = 6,048776. 1011 ф — = М = 5,208132 • 1014 Т; (16)
= = В- = 7,177388.1015 V • т1; (17)
Ел = Т-Г = = 1,813377.1020 V• т1; (18)
В , = — = -„- = -М0а- = = —„ = 8,071669.1013 Т; (19)
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Л — О П-71 ££0 1 п13
д Я„д 4пЯ„ дЯ1р дс2
В 2 = —^ = —^ = = 2,039318.1018 Ф —■ = = 1,755899.1021 Т; (20) — тр- 4ят -гр -с
Ер 1 ^-О-г = Вр1с = 2,419825.1022 V • т1; (21)
Ер2 = —2 = Вр2с = 6,113723.1026 V• т1. (22)
Напряженность магнитного и электрического полей на полюсах электронов и протонов (то есть, в их горловиной части), превышающая на четыре порядка (!) этот параметр для названных полей в экваториальной области, говорит о том, что в большинстве магнито -электрических экспериментов электроны и протоны будут стремиться сориентироваться к источнику этих полей своими полюсами, в том числе и при взаимодействии друг с другом. Поэтому обработка результатов таких экспериментов на предмет оценки электрического заряда будет приводить к значению е, а не к д. Из сказанного следует, что у рассматриваемых частиц величина заряда должна соответственно меняться от экватора к полюсам и обратно, пробегая значения от д к е, то есть также, как это происходит с напряженностью электрического и магнитного полей.
Выявленная особенность в распределении полей и зарядов у электронов и протонов наводит на мысль о возможности существования у них некоторых промежуточных зарядов ре и рр, значения которых должны лежать в диапазоне между е и д. Поэтому очевиден вопрос о постановке экспериментов по их выявлению или существовании уже имеющихся экспериментальных результатов с участием электронов и протонов, содержащих информацию о зарядах ре и рр. Результаты таких экспериментов действительно имеются в магниторезонансной радиоспектроскопии (МРР), которые посвяще-
ны определению магнитных моментов электронов и ядер атомов, в том числе ядер водорода — протонов [12]. Проведенные еще в первой половине ХХ века экспериментальные оценки Ме и Мр выявили отклонения их значений от теоретически рассчитанных — ¿ив и ^ Это наглядно демонстрирует вышеприведенная таблица. С тех пор было принято говорить об аномалиях магнитных моментов у этих частиц. Обладая новой информацией об электрических зарядах, становится понятно, что связанный с ними магнитный момент в экваториальной области электронов Ме1 и протонов Мр1 будет отличаться от магнитных моментов на полюсах у этих частиц — Ме2 и Мр2. Выясним это, воспользовавшись известными соотношениями для оценки названного параметра. Как и прежде при оценке Ме2 и Мр2 будем приводить неравенства соотношений с постоянной Планка, отражающие ее неприменимость к описанию наименьших частей частиц:
м = у.0чс = дсЯе _ дПеЯе = тес е1 (4п )2 т 4п 4п 4жБе1 Ис Ид
■ = 2,721291-10 I • Т; 4%те
ц„еъс есг еш г2 т с2
М, = -=—^ =—е-г^ = —ее— = 1,077093 -10-26
е2 (4п )2 — 4п 4п 4пБе2
Ис Ие — = 9,274015-10-24 I• Т-1;
м =_ ц0д3с _ ясКр _ ркР _ —Рс
(4п )2 — 4п 4п 4пБр! Ис — Ид — = 1,482061-10 25 I • Т-1;
М 2 = ^ = 1^ = ^ = —рР£1 = 5,866033-10-З0 Ф р2 (4п )2 — 4п 4п 4пБр2
= 5,05078 -10-2′ I • Т
Полученные по (23)-(26) величины магнитных моментов демонстрируют их отличия от известных экспериментальны данных для Ме и Мр (см. таблицу), но попадающих в диапазон изменения значений от Ме1 до Ме2, и от Мр1 до Мр2. Следовательно, из Ме и Мр можно найти заряды ре и рр. Для этого воспользуемся соотношением не связанным с размерами частиц. В результате получим:
тт—— = 1,524812.10″18 С;
Решения (27) ясно показывают, что найденные величины действительно приходятся на диапазон между значениями е и д. Причем, они оказываются
ближе к последнему параметру, отличаясь от него для электронов в д « 3
раза, а для протонов — в — « 2,2 раза. Это естественно, так как в методах
МРР регистрируется изменение переменного магнитного поля радиочастотного диапазона, прикладываемого перпендикулярно постоянному, в котором горловинами своих торов или полюсами сориентированы электрически заряженные частицы. Так как при такой ориентации под действие переменного поля преимущественно попадает экваториальная область частиц с их собственными полями и соответствующими им магнитными моментами, то искомый по последним заряд будет близок к д, что и выявилось из (27). Однако здесь справедлив вопрос: почему данные МРР дают значения электрических зарядов электронов и протонов близкие к эйнштейновскому, а не равные ему? Однозначный ответ на этот вопрос можно дать лишь при детальном рассмотрении физических процессов в технологии реализации МРР с учетом новых данных о е и д. Пока мы можем лишь предположить, что на результат определения магнитных моментов частиц, как и связанных с ними зарядов методами МРР влияет используемое в них модулирующее магнитное поле низкой частоты, прикладываемое параллельно постоянному [12]. Очевидно, под его действием ориентированные постоянным полем частицы будут отклоняться осями своих полюсов от нормали, параллельной силовым линиям последнего. В результате чего «зондирующее» радиочастотное магнитное поле вступит во взаимодействие с магнитными полями частиц, распределенными не на самих экваторах, а на примыкающих к ним участках, где величины полей, как и связанные с ними заряды ре и рр уже отличны от д.
