Читать онлайн «Баллистическая теория Ритца и картина мироздания». Страница 86

§ 3.3 Строение атомов и периодический закон Менделеева

Считается, что химические свойства атомов, характер движения и размещения в них электронов никак не связаны со строением атомных ядер. А, между тем, многое говорит о наличии такой связи. Её всячески замалчивают, поскольку она противоречит квантовой физике, и лишь классическая магнитокристаллическая модель атома Ритца открывает эту связь.

В планетарной квантовой модели атома полагали, что на строение электронных оболочек атома влияет лишь заряд ядра, но не его структура. А какую же роль играет электричество, заряд ядра в магнитной модели атома? Если поле осей крестовины задаёт расположение электронов, то поле ядра — их число в атоме. В самом деле, положительный заряд ядра должен уравновешиваться отрицательным зарядом электронов, иначе заряженный атом будет отталкивать или притягивать электроны, пока не станет нейтральным. Но, хотя заряд ядра и определяет равновесное число электронов в атоме, — вовсе не он отвечает за их удержание там. Именно поэтому, существуют отрицательные ионы, — атомы с избытком электронов, невозможным по теории Бора. Ведь, если электроны удерживает электрическая сила, то как же сможет нейтральный атом удержать лишний электрон, а, тем более, — два или три? Даже поляризованному атому это не под силу. Но для магнитной модели анионы — не проблема. Нейтральный атом легко может удержать лишний электрон в одном из узлов сетки (§ 4.14). Для захвата многих электронов есть и другой механизм: магнитное поле крестовины, атомного остова. На избыточный внешний электрон, влетающий в атом, действует сила Лоренца, способная удержать его на орбите, даже при отталкивании внутренними электронами (Рис. 100).

Рассмотрим теперь, как расположены внутренние электроны в атоме. По структурной модели атома, строение и заполнение электронных слоёв определяется строением ядра (остова атома), — не просто его зарядом, как в квантовой физике, а, именно, — пространственной структурой остова и конфигурацией полей. Она же задаёт периодичность свойств элементов. Напомним, что числа элементов в периодах таблицы Менделеева образуют следующий ряд: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Это удвоенные квадраты целых чисел k вида 2k2: 2=2·12, 8=2·22, 18=2·32, 32=2·42. Ещё задолго до теории атома Бора, многие учёные, — Дж. Томсон, Дж. Льюис, И. Ленгмюр, — поняли, что периоды связаны с последовательным заполнением электронами неких слоёв, уровней, оболочек в атоме [49]: в первом слое 2 места, во втором — 8 и т. д. Когда электроны полностью займут один слой, уровень, начинает заполняться следующий, открывая новый период, словно яичные ячейки, укладываемые по мере заполнения яйцами одна над другой, или пушечные ядра, складываемые пирамидой. У инертных газов, расположенных в конце периодов, слои целиком заполнены и потому крепко связывают электроны. Отсюда — химическая инертность этих, предельно совершенных, благородных газов.

Но, по квантовой механике, ёмкости оболочек для периодов с 1-го по 7-й иные: 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, что не соответствует числу элементов в периодах. Поэтому, даже к концу периода оболочки остаются не заполнены, утрачивая свой смысл, ибо заполняются непоследовательно. Да и сама идея оболочек и способа их заполнения, заимствованная из классической модели атома Дж. Томсона, выглядит в квантовой механике весьма натянуто, хотя бы потому, что произвольно вводятся четыре квантовых числа, задаваемых искусственно введёнными правилами, ниоткуда не следующими и ничем не обоснованными. Поэтому, для уяснения природы электронных оболочек — обратимся к забытым идеям Джильберта Льюиса. Подобно Ритцу, он считал причиной атомных спектров способность электрона занимать в атоме различные равновесные положения, которым соответствуют свои частоты колебаний. А оболочки и число электронов в них Льюис связывал с наличием у атома определённой пространственной структуры, — некоего правильного геометрического объёма, послойно заполняемого электронами, занимающими, при переходе к новым периодам, новые уровни [49]. Функция ядра в том и состоит, чтобы задавать эту пространственную структуру, кристаллизуя вокруг себя электроны. Осталось найти тело, дающее нужную конфигурацию слоёв и числа электронов в них.

