| Элемент | Номер электрона | Стацио-нарное состояние k | Зарядовое число z/ | Радиус орбиты r/ ×10-10 , м | Скорость электрона V/ ×106 м·с-1 | Полная энергия Е×10-19, Дж | Период обращения Т×10-16, с | 
|
| H | 1,00003 | 0,529177 | 2,18650 | 21,7272 | 1,52066 | |||
| He | 1,96780 1,39144 | 0,268926 0,380318 | 4,30423 3,04355 | 84,3949 42,1974 | 0,392570 0,785139 | |||
| Li | 2,95691 2,41431 1,24674 | 0,178967 0,219189 1,68783 | 6,46814 5,28121 1,36360 | 190,572 127,048 8,46986 | 0,173850 0,260775 7,82324 | 1.5 | ||
| Be | 3,95074 3,42144 2,31332 1,66578 | 0,133947 0,154669 0,915035 1,270736 | 8,64224 7,48440 2,53019 1,82195 | 340,209 255,157 29,1608 15,1204 | 0,0973840 0,129845 2,27229 4,38228 | 1,33333 23,3333 | ||
| B | 4,94960 4,42705 3,33860 2,71952 1,56195 | 0,106916 0,119536 0,634028 0,778360 1,35521 | 10,8274 9,68429 3,65163 2,97450 1,70840 | 533,990 427,192 60,7382 40,3011 13,2943 | 0,0620440 0,0775551 1,09094 1,64617 4,98421 | 1,25 17,5833 26,5 80,3333 |
Продолжение табл. 5.12
| C | 5,94902 5,43068 4,43068 4,34455 3,76249 1,81973 | 0,0889544 0,0974447 0,487223 0,562597 0,790644 1,16323 | 13,0137 11,8798 4,75192 4,11528 2,92829 1,99035 | 771,410 642,842 102,855 77,141039,0586 18,0466 | 0,0429485 0,0515381 0,644227 0,858969 1,69645 3,67211 | 1,2 39,5 85,5 | ||
| N | 6,94991 6,43437 5,36663 4,76760 3,73438 2,95035 2,06824 | 0,0761436 0,0822445 0,394431 0,443990 0,566831 0,717462 1,02346 | 15,2033 14,0755 5,21467 5,86988 4,08457 3,22701 2,26218 | 1052,83 902,428 156,943 123,862 75,9934 47,4335 23,3098 | 0,0314686 0,0367133 0,422203 0,534965 0,871941 1,39694 2,84266 | 1.16666 13,4166 27,7083 44,3916 90,3333 | ||
| O | 7,95424 7,43896 6,36339 5,80895 4,76475 3,97712 3,21400 2,00159 | 0,0665295 0,0711378 0,332647 0,364397 0,444256 0,532236 0,658608 1,05754 | 17,4004 16,2732 6,96014 6,35371 5,21158 4,35009 3,51540 2,18930 | 1379,11 1206,22 220,657 183,881 123,714 86,1940 56,2900 21,8319 | 0,0240235 0,0274668 0,300293 0,360352 0,535603 0,768751 1,17715 3,03509 | 1,14333 12,5 22,295 126,338 |
Продолжение табл. 5.12
| F | 8,96928 8,41393 7,39773 6,80720 5,80731 5,07379 4,30525 3,20895 2,26907 | 0,0590004 0,0628895 0,286137 0,310960 0,364500 0,417196 0,491670 0,659645 0,932879 | 19,6209 18,4061 8,09153 7,44561 6,35195 5,54963 4,70902 3,50990 2,48187 | 1753,55 1543,12 298,222 252,511 183,778 140,284 101,004 56,1135 28,0567 | 0,0188936 0,0214701 0,222189 0,262412 0,360554 0,472341 0,656029 1,18085 2,36171 | 1,13636 11,76 13,8888 19,0833 34,7222 62,5 | ||
| Ne | 9,98823 9,41699 8,38513 7,79801 6,80895 6,09276 5,33893 4,32081 3,46958 2,51680 | 0,0529815 0,0561953 0,252443 0,271449 0,310880 0,347423 0,396477 0,489900 0,610093 0,841105 | 21,8500 20,6004 9,17152 8,52936 7,44753 6,66418 5,83965 4,72605 3,79498 2,75284 | 2174,60 1932,97 383,143 331,368 252,641 202,288 155,328 101,735 65,5989 34,5175 | 0,0152354 0,0171399 0,172943 0,199964 0,262277 0,327561 0,426592 0,651315 1,01011 1,91966 | 1,125 11,35135 13,125 17,215 21,5 42,75 66,3 |
Продолжение табл. 5.12
|
|