Тогда из соотношений (27), а также данных Ме и Мр легко определить геометрические размеры околоэкваториальных участков электронов 8е и протонов ¿р, на которых распределены заряды ре и рр. Очевидно, что их значения для рассматриваемых частиц также должны лежать в пределах между ге и Яе у электронов и между гр и Яр у протонов, что подтверждается соответствующими расчетами:
8 = = р , = 2,552371-10-13 т; сре 4п£отес
8 =-р- =-= 2,754636-10″16 т.
Определив параметры ре и рр можно найти напряженности магнитного и электрического полей на околоэкваториальных участках 8е и 8р тороидальной структуры электронов и протонов. Обозначим эти поля соответственно через Ье, г и Ьр, гр, найдя их значения из соотношений, не содержащих постоянную к, но в сравнении с другими соотношениями для расчета магнитного и электрического полей, содержащими ее.
ь = тс==т^=7,016971.108 * е 8.Р. 48 4пИе
— Н -кХе — = 6,670406-109 Т;
г = Ре , = Ьс = 2,103635-1017 V• т»1; (30)
трс ц0р„с трс2 Ь = —^ = = — = 8,480538-1014 * Р 8пр 4п8р 4пМ
гр = р» ■ = Ьс = 2,542401-1023 V • т»1, (32)
где хе = — и ур = — — частоты вращения соответствующих участков элек-
тронов и протонов. Из результатов оценки (29)-(32) видны ожидаемые величины, приходящиеся на диапазон между Ве1 и Ве2, Вр1 и Вр2, Ее1 и Ее2, Ер1 и Ер2. Вместе с тем укажем на существенные отличия найденных значений из соотношений, содержащих постоянную Планка и без нее, что дополнительно подтверждает неприменимость к к описанию наименьших частей частиц.
Поиск ответа на третий вопрос начнем с анализа неравенства (10) и обратим внимание на необычно точное совпадение его левых частей для параметров электронов и протонов. Говоря в духе А. Эйнштейна о понятности Природы и абсолютно безупречной реализации ее Законов, не остается сомнений в закономерности этого факта. Выявление этой закономерности —
нерешенная задача на пути поиска необходимого ответа. Однако ясно, что ее решение как-то связано с зарядом е. Внимательно рассмотрим его связь с весовыми и пространственно-временными параметрами электронов и про-
тонов, записав соотношение (13) с учетом О = —; О„ = —; га =— и
е] = 4щ)т,г,с2 = е2р = 4пг0тргрс2 = е2 = 2,56697219 • 10-38 С2. (33)
Глядя на (33) видно, что в нем четко просматривается выявленное в (10) равенство между соотношением параметров тегес для электронов и трГрС для протонов, указывая на зависимость е от какой-то постоянной. Тогда обобщим пространственно-весовые параметры, обозначив массу частиц и радиусы их наименьших частей соответствующими символами т и г . Учитывая, что е является частью заряда д, то запишем их отношение:
д2 4пе0 Ъс 4пкь к кь
е2 4ле0тгс2 4ле0ц0тгс2 тгс ^^ тг с2
Как видно из соотношения (34) на фоне всех известных констант в нем только два параметра остаются неизвестными — т и г , произведение которых должно быть неизвестной постоянной с конкретным значением. Решим (34) относительно тг с дополнением его решения равенствами других соотношений:
тГ = ЦЪ = ^кь = ;кь , = —е— = КЬ =2,566972•Ю-45 кЕ• т. (35) д с д д е0ц0с 4ле0с
Полученная постоянная К имеет размерность момента силы и идентична константе локализации кь, название которой предложено в [7, 8]. Там же на основе размерности этой константы дана формулировка физического закона [8], который, по-видимому, для К не только электронов и протонов можно сформулировать так: произведение масс «квантово-механических» объектов на линейные размеры их наименьших частей, не равных нулю, -величина постоянная. О том, что Кь отражает свойство наименьших частей электронов и протонов, а фактически горловин их тороидальной структуры, следует как из самого факта ее связи с полюсовым зарядом е, так и из отличия от кь в -861 раз, то есть ровно меньше на ту же величину, которая была получена в (12) при демонстрации противоречия, связанного с превышением скорости света. Однако теперь с появлением Кь это противоречие устра-
няется, наглядно показывая существование еще одной постоянной с векторными свойствами и идентичной по размерности постоянной Планка. Эту постоянную мы предполагали обозначить уже знакомым символом Й , но во избежание путаницы временно предлагаем обозначать ее через к0:
И = К • с = 7,695589 -10~37 кд-т2^»1. (36)
Ясно, что новая постоянная должна быть меньше постоянной Планка в
— = 861,022522 раза и иметь с ней связь, например, через е и д: н0
—И = К • с = И = 7,695589-10″37 к^тЧ4. (37)
