Атом водорода

А.Т. Серков, А.А. Серков

ООО НИЦ (Научно-инженерный центр) «Углехимволокно»,

141009, Московская обл., г.Мытищи, ул. Колонцова, д. 5

e-mail: arkady07@rambler.ru

Краткое содержание

Рассматривается новая модель строения и функционирования атома водорода. Модель

дополнительно помимо ядерного планетарного строения и разрешённых орбит включает

в себя в связи с большой плотностью элементарных частиц предположение о

взаимодействии масс частиц по обратно квадратичному закону тяготения с

константой тяготения 1,847.1028

см3/гс

2. Поле, создаваемое ядром атома,

рассматривается как вязко-упругое тело, в котором вследствие сдвиговой деформации,

вызываемой вращением ядра, возникает магнитное поле. Орбитальное движение

электронов в образовавшемся магнитном поле приводит к появлению силы отталкивания

(сила Лоренца).

1.Введение.

В основу модели атома водорода, рассматриваемой в этой статье, положены

ядерный (планетарный) принцип строения атома Э Резерфорда, постулаты Н Бора о

разрешённых орбитах в атоме и выделении или поглощении кванта излучения при

переходе электрона с одной разрешённой орбиты на другую, а так же уравнение

квантования орбит и уравнение излучаемых частот Бальмера-Ридберга. Эти

фундаментальные положения дополнены несколькими принципиально новыми подходами

(предположениями) к рассмотрению проблемы, которые изложены в книге «Гипотезы-2».

Среди этих новых подходов наиболее важными являются следующие:

1. Силы притяжения в атоме обусловлены взаимодействием масс и являются согласно

гипотезе П Лапласа вследствие высокой плотности вещества в атоме (1012

г/см3)

«видоизменёнными гравитационными силами», с константой в законе тяготения по нашим

данным равной 1,847 см3/гс

2;

2. Окружающее ядро гравитационное поле (по существующей терминологии

электромагнитное поле), имеющее вследствие болшой плотности массы в ядре (1012

г/см3)

высокую напряженность и поэтому названное «микрогравитационным», рассматривается

как вязко-упругое тело, способное к сдвиговой деформации;

3. Магнитное поле атома создаётся вращением ядра атома, как одно из составляющих

нормальных напряжений при сдвиговой деформации микрогравитационного

(электромагнитного) поля;

4. Силы отталкивания в атоме аналогичны силам Лоренца-Ампера, возникающими при

движении электрического заряда в магнитном поле, а применительно к рассматриваемой

проблеме при движении частицы, обладающей массой с высокой плотностью, в

магнитном поле.

Сразу же отметим, что термин «микрогравитационное поле» по-существу имеет то

же физическое содержание, что и электрическое поле и вводится, чтобы подчеркнуть

решающую роль взаимодействия масс с высокой плотностью, а не мифических

электрических зарядов. Подобная ситуация наблюдалась при переходе от теории

теплорода к молекулярно- кинетической теории. Физики отказались от мифической

тепловой жидкости (флюида) теплорода, перетекание которой из одного тела в другое

якобы обеспечивало нагрев или охлаждение тела. При этом сохранилась терминология –

теплопередача, теплопроводность, теплоёмкость. По- видимому, похожая картина будет

наблюдаться в рассматриваемом случае. После осознания физической сущности

электрических явлений, что это результат взаимодействия микро частиц с высокой

плотностью и что никаких зарядов в природе не существует, электрическая терминология,

возможно, продолжит своё существование, но с другим физическим смыслом.

Перечисленные новые подходы позволяют в сочетании с указанными выше

фундаментальными данными Резерфорда и Бора построить непротиворечивую модель

атома водорода в рамках классических физических представлений.

Здесь следовало бы отметить, что вряд ли оправданы попытки создать адекватную

модель атома водорода, исходя только из волновых представлений. Вследствие сложности

системы на наш взгляд необходимо привлекать закономерности из различных областей

знаний, как-то ИК, УФ и рентгеновская спектроскопия, динамика орбитального движения,

гидродинамика, физика и химия поверхностных явлений. Так например, при

рассмотрении механизма образования разрешённых и излучающих орбит в атоме

водорода оказалось весьма полезным привлечение сведений из теории образования

динамических пограничных слоёв в гидро- и аэродинамике.

2. Образование разрешённых и излучающих орбит в атоме.

Исходим из предположения, что разрешённые орбиты – это круговые или близкие

к ним траектории движения электронов вокруг ядра атома, где силовые линии

микрогравитационного (электромагнитного) поля ориентированы тангенциально

(концентрически), то есть совпадают с направлением движения электронов. Пересечение

силовых линий электронами не происходит. Поэтому не потребляется энергия,

отсутствует излучение. Напротив, для излучающих орбит характерна радиальная или

беспорядочная, хаотичная ориентация силовых линий поля, которые пересекаются под

разными углами движущимся электроном. Пересечение силовых линий сопровождается

затратой энергии и соответственно излучением.

