166330 (767826)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ПРИЧИНА ПЕРИОДИЧНОСТИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА

Клюйков Р.С., Клюйков С.Ф.

Первоначально схема построения конфигурации электронной составляющей атомов не выводилась из каких-либо строгих теоретических (тем более - математических) представлений. Она просто основывалась на наблюдаемых изменениях химических свойств и спектров элементов.

Первое физическое обоснование схема получила лишь методами квантовой механики Н.Бора. Появились представления о внешних электронных оболочках, уровнях, подуровнях, о их периодической повторяемости, которыми обуславливалось периодическое изменение химических свойств элементов. Была найдена физическая причина периодичности Периодического закона.

Многообразие современных моделей строения атомов всё ещё основывается на главном постулате Н.Бора: в атоме существует чёткая последовательность вложенных друг в друга сферических электронных оболочек. Однако этим принципом просто рассматривается сформированная Природой последовательность, не объясняется механизм формирования, не показываются закономерности, использованные Природой.

Последовательность заполнения электронных уровней хорошо описывается мнемоническим правилом В.М.Клечковского. Но, опять же – не определяется им. Исследователи отмечают «размывания периодичности», явные нарушения диктуемых этим правилом чётких границ заполняемых подуровней, начиная с шестого периода. Выпускается из виду большая группа элементов (формально – подчиняющихся правилу, но в действительности – более тонко размывающих периодичность): 24Cr, 29Cu, 41Nb, 42Mo, 44Ru, 45Rh, 46Pd, 47Ag, 78Pt, 79Au, 111Rg.

Строгое количественное объяснение периодичности изменения химических и физических свойств элементов оказалось чрезвычайно сложной задачей. По сей день отсутствует математическая причина периодичности Периодического закона.

Идеальная математика [1-3] обобщает порядки, по которым складывалось всё в Природе. Самый простой порядок – сложение натуральных чисел (1я ступень), затем – умножение целых чисел (2я ступень), и т.д.

Рассмотрим, как Природа использовала эти порядки на примере создания ею химических элементов.

Вначале напомним основные физические условия такого создания.

Согласно Периодическому закону Д.И.Менделеева, элементы усложнялись добавлением одного протона в ядро и одного электрона в оболочку каждого атома. Сосредоточим внимание только на строительстве электронных оболочек.

Электроны в оболочке располагаются уровнями, на которых их энергии очень близки. Энергия электрона определяется его четырьмя квантовыми числами:

n - главное (адрес уровней): 1,2,3,4,5,6,7;

l - вспомогательное (адрес подуровней s,p,d,f): 0,1,2,3;

m - магнитное (адрес орбитали): целые числа от –l до +l;

s - спиновое (спин): +1/2, -1/2.

Согласно принципу Паули в атоме не должно быть двух электронов в одинаковом состоянии. Поэтому «добавленные» электроны должны отличаться разными комбинациями их квантовых чисел. При создании нового элемента изменения всех переменных должны быть минимальными!!!

Соблюдая эти физические условия, Природа создала все химические элементы следующими минимальными усложнениями их электронных оболочек. В обозначении электронных формул опустим уже сформированные подуровни и оставим только последние, ещё формируемые (в круглых скобках – нормальная форма оболочки, об этом - ниже).

1H 1s¹.

2He 1s².

3Li 2s¹.

4Be 2s².

5B 2s²2p¹.

6C 2s²2p².

7N 2s²2p³.

8O 2s²2p⁴.

9F 2s²2p⁵.

10Ne 2s²2p⁶.

11Na 3s¹.

12Ma 3s².

13Al 3s²3p¹.

14Si 3s²3p².

15P 3s²3p³.

16S 3s²3p⁴.

17Cl 3s²3p⁵.

18Ar 3s²3p⁶.

19K 4s¹.

20Ca 4s².

21Sc 4s²3d¹.

22Ti 4s²3d²

23V 4s²3d³

24Cr (4s²3d⁴) 4s¹3d⁵

25Mn 4s²3d⁵

26Fe 4s²3d⁶

27Co 4s²3d⁷

28Ni 4s²3d⁸.

29Cu (4s²3d⁹) 4s¹3d¹⁰.

30Zn 4s²3d¹⁰ .

31Ga 4s²4p¹.

32Ge 4s²4p².