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
К сожалению, из-за отсутствия информации о т и г других частиц, кроме электронов и протонов, трудно проверить Кь и к0 на универсальность, которую, например, имеет постоянная Планка. Поэтому, пока не вдаваясь в анализ внутренней структуры, например, тех же нейтронов и мюонов, нам предстоит оценить линейные размеры их наименьших частей. Для этого необходимо проанализировать известные константы или универсальные постоянные на предмет их возможной связи с К и к0. Очевидным претендентом на такую связь может быть постоянная тонкой структуры а. Этот безразмерный параметр, определяемый не только теоретически, но и экспериментально, включает в себя такие универсальные константы как Цо, е0, с, к и е. В Международной системе единиц постоянная а имеет следующую математическую запись:
Эта запись дополняется нижеприведенным соотношением, представленном в [7, 8] при рассмотрении тороидальной модели электронов и протонов:
а = —е =-р = 7,297353.10″3. (39)
Заметим, что стоящее в знаменателе (38) произведение 2к — результат математического решения с редуцированной П. Дираком постоянной План-
ка — = Й, иногда называемой его именем. Смысл введения Й в квантовую 2п
физику теоретики объясняют тем, что при ее использовании в теоретически важных формулах пропадает загромождающий множитель 2л, а так же в
случае применения формул, связывающих линейную частоту V с угловой (или циклической) ю, которая измеряется в радианах за секунду (га^Б-1) и выражается соотношением ю = 2л V. Иными словами множитель 2л был введен теоретиками для удобства записи математических выражений с постоянной к. Однако, как показано в [7, 8], постоянная Планка сама описывает вращательные процессы, имея размерность момента импульса или кинетического момента к£-т2-га^5-1. Поэтому у нас нет физических обоснований использовать параметр Й . Тогда запишем (38) и (39) для а в ее естественном виде, дополнив нашими соотношениями, основанными на (14), (33), (36) и (37), отражающими связь а с Кь и к0:
а = Цосе2_ е2 _Цо
4пк 4ле0кс 4пк 4ле0Ъ с 4пк
Кьд2 _ ко _ е2 _ Ге _Гр
4пе0к2 к д2 Яе Яр
Как видно из (40) четыре последних равенства оказываются схожими с (39), что позволяет предположить проявление разных сторон одного и того же физического Закона, управляющего формированием тороидальной структуры частиц на всех уровнях их организации. Это закон сохранения момента импульса или кинетического момента. Опираясь на его свойства, зависимость (40) и справочные данные [1] оценим классические радиусы (или возможно размеры горловин тороидально-подобных структур) для нейтронов гп и мюонов гм. В результате получаем: гп =1,532586 -10 18 т и г =1,36284940-17 т. Используя эти значения с весовыми параметрами и
аналогичные данные для электронов и протонов выявим по ним подчиненность Кь и к0:
теге = тргр = тпгп = тцгц = КЬ =2,566972 • 10-45 к^т; (41)
т/ес = тргрс = тпгпс = тцтцс = К • с = к0 =7,695589 • 10-37 к^т2^-1. (42)
Из (41) и (42) видно их полное совпадение с К и к0. Следовательно, постоянные К и к0 — претенденты на универсальность. Таким образом, ответ на третий вопрос можно сформулировать так: свойство постоянства величины наименьшего или полюсового заряда е определяют постоянные Кь, к0 и с, а в Международной системе единиц — еще произведение 4ле0. Это отражает следующее соотношение:
е = Кьс2 = ур4щЪс = 1,602177•Ю-19 С. (43)
Между зарядами е и д имеется связь как через вышеперечисленные постоянные, так и через постоянную Планка (см. соотношение (37)).
Подходя к заключению работы заметим, что обратная величина постоянной тонкой структуры, полученная в (40), соответствует уже знакомому значению а-1 = 861,022522. Выявление эйнштейновского заряда д у электронов, протонов, нейтронов и мюонов, а также постоянных Кь и к0, ясно показывает существование у а аналога, который обозначим символом Д. Тогда по аналогии с (40) запишем для него соотношение:
Ц0сЧ2 _ Ч2 _ ^0Ч2 _ Ч2
4лН0 4ле0Н0с 4пК 4л£0К/,с
Н0 е Ге Гр Гп ГЦ
Как из него видно, значение полученной постоянной Д в точности совпадает с а-1 = 861,022522. Следовательно, Д = а1 = 861,022522, а
2 2 2 2 а = Д-1 = 1,161409.10 3. Ясно, что ^^ = —е-= = _Ч-= 1.
4пИ 4ле0Н0с 4пН 4ле0Нс
Таким образом постоянные а и Д связаны между собой не только через известные постоянные, но и выявленные в настоящей работе — д, Кь и к0.