Поле вокруг ядра атома состоит из чередующихся концентрических областей

(слоёв) с разной ориентацией силовых линий. По современным данным в спектре атома

водорода насчитывается до 109 линий излучения, каждая из которых соответствует слою

поля с хаотичной ориентацией силовых линий, между которыми расположены

разрешённые орбиты с концентрической ориентацией силовых линий. Вызывает

сомнение, все ли эти линии принадлежат одному и тому же атому? Или их появление

обусловлено присутствием других изомерных атомов.

Образование чередующихся слоёв связано с вращением ядра атома,

взаимодействием его поверхности с вязко-упругим окружающим полем.. В соответствии

с принятым во введении условием окружающее поле обладает свойствами вязко-упругого

тела. Это значит, что слой поля, непосредственно примыкающий к поверхности ядра,

вращается с такой же линейной скоростью, как поверхность ядра. На поверхности ядра

образуется динамический пограничный слой поля, который вращается вместе с ядром. Его

толщина δ определяется известным выражением Х.Блазиуса:

δ = 5,2(μl/ρu)0,5

, (1)

гле μ- динамическая вязкость, l- линейный размер, ρ- плотность, u- скорость.

В пограничном слое сохраняется ламинарное концентрическое

распределение скоростей.

По мере удаления от поверхности ядра скорость падает. Происходит срыв слоя и

образование турбулентной прослойки с хаотичной ориентацией силовых линий поля.

Далее на поверхности вращающегося турбулентного слоя вновь образуется пограничный

слой с ламинарным профилем скоростей и такое чередование ламинарных и

турбулентных слоёв, выполняющих роль разрешенных и излучающих орбит, повторяется

многократно. Схематично образование таких орбит показано на рис.1.

Рис.1. Чередование ламинарных (разрешённые орбиты) и турбулентных

(излучающие орбиты) слоёв в атоме: 1- вращающееся ядро, 2- ламинарный динамический

пограничный сой, 3- турбулентный слой, 4, 6- ламинарные слои, 5, 7- турбулентные слои,

uc и us- скорости на поверхности ядра и пограничного слоя.

Вращающееся ядро атома (1) благодаря вязко-упругим свойствам окружающего

поля передает ему импульс вращательного движения. Непосредственно примыкающий к

ядру тонкий слой поля имеет такую же линейную скорость, как поверхность ядра uc. При

удалении от ядра вследствие вязкого сопротивления скорость падает, но сохраняется

режим ламинарного движения. Образуется динамический пограничный слой (2) толщиной

δ. Благодаря разности скоростей в слое происходит концентрическая ориентация силовых

линий поля. При снижении скорости до величины us достигается равенство сдвигового

усилия и сил вязкого сопротивления. Прооисходит срыв ламинарного потока и

образование турбулентного слоя (3) с беспорядочной ориентацией силовых линий.

Электрон пересекает в турбулентном слое силовые линии, что вызывает силовое

взаимодействие электрона с полем и выделение энергии в виде излучения в соответствии

с уравнением Лоренца:

f = (v/c)2 (gm1m2)/r

2 Sin ά, (2)

где v- орбитальная скорость электрона, с- скорость света, g- константа микротяготения,

равная 1,845.1028

см3/гс

2, m1 и m2- массы электрона и ядра атома водорода, α- угол, под

которым электроны пересекают силовые линии. Максимальное значение сила

сопротивления и соответственно интенсивность излучения имеет место при угле 900. С

уменьшением угла интенсивность излучения падает и при параллельном расположении

силовых линий движение происходит без сопротивления, то есть без излучения. Это

случай разрешённых орбит, когда силовые линии имеют концентрическую ориентацию и

движение электронов по этим орбитам происходит без излучения.

Турбулентный слой внутри себя имеет беспорядочное распределение направления

скоростей, однако в целом он вращается с одной и той же соростью, равной скорости

поверхности пограничного слоя us. Вследствие вязко-упругого взаимодействия на

поверхности движущегося турбулентного слоя образуется новый пограничный слой (4) с

ламинарным распределением скоростей. Это следующая разрешённая орбита, которая

после снжения скорости до критического уровня, вновь сменяется турбулентным слоем,

то есть излучающей орбитой (5).

Такое чередование слоёв в случае атома водорода продолжается до образования

трёх турбулентных слоёв, после чего толщина ламинарных слоёв резко возрастает.

Рассмотренный механизм образования слоистой структуры атома согласуется с

предложенной Бором и затем уточнённой формулой квантования разрешённых орбит[1]:

r = kn2, r = n

2(gmc/cωc)

0,5, k = (gmc/cωc)

0,5 , k = rn1. (3)

где r – орбитальный радиус, n – главное квантовое число, g – константа микрогравитации

1,847.1028

см3/гс

2, mc – масса ядра, с – скорость света, ωс – частота вращения ядра, k –

постоянная величина индивидуальная для каждого элемента численно равная радиусу

орбиты при величине главного квантового числа n = 1.

3. Орбитальные радиусы в атоме водорода.

Расстояние от ядра, точнее его центра, до орбиты, по которой вращается электрон,

есть орбитальное расстояние или орбитальный радиус. Возможны два метода расчёта

орбитальных радиусов: по уравнению квантования орбит Бора и по уравнению 3-го закона

Кеплера, преобразованного применительно к атомным системам. Расчёт по уравнению

Бора рассматривается в разделе 4.