33As 4s²4p³.

34Se 4s²4p⁴.

35Br 4s²4p⁵.

36Kr 4s²4p⁶.

37Rb 5s¹.

38Sr 5s².

39Y 5s²4d¹.

40Zr 5s²4d².

41Nb(5s²4d³) 5s¹4d⁴.

42Mo(5s²4d⁴) 5s¹4d⁵.

43Tc 5s²4d⁵.

44Ru (5s²4d⁶) 5s¹4d⁷.

45Rh (5s²4d⁷) 5s¹4d⁸.

46Pd (5s²4d⁸) 5s⁰4d¹⁰.

47Ag (5s²4d⁹) 5s¹4d¹⁰.

48Cd 5s²4d¹⁰.

49In 5s²5p¹.

50Sn 5s²5p².

51Sb 5s²5p³.

52Te 5s²5p⁴.

53J 5s²4p⁵.

54Xe 5s²5p⁶.

55Cs 6s¹.

56Ba 6s².

57La (6s²4f¹) 6s²5d¹.

58Ce (6s²4f²) 6s²5d¹4f¹.

59Pr 6s²4f³.

60Nd 6s²4f⁴.

61Pm 6s²4f⁵.

62Sm 6s²4f⁶.

63Eu 6s²4f⁷.

64Gd(6s²4f⁸) 6s²5d¹4f⁷.

65Tb 6s²4f⁹.

66Dy 6s²4f¹⁰.

67Ho 6s²4f¹¹.

68Er 6s²4f¹².

69Tu 6s²4f¹³.

70Yb 6s²4f¹⁴.

71Lu 6s²5d¹.

72Hf 6s²5d².

73Ta 6s²5d³.

74W 6s²5d⁴.

75Re 6s²5d⁵.

76Os 6s²5d⁶.

77Ir 6s²5d⁷.

78Pt (6s²5d⁸) 6s¹5d⁹.

79Au (6s²5d⁹) 6s¹5d¹⁰.

80Hg 6s²5d¹⁰.

81Tl 6s²6p¹.

82Pb 6s²6p².

83Bi 6s²6p³.

84Po 6s²6p⁴.

85At 6s²6p⁵.

86Rn 6s²6p⁶.

87Fr 7s¹.

88Ra 7s².

89Ac (7s²5f¹) 7s²6d¹.

90Th (7s²5f²) 7s²6d².

91Pa (7s²5f³) 7s²6d¹5f², 7s²6d²5f¹.

92U (7s²5f⁴) 7s²6d¹5f³.

93Np 7s₂5f⁵.

94Np 7s₂5f⁶.

95Np 7s₂5f⁷.

96Cm (7s₂5f⁸) 7s²6d¹5f⁷.

97Bk 7s₂5f⁹.

98Cf 7s₂5f¹⁰.

99Es 7s₂5f¹¹.

100Fm 7s₂5f¹².

101Md 7s₂5f¹³.

102No 7s₂5f¹⁴.

103Lr 7s₂6d¹.

104Rf 7s₂6d².

105Db 7s₂6d³.

106Sg 7s₂6d⁴.

107Bh 7s₂6d⁵.

108Hs 7s₂6d⁶.

109Mt 7s₂6d⁷.

110Ds 7s₂6d⁸.

111Rg(7s²6d⁹) 7s¹6d¹⁰.

112Cp 7s₂6d¹⁰.

113Uut 7s²7p¹.

114Ku 7s²7p².

115Uup 7s²7p³.

116Uuh 7s²7p⁴.

117Uus 7s²7p⁵.

118Uuo 7s²7p⁶.

Проанализируем особенности усложнения строения электронных оболочек. Несмотря на исключения логической последовательности усложнения электронных формул, «исправляемые» однако содержимым в скобках (об этом - ниже), соблюдается следующая закономерность.

Вначале самым простым порядком Идеальной математики - сложением 1й ступени (прибавлением единицы, где единицей служит «добавленный» электрон с определёнными значениями его квантовых чисел n,l,m,s - обозначим его a) создается 1H 1s¹. Сложением 1й ступени Идеальной математики требуется «добавлять» следующий электрон, абсолютно подобный электрону a, но принцип Паули запрещает это. Поэтому возможности такого порядка усложнения электронных оболочек, жёстко ограниченные строгими физическими условиями, исчерпываются.