Квантовая физика имеет в настоящее время объемную экспериментальную информацию о физических и геометрических характеристиках многих частиц. Далеко не полным отражением чего является приведенная выше таблица. Этой информации оказывается достаточно для построения моделей внутренней структуры частиц, как это сделано, например, в [7, 8].
Плодотворность такой работы послужила нам основой для выявления у электронов, протонов и других частиц не только эйнштейновского заряда д, но и установления его связи с е, а также определяющих заряд последнего постоянных Кь и к0. Глядя на величины выявленных параметров д, Кь, к0 и сопоставляя их с аналогами — е, кь, к, становится понятно, что группа постоянных д, кь и к характеризует физические свойства наибольших по габаритам или внешних частей частиц, а группа е, Кь и к0 — наименьших или их внутренних частей. Если рассматривается тороидальная структура, то очевидно, что экваториальную область частиц будет характеризовать первая группа постоянных, а постоянные второй группы — горловинную или полюсовую. В связи с чем возникает необходимость дать термины выявленным постоянным, а это неизбежно потребует уточнения или пересмотра названий уже известных им аналогов. Исходя из терминологии, примененной к зарядам д и е, и
учитывая зависимость первого от постоянных кь и к (уравнение (14)), а второго — от Кь и к0 (уравнение (43)), дадим им соответствующие названия. Постоянные или константы кь и Кь предлагаем называть «константа ограничения» (как определяющая внешние границы частиц) и «константа локализации» (термином, которым ранее называлась кь [7, 8]). Соответственно постоянная Планка к будет называться «постоянная наибольшего кинетического момента», а к0 — «постоянная наименьшего кинетического момента». Из чего понятно, что группа постоянных е, Кь и к0 отражает минимально достижимые физико-геометрические характеристики отдельных частиц, а группа из постоянных д, кь и к — максимально достижимые характеристики. К этим постоянным автоматически примыкает константа формирования Ку. Она принадлежит к последней группе постоянных или констант, а к первой — ее аналог kf = к0е0ц0 = 8,562497 -10~54 kg•s, который предлагаем называть «константа зарождения». Ясно, что эта константа в Кк/ = 861,022522 раз меньше Ку.
Наличие у электронов, протонов и возможно других частиц промежуточных зарядов, лежащих в диапазоне между д и е, однозначно указывает на существование некоторых переменных Кх и кх для моментов силы и кинетических моментов, соответственно приходящихся на диапазон между к и к0, кь и Кь. Это несложно показать на примере зарядов ре и рр, воспользовавшись либо соотношением (14), либо (43).
Кхе = Ре = 2,325054-10 43 kg• т; К = Рр = 4,607468-10 43 kg• т;
2 2 К„ =-р— = 6,970337 •10″35 I • 8; к =-рр— = 1,381284 •Ю»34 I • 8;
где Кхе и Кхр — промежуточные параметры для моментов силы у тороидальной структуры электронов и протонов; кхе и кхр — промежуточные параметры кинетического момента для тех же частиц.
Следует отметить, что рассматривая в настоящей работе электрические заряды д и е, мы опускали вопрос об их знаках. Очевидно, что это свойство зарядов должно непосредственно следовать из векторных свойств параметров, определяющих величины таких зарядов. Названному требованию полностью удовлетворяют параметры к, к0 (включая кх) и с, входящие в уравнения (14) и (43) для зарядов д и е.
Подводя итог настоящей работе, сделаем из нее следующие выводы: 1. Кроме наименьшего электрического заряда е, часто называемого «элементарный», у электронов, протонов и, вероятно, других частиц имеется наибольший электрический заряд д, значение которого, по-видимому, впервые определено А. Эйнштейном.
2. У тороидальной структуры частиц эти заряды имеют четкое распределение: заряд е сосредоточен в центрально-осевой или горло-винной части тора, а эйнштейновский д — в его экваториальной области. Между назваными зарядами имеются промежуточные, значения которых лежат в границах величин, определяемых д и е.
3. Наибольшая напряженность магнитного и электрического полей приходится на полюсовую область тороидальной структуры электронов и протонов, а наименьшая — на экваториальную. Различие в величине этого параметра составляет четыре порядка, говоря о стремлении данных частиц сориентироваться к источнику таких полей своими полюсами, в том числе и при взаимодействии друг с другом. Поэтому обработка результатов большинства магнито-электрических экспериментов с участием электронов и протонов на предмет оценки электрического заряда будет приводить к значению е, а не к д.
4. Существование у частиц наибольшего и наименьшего электрических зарядов позволило установить для последнего две новые постоянные, одна из которых аналогична постоянной Планка и меньшее ее по величине в — 861 раз. Этой постоянной дано название «постоянная наименьшего кинетического момента» с обозначением символом к0. В сочетании со скоростью света она определяет величину е, а векторные свойства к0 — знак этого заряда. Аналогичный принцип лежит в формировании наибольшего или эйнштейновского заряда д. Как и для диапазона между зарядами д и е, для диапазона между постоянными к и к0 имеется переменная кх, значение которой изменяется в — 861 раз.