Применение для расчёта орбитальных радиусов в атоме 3-го закона Кеплера стало

возможным после доказательства реальности микрогравитационных взаимодействий в

атоме, то есть взаимодействия масс элементарных частиц и определения константы

микрогравитации или константы тяготения между массами частиц, обладающими

высокой плотностью.

Уравнение 3-го закона Кеплера для атомных систем имеет вид:

λ = 2πсr1,5

/(gMd)0,5

или ν = (gMd)0,5

/2πr1,5

, (4) ,

где λ и ν – длина волны и частота излучения, с- скорость света, g- константа

микрогравитации 1,847 1028

см3/гс

2, М – атомная масса, d – дальтон (1,661.10

-24 г). Расчёт

орбитальных расстояний по уравнению (4) проводится с высокой точностью, поскольку

все входящие в формулу величины общеизвестны и надёжно определены. Что касается

новой константы g, то она так же достаточно точно определена по длинам волн

характеристического рентгеновского излучения 10 химических элементов из разных

периодов таблицы ДИ Менделеева [2].

Выполним пример расчёта радиусов атома водорода. Для расчёта используем

длины волн линий излучения, приведенных в таблице 1, составленной по данным NIST

[3]. В таблице прдставлены орбитальные радиусы, см. столбец 3, рассчитанные по

уравнению (4). Рассчитывается расстояние от ценра атома до излучающей орбиты, то есть

до слоя с хаотичной ориентацией силовых линий микрогравитационного

(электромагнитного) поля. Однако, это расстояние практически совпадает со смежной

разрешённой орбитой, так что можно считать, что рассчитывается орбитальное

расстояние до разрешённой орбиты.

Приведем пример расчёта радиуса орбиты, с которого излучаются волны с λ =

91,81 нм, см. первую строку втаблице1. Подставив в уравнение (4) значения, входящих в

него величин: λ = 91,81.10-7

, g = 1,847.1028

, М = 1,008, d =1,661.10-24

с = 2,998.1010

,

получим значение орбитального радиуса равное r = 4,189. 10-10

см. В таблице 1 в графе 3

приведены более точные значения радиусов, рассчитанные по программе excel для всех

длин волн излучения атома водорода, приводимых в таблицах NIST.

Таблица1. Линии излучения в спектре водорода,

расчёт орбитальных радиусов и квантовых чисел.

№пп λ,нм I,от.ед. r [см]*10-10

n k

1 2 3 4 5 6

1 1,68 - 0,2908 1 0,2908 2 13,43 - 1,163 2 0,2908 3 45,34 - 2,617 3 0,2908 4 91,8125 5600 4,18863755 4 0,2618 5 91,9342 6100 4,19233817 4 0,262 6 92,0947 7400 4,19721611 4 0,2623 7 92,3148 12000 4,20390082 4 0,2628 8 92,6249 11000 4,21330993 4 0,2633 9 93,0751 5600 4,22695133 4 0,2642 10 93,7814 19000 4,24830851 4 0,2655 11 94,9742 33000 4,28425523 4 0,2678 12 97,2517 83000 4,35247589 4 0,272 13 102,5728 250000 4,50982524 4 0,2819 14 121,567 840000 5,05066693 4 0,3157 15 365,665 700 10,5243149 6 0,2922 16 365,725 700 10,5254661 6 0,2925 17 365,804 700 10,5269818 6 0,2925 18 365,865 700 10,5281521 6 0,2925 19 365,941 700 10,52961 6 0,2925 20 366,032 700 10,5313556 6 0,2925 21 366,127 800 10,5331777 6 0,2925 22 366,222 1100 10,5349997 6 0,2925 23 366,341 900 10,5372817 6 0,2928 24 366,465 1000 10,5396594 6 0,2928 25 366,608 900 10,542401 6 0,2828 26 366,773 1000 10,545564 6 0,2931 27 366,945 1300 10,5488607 6 0,2931 28 367,132 1200 10,5524442 6 0,2931 29 367,381 1300 10,557215 6 0,2933 30 367,6376 1400 10,5621303 6 0,2933 31 367,937 1700 10,567864 6 0,2936 32 368,2823 1700 10,5744747 6 0,2936 33 368,6831 2000 10,5821454 6 0,2939 34 369,1551 2300 10,5911753 6 0,2942 35 369,7157 2300 10,6018951 6 0,2944 36 370,3859 2800 10,6147036 6 0,2947 37 371,1978 3300 10,6302098 6 0,2953 38 372,1946 5000 10,6492319 6 0,2958 39 373,4369 6000 10,6729152 6 0,2963 40 375,0151 8000 10,7029643 6 0,2983 41 377,0633 9000 10,7418994 6 0,2983 42 379,7909 17000 10,7936403 6 0,2997 43 383,5397 30000 10,8645511 6 0,3017 44 410,1734 70000 11,3618722 6 0,3156