Легко видеть, что этим телом должна быть бипирамида — две четырёхгранных пирамиды, вроде пирамид Хеопса, соединённых вершинами (Рис. 104). Эти пирамиды послойно от вершины заполняются электронами, как блоками реальных пирамид, или как упомянутые пирамиды из пушечных ядер. Уже то, что числа электронов в слоях — это удвоенные квадраты чисел 1, 2, 3, 4, должно говорить о том, что слои имеют форму постепенно растущих квадратов, — последовательных сечений пирамиды. Ну а то, что электронные слои, числа элементов в периодах — дублируются, означает, что пирамид этих — две. Они имеют общую вершину — слой с числом мест равным 2, потому-то он один и не дублируется. Интересно, что к подобной бипирамидальной форме ядра пришёл и В. Мантуров, но уже из соображений ядерной физики [79]. Более того, ещё в Древней Греции Платон предложил считать элементарные частицы, атомы, — имеющими вид многогранников, пирамидок (§ 5.3) [63]. Так же, и первый атомист, древний грек Демокрит, — предлагал считать атомы геометрическими телами, "формами", заполняемыми по семи уровням элементарными частицами, — амерами (электронами). Ломоносов, как основатель русской физики с химией и последователь древних атомистов, тоже представлял атомы каждого элемента в виде частиц стандартных масс, геометрических размеров и форм, считая атомы многогранниками, пирамидами с квадратным основанием (см. его диссертацию "О различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул"). Наконец, и сам Менделеев связывал открытую им периодическую зависимость свойств элементов от веса атомов — с их формой, пространственной структурой атома.

Рис. 104. Бипирамидальная модель атома, схема расположения в нём семи электронных слоёв, их ёмкости и номера (отвечают номеру периода).

Электроны в слоях должны, во избежание отталкивания, перемежаться расположенными в шахматном порядке позитронами, — теми самыми, которые, будучи в протонах избыточными, придают положительный заряд ядру (как увидим, можно обойтись и без позитронов, если отталкивание компенсируется притяжением к атомному остову или магнитным взаимодействием электронов, § 4.14). Тогда, в каждом слое будет поровну электронов и позитронов, а всего частиц: 2k2+2k2=(2k)2. То есть, любой слой — это квадрат со стороной в 2k частиц (если же исключаем присутствие позитронов в слое, то это будет квадрат со стороной в k частиц, где в каждой ячейке сидят по два электрона, связанные в пару магнитным притяжением). В крайних, 6-м и 7-м слоях, словно на шахматной доске, — как раз 8×8=64 места: 32 чёрных клетки — для электронов и 32 белых — для позитронов (Рис. 105). Слои уложены один над другим так, что над позитронами лежат электроны и наоборот (Рис. 106): чередование зарядов, как в ионных кристаллах той же соли NaCl. Легко понять, как задаётся эта структура слоёв. Ядро атома должно представлять собой два пирамидальных раструба, вроде рупорных антенн, соединённых вместе. В этих сдвоенных рупорах, как в кульках, и уложены слоями электроны, вперемежку с позитронами. Столь чёткая укладка электронов на каждом уровне вызвана периодичным размещением электронов и позитронов в опорных слоях. Электроны с позитронами уложены в слои, словно ионы в кристалле соли, — в шахматном порядке. Каждый электрон прилипает к слою возле позитрона. Таким образом, отрицательные электроны и их зеркальные античастицы-позитроны аналогичны чёрным и белым фигуркам шахмат или шашек, расположенным на отведённых им клетках шахматной доски-ядра (§ 5.2).

Рис. 105. Схема электронных слоёв разной ёмкости и порядок их заполнения.

Итак, электроны и позитроны — это тот стройматериал, из которого, словно снежинки, кристаллизуются ядра, атомные остовы. Но, если снежинки все разные, то ядра одного типа — идентичны, поскольку образованы равным числом частиц, одинаково выстроенных их же электрическими и магнитными полями. Как показал Ритц, частицы — это не только элементарные заряды, но и магнитики, слипающиеся единственным оптимальным способом, задающим минимум энергии. Именно так, и плавающие магниты в опытах Майера составляли всегда одни и те же правильные конфигурации (§ 3.1). Именно это стремление к минимуму энергии системы магнитных частиц (электронов, позитронов, протонов и нейтронов) и даёт ядро в форме двух четырёхгранных пирамид, соединённых вершинами. Этот двойной рупор, бипирамида в форме песочных часов, и задаёт все свойства атомов и ядер.