5. Вторая обнаруженная постоянная, определяющая постоянство величины е, названа «константа локализации», а ее ранее так называемый аналог — «константа ограничения». Подобный аналог выявлен для постоянной тонкой структуры а, определяемой из соотношения без редуцированной постоянной Планка. Этот аналог обозначен символом р. Постоянные а и р являются взаимообратными.
В заключении отметим, что выявление новой постоянной к0 с очевидными чертами постоянной Планка теперь позволяет удовлетворить мечту А. Эйнштейна по получению величины Q, перефразировав его высказывание: «Констант к, к0 и с должно быть достаточно, чтобы объяснить существование как наибольшего, так и наименьшего электрического заряда у различных частиц и установить их взаимосвязь. Свободная от математических абстракций и основанная на ясном понимании Законов Природы квантовая физика в состоянии это сделать!»
1. Спиридонов О.П. Фундаментальные физические постоянные. — М.: Высш. шк., 1991. — 238 с.
2. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. — М.: Энергоатомиздат, 2003. — 584 с.
3. Ацюковский В.А. Эфиродинамические основы электромагнетизма. -М.: Изд-во «Петит», 2006. — 160 с.
4. Клюшин Я.Г. Максвелловский подход к описанию гравитации // Новые идеи в естествознании (по материалам III Международной конференции «Пространство, время, тяготение»). Ч. I. Физика. — СПб., 1995. — С. 242-267.
5. Клюшин Я.Г. Электричество, гравитация, теплота — другой взгляд. -СПб.: Международный клуб ученых, 2015. — 235 с.
6. Канарёв Ф.М. Продолжаешь верить? Или решил проверить? — Краснодар: Изд-во КЭЦРО, 1992. — 64 с.
7. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. — Изд. 6-е. — Краснодар: КубГАУ, 2005. — 509 с.
8. Канарёв Ф.М. Теоретические основы физхимии микромира. — Изд. 3-е. — Краснодар: КубГАУ, 2009. — 824 с.
9. Бойченко А.П. // Современные проблемы физики, биофизики и информационных технологий: сб. материалов всеросс. заочной научно-прак-тич. конфер. — Краснодар: Краснодарский ЦНТИ, 2010. — С. 220-223.
10. Бойченко А.П. // Исследования основных направлений технических и физико-математических наук: Сб. матер. II Международной научной конференции. — Волгоград: Изд-во «Научное обозрение», 2014. — С. 7-11.
11. Бойченко А.П. // Современное общество, образование и наука: Сб. науч. трудов по матер. Международной научно-практической конференции. -Ч. 3. — Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. — С. 14-15.
12. Чечерников В.И. Магнитные измерения. — М.: Изд. МГУ, 1969. — 387 с.
РЕШЕНИЕ ДИФРАКЦИОННОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ НАНОЧАСТИЦЫ В ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ
© Боловин А.А.1, Матвеева М.В.2, 2 1 Малинова О.Е. , Гурьева П.В.
Московский институт электроники и математики Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, г. Москва
В работе проведено численное моделирование задачи рассеяния э/м волн на золотой наночастице, геометрия которой представляет собой усеченный конус.
какого знака заряд имеют: электрон; протон; ядро атома; атом, потерявший один электрон; атом, присоединивший лишний элек
Все атомы состоят из электронов протонов и нейтронов. . Электроны имеют знак минус, протоны, знак +, нейтроны нейтральные и заряда не несут. Элктроны находятся на внешних «орбитах» протоны и нейтронысоставная часть ядра атома. Их колличество определяет физическую и химическую (молекулярнуб основу вещества) В нормальных условиях число электронов уравновешивается числом протонов и в целом атом заряда не несёт. При каких либо условиях атом теряет 1элктрон. Значит уменьшается его отрицательный заряд. Если бы не было протонов со знаком + ,то атом оставался бы отрицательным с меньшим зарядом. Но протоны в ядре атома не изменились в колличестве и их положительный заряд стал больше по сравнению с колличеством электронов. Пожтому весь атом становится положительным.
Если же атом принял на свои орбиты один электрон, то число их на орбитах стало превышать число протонов и атом станет отрицательным.
Но эти изменения внутри атрма вешества ничтожно малы и недолговечны и мы этого заметить не сможем.
А вот на молекулярном уровне изменение состава молекул мы можем наблюдать воочию. Но это уже другая тема.
Остальные ответы
Физика — Электрический заряд. Закон Кулона.
Привет! Сегодня попробуем разобраться: что такое электрический заряд? И порешаем задачи на закон Кулона.
Всё что нас окружает состоит из мельчайших частиц — атомов.
Как мы знаем, в планетарной модели в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра вращаются электроны.
Схематичное представление некоторых элементов в виде планетарной модели изображено на рисунке:
Электрон, принято считать, заряжен отрицательным единичным зарядом, протон — положительным единичным зарядом. Нейтроны не имеют заряда. В целом атом нейтрален, т.к. количество электронов и протонов в атоме равно.