45 434,0472 90000 11,7985747 6 0,3278 46 486,135 180000 12,7245617 7 0,2596 47 656,279 500000 15,5428472 7 0,3171 48 824,999 90 18,1039714 8 0,2828 49 825,229 90 18,107336 8 0,283 50 825,499 90 18,1112854 8 0,283 51 825,789 110 18,1155268 8 0,2831 52 826,089 110 18,119914 8 0,2831 53 826,428 110 18,1248709 8 0,2831 54 826,794 110 18,1302218 8 0,2833 55 827,194 140 18,1360689 8 0,2834 56 827,632 140 18,1424704 8 0,2834 57 828,113 140 18,149499 8 0,2836 58 828,642 140 18,1572275 8 0,2838 59 829,23 170 18,165816 8 0,2839 60 829,883 210 18,1753515 8 0,2841 61 830,61 250 18,1859647 8 0,2842 62 831,426 290 18,1978734 8 0,2844 63 832,342 290 18,211237 8 0,2845 64 833,378 370 18,2263453 8 0,2848 65 834,554 500 18,2434877 8 0,285 66 835,9 500 18,2630983 8 0,2853 67 837,448 600 18,2856389 8 0/2858 68 839,24 700 18,3117151 8 0,2861 69 841,332 700 18,3421333 8 0,2866 70 843,795 700 18,3779136 8 0,287 71 846,726 700 18,4204472 8 0,2878 72 850,249 1200 18,4715069 8 0,2886 73 854,538 1400 18,5335733 8 0,2895 74 859,839 2300 18,6101411 8 0,2908 75 866,502 2200 18,7061589 8 0,2923 76 875,046 2200 18,8289237 8 0,2942 77 886,289 3600 18,9898621 8 0,2967 78 901,53 4800 19,206948 8 0,3002 79 922,97 6500 19,5102707 8 0,3048 80 954,62 9000 19,9537836 8 0,3117 81 1004,98 13000 20,6495148 9 0,2549 82 1093,817 14000 21,849157 9 0,2698 83 1281,807 32000 24,2858538 9 0,2999 84 1555,621 800 27,6316893 10 0,2763 85 1640,688 1400 28,6300588 10 0,2863 86 1680,651 1600 29,0930954 10 0,2909

87 1736,214 3100 29,7308363 10 0,2973 88 1817,424 2800 30,6508422 10 0,3065 89 1875,13 51000 31,2962638 `10 0,313 90 2166,118 8000 34,4555844 11 0,2848 91 2625,871 9000 39,1730299 12 0,272 92 3296,98 1800 45,5913495 13 0,2698 93 3740,576 2500 49,5941626 13 0,2934 94 4052,279 11000 52,3123783 14 0,2669

95 4653,78 4200 57,3687612 14 0,2927 96 5128,65 450 61,2078250o 15 0,272 97 7459,9 3000 78,5766621 17 0,2719 98 7502,44 620 78,8751007 17 0,2729 99 8154,84 120 83,3838357 17 0,2885 100 8664,46 180 86,8225573 18 0,268 101 8760,064 420 87,4600575 18 0,2699 102 9392,03 60 91,6173839 18 0,2828 103 10503,51 190 98,709994 19 0,2734 104 10803,59 80 100,581236 19 0,2781 105 11308,68 420 103,692229 19 0,2873 106 11539,54 110 105,098674 19 0,2911 107 12371,91 410 110,093781 20 0,2753 108 12387,15 340 110,184179 20 0,2755 109 12587,05 210 111,366408 20 0,2785

На рис.2 даётся зависимость длины волны излучения, приведенной в таблице 1, от

рассчитанных значений радиуса в диапазоне от нуля (центр ядра) до поверхности атома

(111,4 пм), определяемой максимальной длиной волны 12590 нм. Все значения длин волн

укладываются на одну параболическую кривую 1, выражающую 3-ий закон Кеплера.

Кривая берёт начало в центре ядра, что указывает на определяющую роль параметров

ядра на излучение. Основными параметрами ядра являются его масса, радиус и частота

вращения. Как могут эти параметры влиять на длину волны (частоту) излучения?

На этот вопрос можно ответить, если принять во внимание взаимодействие

поверхности вращающегося ядра с окружающим полем, которое по нашему мнению

можно рассматривать как вязко-упругое тело. Это взаимодействие вызывает сдвиговую

деформацию поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Векторы деформаций

при полном обороте ядра описывают волновые линии. Образуется то, что мы называем

электромагнитной волной. Волновое движение генерируется практически в точечном

источнике, поэтому при удалении от источника длина волны квадратично возрастает.

Таким образом, можно объяснить экспериментально полученную зависимость длины

волны от радиуса атома, выраженную кривой 1 на рис.2.

Рис.2. Изменение в зависимости от радиуса атома водорода r: 1- длины волны λ и

интенсивности излучения в серии: 2- Лаймана, 3- Бальмера, 4- Безымянной-1, 5- Пашена,

6- Брекета, 7- Пфунда и 8-Безымянной-2, 9-Безымянной-3 и 10- Хамфри.

4. Рентгеновское излучение водорода.