| Na | 11,0004 10,4177 9,38120 8,80034 7,82755 7,11931 6,38444 5,39178 4,59499 3,72883 1,84363 | 0,0481065 0,0507971 0,225639 0,240532 0,270425 0,297327 0,331551 0,392591 0,460668 0,567676 2,58334 | 24,0643 22,7897 10,2611 9,63573 8,56117 7,78703 6,98324 5,89748 5,02596 4,07855 1,34436 | 2637,68 2365,66 479,586 422,030 333,885 276,198 222,121 158,420 115,057 75,7685 8,23206 | 0,0125606 0,0140048 0,138167 0,157007 0,198457 0,239907 0,298314 0,418267 0,575904 0,874532 12,0738 | 1,115 12,5 15,8 19,1 23,75 33,3 45,85 69,625 961,25 | ||
| Mq | 12,0053 11,4207 10,3929 9,81870 8,84445 8,14038 7,40986 6,44539 5,66962 4,79614 3,15396 2,24924 | 0,0440796 0,0463361 0,203675 0,215585 0,239333 0,260033 0,285669 0,328415 0,373352 0,441347 1,51007 2,11748 | 26,2627 24,9838 11,3676 10,7396 9,67398 8,90388 8,10484 7,04991 2,20138 5,24598 2,29985 1,64014 | 3141,62 2843,10 588,595 525,355 426,272 361,106 299,202 226,383 175,167 125,352 24,0922 12,2528 | 0,0105458 0,0116531 0,112576 0,126128 0,155445 0,183497 0,221461 0,292698 0,378277 0,528607 4,12552 8,11183 | 1,105 10,675 11,96 14,74 17,4 27,755 35,87 50,125 391,2 769,2 |
Теперь выражение (187) примет вид
. (188)
Отсюда находим
, (189)
. (190)
Для элементов, порядковые номера которых отличаются на 2, 3 и 4 единицы, выполняются равенства:
|
|
(191)
Замечаем, что в правых частях уравнений (187) и (191) стоят числа, равные числу элементов в периодах периодической системы. Формулы для вычисления значений k для этих случаев имеют вид
(192)
Полученные формулы для расчета ионизационных потенциалов не позволяют учитывать эффект движения. Ими можно пользоваться только в случаях, когда электроны в атомах движутся с малыми скоростями. Чтобы производить точные расчеты, с учетом эффекта движения, нужно знать скорости движения электронов в атомах. Выразив зарядовые числа в формуле (187) через орбитальные скорости электронов с помощью формулы (112), получим уравнение, позволяющее вычислять без учета эффекта движения орбитальные скорости любого электрона в любом атоме:
. (193)
Теперь полную энергию системы “электрон-атом” можно определить по формуле (104), которая с учетом зависимости (76/) преобразуется к виду
. (194)
Согласно теории относительности, если тело движется со скоростью, значительно меньшей скорости света, то его кинетическую энергию можно с достаточной точностью вычислить по формуле
.
Если тело движется с большой скоростью, то тогда кинетическая энергия будет равна
. (195)
Последняя формула выведена для частиц, ускоряемых в ускорителях, но считается верной для любых других возможных случаев. При выводе формулы (195) были допущены ошибки. Так, сила, с которой электрическое поле в ускорителе действует на частицу, равна
. (196)
Согласно этому выражению по мере увеличения скорости частицы сила, действующая на нее, непрерывно растет и при приближении скорости частицы к скорости света сила стремится к бесконечности. Однако это противоречит общепризнанному факту конечности скорости распространения взаимодействия. В соответствии с этим сила, действующая на частицу, наоборот, должна стремиться к нулю.
|
|
В первых скобках уравнения (196) мы вместо произведения mV записали mV/, тем самым показали, что не масса частицы m растет с увеличением ее скорости, а сама скорость является величиной, зависящей от эффекта движения. Как показано выше (76/),
.