Посмотрим на эти три элемента в таблице Менделеева.
Порядковый номер элемента в таблице Менделеева показывает количество протонов и электронов атома (заряд ядра). Второе число — это атомная масса элемента.
Зная порядковый номер элемента Z и атомную массу A, можно вычислить количество нейтронов N. Например, у лития будет 4 нейтрона:
N = A — Z = 7 — 3 = 4
Характеристики частиц
| Частица | Заряд | Масса | ||
| Кл | Условн. ед. | г | a.e.м. | |
| Электрон | -1,6∙10 -19 | -1 | 9,1∙10 -28 | 0,00055 |
| Протон | 1,6∙10 -19 | +1 | 1,67∙10 -24 | 1,00728 |
| Нейтрон | 0 | 0 | 1,67∙10 -24 | 1,00866 |
Если стеклянную палочку потереть о шёлк, то электроны со стекла перейдут на шёлк. Таким образом, палочка зарядится положительно, а шёлк отрицательно. Если потереть о мех эбонитовую палочку, то электроны с меха перейдут на эбонит. И эбонит зарядится отрицательно, а мех положительно.
Когда электроны покидают атом, они оставляют положительно заряженное ядро. Положительно заряженные протоны остаются в ядре. Ядро становится нескомпенсированным и появляется положительный заряд. Где появляется избыток отрицательно заряженных электронов, получается отрицательный заряд.
Получается ли при трении заряд и, если получается, какого он знака, зависит от материалов.
Одноименные заряды отталкиваются. Разноимённые заряды притягиваются.
Взаимодействие между зарядами происходит из-за электрического поля вокруг зарядов.
Заряд измеряется в Кулонах (Кл). Минимальный заряд равен заряду электрона (протона) ±1,6∙10 -19 .
Вопрос: Изменится ли масса шара, заряженного положительным зарядом, если к шару прикоснуться пальцем? Почему?
Ответ: Если к положительно заряженному телу прикоснуться электрически нейтральным пальцем, то электроны с нейтрального пальца притянуться на положительное заряженное тело. Таким образом, масса шарика увеличится.
Задача (Распределение зарядов)
Заряды двух одинаковых металлических шариков равны соответственно -9q и -11q. Шарики провели в соприкосновение и раздвинули. Какой заряд будет после этого у каждого из шариков?
При соприкосновении шаров заряд суммируется:
После того, как шарики раздвинут, заряд разделится на две равные части.
-20q : 2 = -10q
Ответ: -10q
Задача (Наэлектризованная палочка)
Определите, какое действие будет оказывать наэлектризованная палочка на подвешенный шарик в случаях, изображённых на рисунке
Решение:
1) В первом случае шарик электрически нейтральный. При поднесении к нему положительно заряженной палочки, электроны будут собираться с той стороны, с которой подносится положительно заряженная палочка. Палочка как бы притягивает отрицательно заряженные электроны на одну сторону. Получается индуцированный отрицательный заряд. Та сторона, которую покинули электроны (противоположная сторона от палочки), будет заряжена положительно, т.к. там остались положительно заряженные нескомпенсированные ядра атомов. Электроны имеют знак «-«, палочка знак «+», значит, палочка и шарик будут притягиваться к друг другу.
2) Аналогично, палочка и шарик будут притягиваться. Но теперь отрицательно заряженные электроны будут «убегать» от палочки на противоположную сторону, а та сторона шарика, которая находится близко к палочке, будет заряжена положительно.
3) Будут притягиваться
4) Будут отталкиваться
5) Будут отталкиваться
6) Будут притягиваться
Задача (Количество электронов)
У электрически нейтрального металлического шара удалили часть электронов. Заряд шара стал равен 2∙10 -6 Кл. Сколько электронов удалено с шара? На сколько изменилась масса шара? Элементарный заряд e=1,6∙10 -19 Кл, масса электрона me=0,9∙10 -30 кг.
Заряд шара стал равен 2∙10 -6 Кл, значит, такой же заряд был удалён в виде электронов.
После удаления электронов, масса шара уменьшиться на
Ответ: N=1,25∙10 13 ; M = 1,125∙10 -17 кг
Закон Кулона
Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
F — сила взаимодействия, q1 и q2 — заряды, r — расстояние между зарядами, k — коэффициент пропорциональности.
Если заряды разных знаков, то закон Кулона показывает, с какой силой притягиваются заряды. Если заряды одинаковых знаков, то закон Кулона показывает, с какой силой отталкиваются заряды.
Вопрос: Как изменится сила взаимодействия между двумя точечными зарядами, если увеличить расстояние между ними в 2 раза.
Ответ: Сила взаимодействия двух точечных зарядов в первом случае:
Сила взаимодействия этих же точечных зарядов во втором случае:
Получается сила уменьшится в 4 раза.
Задача (На закон Кулона)
Определите силу взаимодействия двух одинаковых точечных зарядов по 1 мкКл, находящихся на расстоянии 30 см друг от друга.
На сегодня всё, до свидания!
Атомы химических элементов
Сегодня мы поговорим об атоме, его строении и свойствах атомов.