В спектре водорода выделяют несколько серий излучения. Они расположены во

всех частях спектра: рентгеновском, ультрафиолетовом, видимом и всех диапазонах

инфракрасного. В литературе отсутствует объяснение причин этого явления (появления

серий), хотя очевидным здесь является его связь с длиной волны, а значит и с атомными

радиусами. Обладая двумя методами опрелеления атомных радиусов, нам казалось

естественным попытаться объяснить возникновение серий излучения на основе механизма

образования разрешенных и излучающих орбит, рассмотренного в разделе 2, короче

связать это явление с вращением ядра и концентрической сдвиговой деформацией

окружающего поля, вызываемой вращением ядра..

Проще всего это оказалось сделать для рентгеновских серий. В литературе

отсутствуют данные по частотам характеристического излучения водорода. Поэтому

рассмотрение вопроса выполним с привлечением других химических элементов, в

частности урана[4], гле рентгеновские серии хорошо представлены.

Рентгеновское излучение α1 в серии K для урана имеет самую короткую длину

волны 0,01259 нм. Поэтому можно полагать, что такая длина волны (частота)

соответствует минимальному значению главного квантового числа n = 1, то есть радиусу

первой орбиты. В соответствии с уравнением (3) для первой орбиты k = r. В свою очередь,

зная длину волны λ, рассчитываем радиус по уравнениям 3-го закона Кеплера (4).

Полученное значение в силу высокой точности λ и теоретического статуса 3-го закона

Кеплера можно считать экспериментальной величиной, определённой с высокой

точностью. Сравнение полученных величин радиусов, на которых происходит

рентгеновское издучение урана для всех серий, а их всего 7, даётся в таблице 2 в столбцах

2 и 3. Наблюдается удовлетворительная близость полученных величин. Расчёт частот и

длин волн по Кеплеру с использованием радиусов, рассчитанных по уравнению

квантования Бора (3) во всех сериях также даёт удовлетворительное совпадение

расчётных и экспериментальных величин, см. колонки 4, 5, 6 и 7 в таблице 2. Так,

например, для рентгеновской L серии при n = 2 получена длина волны λcal= 0,1011 нм при

справочном значении λ exp = 0,07479 ни, а для М серии при n = 3 соответственно λcal =

0,3412 нм и λexp = 0,3329 нм. Для других серий при n = 4, 5, 6 и 7 также получено хорошее

совпадение расчётных и экспериментальных данных, см. столбцы 6 и 7 в таблице 1.

Таблица 2. Рентгеновские серии в атома урана.

n rcal.1010

,

см, ур.(3)

rexp.1010

,

см, ур.(4)

νcal.10-15

,

с-1

νexp.10-15

,

c-1

λcal,

нм

λexp,

нм

1 2 3 4 5 6 7

1 0,069 0,06882 23720 23813 0,01264 0,01259

2 0,276 0,2257 2965 4009 0,1011 0,07479

3 0,621 0,6108 878,0 900,5 0,3412 0,3329

4 1,104 1,150 370,7 348,6 0,8088 0,8600

5 1,725 1,507 189,8 232,4 1,580 1,290

6 2,484 2,920 109,8 86,61 2,730 3,480

7 3,381 3,378 69,16 69,24 4,335 4,330

Таким образом, данные по урану, полученные с помощью формул (3) и (4)

характеризуются высокой достоверностью и указанные формулы Бора и Кеплера могут

быть применены для расчёта радиусов и длин волн характеристического рентгеновского

излучения атома водорода. Результаты таких расчётов представлены в таблице 1 в первых

трёх строках. Для расчёта было принято среднее значениие k = 0,2908.10 -10

см. Длина

волны характеристического излучения водорода Кα1 оказалась равной 1,680 нм. Для серий

L и M соответственно получены величины 13,43 и 45,34 нм. Конечно, это только

расчётные величины, которые нуждаются в экспериментальной проверке. По

астрономическим данным для водорода в период максимальной солнечной активности

длина волны смешенного рентгеновского излучения составляет ~ 2,5 нм, а в период

сильных солнечных вспышек до 0,7 нм.

5. Серии излучения в других областях спектра.

Серии излучения в спектре водорода обычно увязывают с обобщённой формулой

Бальмера-Ридберга, которая до недавнего времени считалась образцом совпадения

расчетных и экспериментальных данных. Формула имеет вид:

1/λ = R(1/ni2 – 1/nj

2), (5)

где λ- длина волны излучения, R- постоянная Ридберга, равная 1,097 см -1

, ni и nj ряды

целых чисел. Нетрудно показать, что эта формула является аналитическим отражением

кривой 1 на рис.2 и что в её основе лежит 3-ий закон Кеплера.

Квантовое число ni отражает начало серии. Было идентифицировано 6 серий,

которые получили названия по имени их открывателей Лаймана, Бальмера, Пашена,

Брекета, Пфунда и Хамфри. В связи с получением большого числа дополнительных линий

излучения в спектре водорода в расчётах с применением формулы Бальмера-Ридберга

появилась неопределенность, и формула стала терять своё значение. Даются объяснения

этому явлению, связанные с элементами тонкой структуры атома водороа. Более

деталюно этот вопрос будет рассмотрен в следующем разделе.