Уравнение (196), записанное в таком виде, точно описывает зависимость силы, действующей на движущийся электрон в атоме, от его скорости. Согласно теории относительности кинетическая энергия равна
. (197)
После интегрирования получим формулу (195). Эту формулу нельзя применять и для определения кинетической энергии электронов в атомах, так как при ее выводе допущена ошибка. В формуле (197) сомножитель V записан без учета эффекта движения. Правильное выражение для кинетической энергии имеет вид
. (198)
Полная энергия системы “электрон-атом” будет равна
, (199)
что совпадает с формулой (104), полученной нами ранее, и формулой (194).
Сравнивая формулы (195) и (198), со всей очевидностью убеждаемся в ошибочности выводов, сделанных на основе формулы (195). Энергия не может превращаться в массу, а масса – в энергию. Бессмысленными, не отражающими реальную действительность являются такие понятия, как энергия покоя и полная энергия, масса покоя и релятивистская масса. В устойчивых атомах скорости электронов не превышают скорость света. Если скорость электрона равна скорости света, то его кинетическую энергию можно определить по формулам
,
где V/=C=299,792458 
м/c; 
Она будет равна 409355,56·10-19 Дж = 0,255499532 МэВ.
В таблице 5.13 приведены ионизационные потенциалы для 36 элементов. Нумерация электронов идет в направлении от ядра к периферии атома. Расчет проводился последовательно: вначале для одноэлектронных ионов, затем для двухэлектронных и т.д. Значения k определялись по формуле (189), а ионизационные потенциалы по формулам (193, 199). Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными [73, 96, 97]. Теперь по методике, изложенной выше, можно рассчитать параметры орбит для всех 36 элементов. Никаких принципиальных трудностей нет для вычисления ионизационных потенциалов и параметров орбит электронов у всех элементов периодической таблицы.
Химические и ряд физических свойств элементов обусловлены энергией связи наружных электронов с атомами. Энергия связи, а следовательно, и свойства имеют периодическую зависимость от порядкового номера элемента в таблице Менделеева. Если сравнить первые потенциалы ионизации у всех атомов [78], то можно четко выделить семь периодов, что и отражено в таблице Менделеева. Если же сравнить потенциалы ионизации у всех ионов с разными зарядами ядер, но с одинаковым количеством электронов, то так же четко можно различить у известных нам элементов 12 периодов, которые приведены в таблице 5.14. В таблице приведен также 13-й период для элементов, которые, возможно, существуют во Вселенной в условиях, отличных от условий Солнечной системы.
Таблица 5.14 позволяет более точно установить зависимость химических свойств атомов от их строения. На рис. 5.10 показано, как идет заполнение электронных слоев в атомах. Орбиты изображены в масштабе по данным таблицы 5.12. В первом слое у всех атомов содержатся два электрона. В атоме водорода в этом слое имеется только один электрон. При переходе от атома к атому размеры слоя уменьшаются, но количество электронов не изменяется. Второй слой содержит восемь электронов. Заполнение этого слоя начинается в атоме лития и заканчивается в атоме неона. Заполнение третьего слоя начинается в атоме натрия и заканчивается в атоме аргона. В таблице 5.15 показано, как идет заполнение электронных слоев у всех атомов, приведенных в таблице 5.14. Число слоев в атоме соответствует номеру периода, в котором он находится. Максимально возможное число электронов в слое соответствует числу элементов в периоде, в котором начал заполняться этот слой. В первом слое оба электрона находятся в первом стационарном состоянии. Восемь электронов второго слоя находятся во втором стационарном состоянии. Электроны третьего и четвертого слоев находятся в третьем стационарном состоянии, а электроны всех остальных слоев – в четвертом.
Распределение электронов в атомах, принятое сегодня [98], ошибочно. Оно противоречит характеру изменения ионизационных потенциалов в атомах [78]. Согласно таблице 5.14 один период содержит два элемента, шесть периодов содержат по восемь элементов, четыре по десять элементов и два по четырнадцать элементов. В некоторых периодах наблюдается одинаковая закономерность изменения свойств элементов по мере увеличения числа электронов во внешнем слое атома. Такие периоды будем называть подобными. Так, подобными являются второй и третий периоды, начинающиеся с щелочных элементов; пятый, седьмой, десятый и тринадцатый, начинающиеся с элементов группы меди; четвертый, шестой, девятый и двенадцатый, содержащие по 10 элементов; восьмой и одиннадцатый, содержащие по 14 элементов.
Таблица 5.13