Каждый атом состоит из ядра и оболочки.
Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Протон это частица, которая имеет заряд +1 и атомную массу 1.
Нейтроны не имеют заряда (они нейтральны), но имеет массу, равную единице. Сумма всех протонов ядра называется зарядом ядра и обозначается заглавной буквой Z. Сумма нейтронов обозначается заглавной буквой М. Нетрудно догадаться, что так как нейтроны нейтральны, а протон имеет заряд плюс один, то все ядро будет заряжено положительно.
Так как и протоны, и нейтроны имеют массу, равную единице, то существует какая-то величина, выражающая массу ядра. Она называется массовым числом и обозначается заглавной буквой А. Оно равно сумме протонов и нейтронов.
В периодической системе Менделеева вещества расположены в конкретном порядке. В каждой ячейке рядом с обозначением элемента есть цифры.
Есть цифра, которая обозначают заряд ядра (Z), то есть количество протонов. Есть цифра, которая, обозначает массовое число A.
Химическим элементом называются атомы веществ, которые содержат одинаковое количество протонов.
Ядра химических элементов неустойчивы, и количество нейтронов в них может меняться, они могут приходить и уходить.
Если количество протонов в некоторых атомах одинаковое, а количество нейтронов разное, то и массовое число у них тоже будет разным. Такие атомы называются изотопами. Например, существуют изотопы лития
Также существуют такие химические элементы, у которых будут одинаковое массовое число, но разное число протонов. Такие элементы называются изобары. Конечно же, это разные химические элементы.
Вокруг ядра присутствует оболочка электронов. Электроны имеют настолько маленькую массу, что в некоторых случаях мы говорим, что она равна нулю.
Электрон имеет отрицательный заряд. И есть такое правило, что в нормальном состоянии количество протонов должно равняться количеству электронов. И этого следует, что наш атом будет заряжен нейтрально, то есть отрицательный заряд будет равен положительному.
Электронная формула
Давайте посмотрим, как можно записать электронную формулу, которая будет отображать структуру электронных оболочек в атоме.
Мы говорили, что существуют энергетические уровни, число которых равно номеру периода. В этом энергетическом уровне есть подуровни.
В каждом подуровне есть орбитали. В первом s-подуровне 1 орбиталь, в p-подуровне 3 орбитали, в d-подуровне 5 орбиталей и в f-подуровне 7 орбиталей.
Как же они обозначаются?
f(7) = _ _ _ _ _ _ _
Электронная формула химического элемента отражает то, как электроны в атоме химического элемента располагаются по энергетическим уровням и на орбиталях в подуровнях.
Давайте возьмем водород, у которого есть только один электрон, и который находится в 1 периоде и 1 группе. У него 1 уровень и 1 подуровень. Количество орбиталей тоже равно 1.
Электронную формулу водорода можно записать в таком виде
Существует три принципа составление электронных формул:
- Первый принцип гласит, что электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии. Сначала заполняется s-подуровень, затем p-подуровень и т.д.
- Второй принцип Паули говорит о том, что в одной орбитали может быть не более двух электронов.
- Третье правило говорит о том, что сначала электроны будут заполнять свободные орбитали по одному, а зачем, если останутся лишние электроны, они будут по второму кругу заполнять орбитали.
Индекс около знака подуровня (s2, p3) обозначает количество электронов на орбиталях этого подуровня.
Давайте попробуем составить формулу электронную лития.
Литий имеет номер 3, то есть у него всего 3 электрона. Он находится во втором периоде, значит у него два уровня. Он находится в первой группе, значит у него один внешний электрон.
Номер группы говорит о том, сколько внешних валентных электронов в нашем атоме. Валентные электроны участвуют в образовании химической связи.
Рассмотрим также элемент кальций.
20Ca — 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2
В общем случае электроны располагаются по орбиталям по правилу Клечковского и в соответствии с принципами, описанными выше.
Металлические и неметаллические свойства
Металлические свойства элементов — это свойство атомов отдавать электроны. Например, у металлов, как правило, на внешнем энергетическом уровне находится от одного до трех электронов.
Неметаллические свойства — это способность принимать на себя электроны. У этих элементов на внешнем энергетическом уровне будет находиться от 4 до 8 электронов.
Давайте разберемся, как по периодической системе элементов можно понять, какими свойствами обладает тот или иной элемент.
Мы знаем, что в одном периоде у атомов одинаковое количество электронных слоёв, но количество электронов увеличивается. Электронов становится больше и они с большей силой притягиваются к ядру. Следовательно, терять электроны атому будет намного сложнее. А свойство принимать электроны будет увеличиваться.
В одной группе, наоборот, у атомов одинаковое количество внешних электронов, но увеличивается количество электронных слоев. Электроны располагаются от ядра все дальше, следовательно, больше шанс потери электронов у атома. Способность принимать чужие электроны у атома уменьшается.
В итоге, в периодической системе в группе сверху вниз и в периоде справа налево увеличиваются металлические свойства элементов, а в группе снизу вверх и в периоде справа налево увеличиваются неметаллические свойства.