Деление спектра на серии на наш взгляд можно объяснить с позиций выдвинутой

нами концепции образования разрешённых и излучающих орбит, то есть вследствие

концентрической сдвиговой деформации поля вследствие вращательного движения ядра

атома. Такое предположение подтверждается характером изменения интенсивности

излучения в зависимости от удаления от ядра атома.

Рассматривая в таблице 1 ход изменения величины интенсивности I после

рентгеновских серий. Начиная с рдиуса 4,189 пм (λ = 91,81 нм) можно видеть, что

интенсивность излучения имеет сравнительно низкое значение 5600 условных единиц.

Это значт, что концентрическая ориентация силовых линий благодаря большой сдвиговой

деформации вблизи поверхности ядра достаточно велика и сопротивление движению

электрона на орбите незначительно. По мере удаления от поверхности ядра сдвиговая

деформация ослабевает, В силу действия закона тяготения силовые линии поля

выпрямляются (становятся радиально направленными) сопротивление движению

электрона возрастает и интенсивность излучения повышается, достигая при радиусе 5,051

пм (λ = 121,6 пм) максимального значения 840000 ус. ед.

Далее при увеличении радиуса до 10,52 пм (λ =365,7 нм) достгается критическое

соотношение напряжения сдвига и вязкого сопротивления поля, при котором происходит

срыв и турбулизация потока с последующим переходом к концентрическому

ламинарному профилю скоростей и высокой тангенциальной ориентации силовых линий,

где движение электрона идёт без сопротивления. Интенсивность излучения резко падает

до 700 ус. ед. Затем идёт повторение цикла. Снова с увеличением радиуса до 15,54 пм (λ =

656,3 нм) снижается напряжение сдвига, повышается радиальная направленность силовых

линий и интенсивность излучения возрастает до очень большой величины 500000 ус. ед.

Далее при увеличении радиуса до 18,1 пм снова достигается критическое соотношение

напряжения сдвига и сопротивления среды. Происходит сначала турбулизация, затем

ламинаризация слоёв поля с достижением высокой концентрической ориентации силовых

линий. Сопротивление движению электронов снжается и интенсивность излучения падает

до необычно малой величины 90 ус. ед. Каждый из описанных циклов можно отожествить

с серией излучения. Первый цикл с серией Лаймана, второй с серией Бальмера, хотя

неопределенность в расчётах из-за большого числа линий излучения становится

очевидной.

Циклы-серии излучения, подобные рассмотренным, повторяются с увеличением

радиуса атома вплоть до его поверхности. Всего насчитыветс 9 такх циклов – серий

излучения. Их количественные характеристики приведены в таблице3. В первом столбце

даётся номер серии, обозначенный квантовым числом ni из формулы (5).

Таблица 3. Серии излучения атома водорода.

ni λ1.107

см

λ2.107

см

I1

у.е.

I2

у.е.

r1.1010

,

см

n1 r2.1010

,

см

n2 k1.1010

,

см

k2.1010

,

см

Еi

эВ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 `11 12

1 91,81 121,6 5600 840000 4,189 4 5,051 4 0,2618 0,3157 13,50

2 365,7 656,3 700 500000 10,52 6 15,54 7 0,2922 0,3171 3,397

3 825,0 1282 90 320000 18,10 8 24,29 9 0,2828 0,2999 1,503

4 1556 1875 800 51000 27,03 10 31,30 10 0,2703 0,3130 0,7969

5 2166 4052 8000 11000 34,46 11 52,31 13 0,2848 0,3095 0,5725

6 5129 7460 450 3000 57,37 14 78,58 16 0,2927 0,3070 0,2664

7 8154 8260 120 420 78,88 17 87,46 18 0,2729 0,2699 0,1653

8 9392 11308 60 420 91,62 18 103,7 19 0,2828 0,2873 0,1320

9 11539 12371 110 410 105,1 19 110,1 20 0,2911 0,2753 0,1075

Радиусы r1 и r2, при которых начинается и заканчивается серия излучения, даются

в столбцах 6 и 8. Во всех сериях чётко прослеживается резкое падение интенсивности

излучения при переходе к следующей серии см. столбцы 4 и 5. Для всех серий дстаточно

строго схраняется постоянство коэффициента k в формуле Бора (3), см. стлбцы 10 и 11.

В таблице 3.1 даётся уточнённая идентификация серий и диапазоны их

расположения по радиусу и длине волны. Например, по уточненным данным серия

Лаймана начинается с длины волны 91,81 нм, а не 93,08 нм, как считалось ранее.

Наиболее существенное уточнение касается появления трёх новых безымянных серий под

номером 3, 7 и 8.

Таблица 3.1. Идентификация серий излучения.