Переходим к более сложному порядку Идеальной математики – умножению 2й ступени. Самое простое из них – это умножение двух одинаковых целых чисел. В нашем случае – это образование орбитали из двух одинаковых электронов aa (не трёх, не четырёх…) и создание 2He 1s². Для удовлетворения принципа Паули у двух электронов a с одинаковыми квантовыми числами n,l,m разные спины s. На этом комбинации самого простого умножения исчерпываются, и размеры пространства первого уровня – тоже. Так Природа построила все элементы первого периода.

Во втором периоде, используя минимальное усложнение - увеличение энергии переходом на второй уровень, опять строим: сложением - 3Li 2s¹ и умножением - 4Be 2s². Размеры пространства второго уровня позволяют использовать для строительства следующий по сложности порядок Идеальной математики – сочетание 3й ступени (минимальное из возможных) «по два из трёх» (ab,ac,bc). То есть, в орбиталях второго уровня возможно добавление комбинаций сочетания по два из трёх электронов (обозначим их a,b,c), разнящихся своими квантовыми числами n,l,m,s. Всего комбинации нового порядка строительства электронных оболочек обеспечивают возможность присоединения ещё шести «добавленных» электронов. Поэтому таким порядком строятся следующие шесть элементов: 5B 2s²2p¹; 6C 2s²2p²; 7N 2s²2p³; 8O 2s²2p⁴; 9F 2s²2p⁵; 10Ne 2s²2p⁶. На этом возможности данного порядка, да и пространство второго уровня – исчерпываются. Так Природа построила все элементы второго периода.

При строительстве элементов третьего периода опять, используя минимальное усложнение - увеличение энергии, переходим на третий уровень, и уже на нём начинаем располагать новые «добавленные» электроны: опять сложением - 11Na 3s¹; умножением - 12Ma 3s²; сочетанием - 13Al 3s²3p¹, 14Si 3s²3p², ... 18Ar 3s²3p⁶. Так Природа построила все элементы третьего периода.

Для строительства элементов четвёртого периода пространство третьего уровня позволяет располагать другие «добавленные» электроны, но минимальная энергия целого атома заставляет предварительно заполнить начало следующего, четвёртого уровня: опять сложением - 19K 4s¹ и умножением - 20Ca 4s². И только после этого продолжается заполнение ранее недостроенного третьего уровня на подуровне 3d следующим по сложности порядком Идеальной математики – размещением 4й ступени, опять минимальным: «по два из трёх» (aa,ab,ac,bc,ba,ca,cb,bb,cc). Но на третьем уровне часть комбинаций такого размещения (aa,ab,ac,bc) уже использована для строительства подуровней 3s² (aa) и 3p⁶ (ab,ac,bc). Неиспользованными остаются только пять орбиталей для комбинаций (ba,ca,cb,bb,cc) – новый вклад, а их образуют десять «добавленных» электронов. Поэтому таким порядком строятся следующие десять элементов: 21Sc… 30Zn. При этом первые пять элементов от 21Sc 4s²3d¹ до 25Mn 4s²3d⁵ образуются по комбинациям (ba,ca и начало cb), зеркально повторяющим комбинации (ab,ac и начало bc) сочетания, по которым строились элементы от 5B до 9F и от 13Al до 17Cl. Поэтому элементы Sc-Mn попадают в аналогичные группы Периодической таблицы Д.И.Менделеева, но по «зеркальным» свойствам выделены голубым цветом. Далее, по комбинациям (конец cb и bb,cc), «зеркально» повторяющим комбинацию (aa), образуется особая группа d-переходных металлов 26Fe 4s²3d⁶, 27Co 4s²3d⁷, 28Ni 4s²3d⁸, а также 29Cu 4s¹3d¹⁰(4s²3d⁹) и 30Zn 4s²3d¹⁰ – все тоже «зеркальные» (например, построенным по комбинации aa: 3Li 1s²2s¹ и 4Be 1s²2s²) и потому «голубые».

Четвёртый период таблицы Д.И.Менделеева заканчивается заполнением подуровня 4p обычным сочетанием «по два из трёх» шести элементов: 31Ga 4s²3d¹⁰4p¹ … 36Kr 4s²3d¹⁰4p⁶.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов статьи