Таким образом, мы теперь можем сравнивать разные элементы по их свойствам.
Электроотрицательность
Когда два атома взаимодействуют с образованием химической связи, один из атомов либо притягивает на себя электроны, либо отталкивает в зависимости от его неметаллических свойств.
Электроотрицательность — это способность перетягивать на себя электроны другого атома. Она выражается в конкретных числах, но слишком сложна для запоминания. Поэтому для удобства взяли за единицу электроотрицательность лития и остальные все элементы выражаются относительно этого элемента.
Таким образом, зная электроотрицательность элементов, можно делить их на металлы и неметаллы. Как правило, у металлов электроотрицательности не превышает 2. У неметаллов она больше 2.
При образовании химической связи вещество с большей электроотрицательностью будет притягивать к себе электроны другого атома с меньшей электроотрицательностью. В этом и заключается основная сущность химической связи, про которую мы поговорим далее.
Химическая связь между атомами может быть четырех видов:
- когда у двух элементов одинаковая электроотрицательность (ковалентная неполярная)
- когда у двух элементов электроотрицательность разная, но разница несущественная (ковалентная полярная)
- когда электроотрицательность сильно различается (ионная)
- металлическая связь
Ковалентная неполярная химическая связь
Первый вид связи, а именно ковалентная неполярная химическая связь, может быть у двух одинаковых элементов неметаллов. Так образуются газы водород (H2), азот (N2), кислород (О2).
Давайте посмотрим, как это происходит на примере водорода. У водорода один электрон, он находится в первом периоде и 1 группе. Соответственно, для заполнения внешнего уровня ему не хватает всего одного электрона. Чтобы его забрать он взаимодействует с другим атомом водородом с образованием общей электронной пары. Таким образом, эта общая электронная пара становится общей для того и для другого атома водорода, и в какой-то момент эти уровни заполняются до последнего.
Такой вид связи будет называться классическая ковалентная неполярная, так как эта общая электронная пара не будет смещаться ни к тому, ни к другому атому, потому что их электроотрицательность одинаковая.
Более сложный пример — это атом азота.
Мы знаем, что у азота на внешнем уровне три неподеленных электрона. Чтобы заполнить до конца этот внешний уровень ему нужно ещё три электрона, которые он берёт у такого же атома азота.
Ковалентная полярная химическая связь
Рассмотрим вид химической связи, когда электроотрицательность различается несущественно на примере галогеноводородов, а именно взаимодействии водорода и хлора.
Вспомним, что у водорода один электрон на внешней оболочке, хлор находится в третьем периоде и 7-й группе. У него на внешнем уровне 7 неспаренных электронов.
Ковалентная полярная связь будет выглядеть следующим образом:
Ионная химическая связь
Ионные химические связи образуется между атомами, у которых очень большая разница в электроотрицательности. Эти элементы находятся в периодах и в группах периодической системы далеко друг от друга.
Рассмотрим этот вид связи на примере взаимодействия натрия и фтора.
Электроотрицательность натрия равна 0,9, а у фтора 4. Это довольно большая разница.
У натрия, который находится в первой группе, на внешнем энергетическом уровне находится один Электрон, у фтора на внешнем энергетическом уровне находятся семь электронов, так как он находится в седьмой группе.
Для заполнения и того, и другого внешнего слоя они необходимы друг другу. Но так как у них достаточно большая разница в электроотрицательности, натрий отдает фтору свой внешний электрон полностью и становится заряженным положительно. Атом фтора с стильными металлические свойствами этот электрон забирает и становится заряженным отрицательно.
Наши атомы стали положительно заряженными и отрицательно заряженными.
Атомы, которые меняют свой заряд в зависимости от того, принимают они на себя электронный заряд или отдают, называются ионами, поэтому и химическая связь называется ионная.
Металлическая связь
Металлы не находятся в природе в виде отдельных атомов. Вы никогда не увидите отдельно лежащий атом натрия или алюминия. Металлы находятся в природе в виде кристаллов и имеют структуру в виде кристаллической решетки.
Давайте разберем это на примере пластинки алюминия.
Если мы посмотрим в периодическую таблицу, мы увидим, что алюминий находится в третьей группе. Это значит, что на внешнем энергетическом уровне у него три электрона. Эти электроны могут свободно открепляться от нашего атома, и атом алюминия будет превращаться в положительно заряженный ион.
Это происходит не у всех атомов алюминия, то есть некоторые атомы отдают свои три электрона, а некоторые пока остаются в неизменном виде.
Свободно циркулирующие по металлической решетке электроны присоединяться к другим положительно заряженным ионам алюминия.
Положительно заряженные ионы алюминия будут превращаться опять в обычные атомы алюминия.
В чём же сходство и отличие металлической связи от ионной и ковалентной связи?
Как и ионная, металлическая связь тоже образована ионами, но в металлической связи присутствуют только положительно заряженные ионы и нейтральные атомы.
Связь между ними осуществляется с помощью электронов, которой движутся вокруг них.
Поделитесь с друзьями или коллегами!