№

серии

Название

серии

Диапазон λ

существ., нм

Диапазон λ

уточнён., нм

Диапазонr,r

пм

1 2 3 4 5

1 Лаймана 93,08-121,6 91,81-121,6 4,189-5,051

2 Бальмера 397,0-656,3 365,7-656,3 10,52-15,54

3 Безымянная 1 - 825,0-1282 18,10-24,29

4 Пашена 954,6-1875 1556-1875 27,03-31,30

5 Брекета 2166-4651 2166-4052 34,46-52,31

6 Пфунда 5129-7460 4654-7460 57,37-78,58

7 Безымянная 2 - 7502-8760 78,88-87,46

8 Безымянная 3 - 9392-11310 91,62-103,7

9 Хамфри 12370 11540-12340 105,1-110,1

Таким образом, анализ изменения интенсивности излучения в зависимости от

радиуса атома с учётом закономерностей образования динамических слоёв при вращении

тела в вязко-упругой жидкости позволяет представить картину образования слоистой

структуры атома водорода и объяснить закономерности изменения интенсивности

излучения, что не удавалось сделать на основе постулатов Бора и принципов волновой

механики.

6. Изомеры атома водорода.

В предыдущей статье [5] было высказано и обосновано мнение, что атом любого

вещества необходимо рассматривать в динамике развития (эволюции). Он образуется

(«рождается»), эволюционирует и в конечном итоге завершает свое существование,

превращаясь в некий другой объект. Даже из этого весьма общего и потому бесспорного

утвержденич следует, что на практике в жизни мы всегда имеем дело с веществом,

состоящим из смси изомерных атомов, отличающихся друг от друга условиями во время

их образования и находящихся на разной стадии своего эволюционного развития, и

потому не одинаковых.

Вопрос лишь в том, насколько эти различия велики. Если эти различия достаточно

велики, то мы, по-существу, имеем дело с химическим элементом, состоящим из смеси

изомеров, отличающихся между собой по физическим и химическим свойствам, в том

числе по способности к излучению. Поэтому болшое число линий излучения можно

объяснить тем, что каждый изомер даёт свои линии излучения, несколько отличающиеся

от других, но остающиеся в пределах характерных для данного химического элемента.

Размер атома водорода, от которого зависит излучение, может отличаться в момент

образования. Атомы водорода образуются путём конденсации субэлементарных частиц по

законам фазовой кинетики (например, аналогично образованию тумана) или во время

ядерных реакций по механизму образования вторичных капель, эффект «crown splash» [6,

7] В том и другом случае обеспечивается достаточно высокая идентичность

образующихся атомов по размеру, но в силу универсального действия закона нормального

распределения наблюдается определённый разброс по радиусу. Этот разброс усиливается

при эволюции атома.

Из уравнения квантования орбит Бора (3) следует, что радиус орбиты, который

диктует длину волны излучения, определяется величиной коэффициента

пропорциональности k, который зависит от массы ядра mc и частоты его вращения ωc. Оба

эти параметра, масса и частота, изменяются во времени за счёт орбитальных захватов

массы и передачи импульса вращения во время захвата. Масштаб изменений носит

случайный характер, но это лишь увеличивает дисперсность системы.

Заметную степень дисперсности атомов водорода по радиусу можно наблюдать,

анализируя зависимость орбитальных радиусов r и расстояний до начала r1 и окончания r2

образования серии излучения от квадрата главного квантового числа n2, изображённую на

рис. 3 и рис. 3.1. Кривая (скорее прямая) на рис. 1, выражающая зависимость орбитальных

радиусов от n2 явно состоит из семейства линий с разными значениями коэффициента k,

то есть, по-существу, относящимися к атомам водорода с разными массами и частотами

вращения ядер. Понятно, что такие атомы при одном и том же квантовом числе n будут

давать разные линии излучения.

Линии зависимости радиусов начала и окончания образования серий излучения (2)

и (3) на рис.3.1 также характеризуются разбросом значений k, что связано с различиями

параметров ядер атомов и подтверждает гипотезу об атоме, как о смеси близких по

параметрам (массе и частоте вращения ядра) изомеров.

Рис.3. Зависимость орбитальных радиусов r (1) и расстояний до начала r1 (2) и

окончания r2 (3) образования серии излучения от квадрата главного квантового числа n2.

Рис.3.1. Связь между главным квантовым числом n и расстояниями до начала и

окончания образования серий излучения.

7. Ионизация атома водорода.

В соответствии с изложенными выше представлениями атом водорода имеет

радиус ~110 пм, на котором расположено 19-20 разрешённых орбит. Первые три орбиты

заняты рентгеновскими электронами, следующие, начиная с r = 4,189 пм, относятся к

орбитам с ультрафиолетовым, видимым и инфракрасным излучением. Последние

вследствие вращения ядра и образования вследствие этого в окружающем поле

динамических слоёв объединены в 9 серий, причем в кждой серии может быть от одной до

нескольких орбит.

В принципе на каждой разрешённой орбите может находиться движущееся

орбитальное тело, то есть электрон. Фактически, по-видимому, число орбитальных

электронов в каждом атоме не превышает числа серий (динамических слоёв или

оболочек). Электроны перемещаются по орбите с наименьшим сопротивлением, там, где

самая низкая интенсивность излучения. Например, в 1-ой серии по орбите с орбитальным

радиусом r1 = 4,189 пм, интенсивность излучения в данной серии наинизшая I = 5600 ус.

ед. Во второй серии с ni = 2 электрон находится на орбите с r1 =10,52 пм, где

интенсивность излучения также самая низкая в этой серии I = 700 ус. ед. И так во всех 9

сериях по разрешённым орбитам с наименьшей интенсивностью излучения в атоме

водорода вращаются 9 электронов.

Устоявшееся мнение, что атом водорода имеет только один электрон связано,

главным образом, с представлениями об одновалентности атома. Как будет показано в

следующем разделе, фактически валентность, то есть способность атома

взаимодействовать с определённым числом других атомов, зависит от массы атома и его

размеров. Одновалентность водорода обусловлена его малой массой и размером.

Ионизация водорода путём воздействия внешнего электромагнитного излучения

заключается в удалении электронов с орбит. При тепловом облучении происходит

ионизация внешних орбит. Скорее всего, этот процесс можно назвать эмиссией

электронов. Тем не менее, атом водорода ионизируется. Уменьшается сила отталкивания

и соответственно возрастает способность к соединению или по существующей

терминологии атом заряжается положительно. Отталкивание обусловлено силой Лоренца,

возникающей при пересечении орбитально движущимся электроном силовых линий

магнитного поля, образуемого вращающимся ядром атома. По мере удаления электронов

при перехода к орбитам, лежащим ближе к ядру степень ионизации атома увеличивается и

при орбитальном радиусе r = 4,189 пм электроны удаляются со всех орбит (кроме

рентгеновских) и образуется то, что по действующей терминологии называют ионом

водорода.

Ион водорода обладает высокой способностью к притяжению, однако вокруг него

схраняется поле с динамическими, концентрическими слоями, что необходимо учитывать

при объяснении других его свойств.

В таблице 3 (столбец 12) послойный процесс ионизации иллюстрируется по

изменению энергии ионизации. Для внешних слоёв при радиусе 90-110 пм она составляет

0,1075-0,1320 эВ, по мере приближения к ядру r = 27-31 пм возрастает до 0,7969 эВ и на

самой низкой обите, равной 4,189 пм достигает величины 13,50 эВ, которую мы привыкли

называть энергией ионизации водорода. Правда, обычно приводимая справочная величина

несколько выще 13,60 эВ, что видимо, объясняется фактическим вращением электрона на

орбите с меньшим радиусом, чем 4,189 нм, где излучение менее интенсивно и приборами

не детектируется.

8. Химические связи водорода.

Химические связи между атомами в молекулах образуются при орбитальном

взаимодействии масс частиц по обратно квадратичному закону аналогичному закону

тяготения И.Ньютона с константой тяготения 1,847.1028

см3/гс

2. Параметры химических

связей рассчитываются в соответствии с уравнением тяготения и динамики орбитального

движения, включая также ранее приведенное уравнение 3-го закона Кеплера (4):

f = gm1m2/r2, E = gm1m2/r, vo = gmc/r, (6)

где: f- сила тяготения между массами m1 и m2, r- расстояние, g- константа микротяготения

равная 1,847.1028

см3/гс

2, Eр- потенциальная энергия, vo- орбитальная скорость.

Характер орбитальной связи зависит от соотношения масс взаимодействующих

атомов. Если массы существенно отличаются друг от друга, например, как в связи

водорода с углеродом С – Н , то водород движется по орбите близкой к круговой на

расстоянии r с орбитальной скоростью vo согласно уравнению (6). Радиус орбиты r в этом

случае есть длина связи, а энергия связи Е рассчитывается по разности энергетических

уровней до и псле образования связи по уравнению (6).

Если массы атомов соизмеримы, но существенно отличаются друг от друга,

например, как это имеет место у гидрида лития, то ядра подобно двойным звёздам

обращаются каждое по своей орбите вокруг общего центра масс..

Другой крайний случай имеем при образовании молекулы Н2, когда массы ядер

равны. Оба атома вращаются по одной орбите, как это показано на рис. 4. Движение

происходит по круговой орбите радиуса r (1) вокруг центра масс (2). Стрелками показано

направление движения атомов (3) и (4).

Рис.4. Движение по круговой орбите (1) атомов водорода (3) и (4) свокруг центра

масс (2) в молекуле Н2; r- радиус орбиты.

Как следует из уравнения (6), если известны два параметра системы атомная масса

m и радиус r, равный половине межатомного расстояния, то по уравнению (6) можно

рассчитать скорость орбитального движения и частоту обращения. Можно предполагать,

что частота обращения совпадает или близка к частоте излучения, возникающего при

движении атомов по орбите, которая, по-видимому, имеет ориентацию силовых линий,

совпадающую в основном с направлением орбитального движения атомов. Совпадение

частоты νcal, рассчитанной по уравнению (6) с экспериментальной (справочной) частотой

νexp, характерной для данной связи будет указывать на достоверность предложенной

концепции об образовании химической связи между атомами за счёт

микрогравитационных сил. Сопоставление этих частот даётся в таблице 4.

Таблица 4. Расчётные и экспериментальные частоты излучения химических связей

в молекуле Н2.

Связь m r, pm νcal.10-15

c-1

νexp.10-15

c-1

1 2 3 4 5

H-H 1,01 37 0,1760 0,1314

Для водорода по эффективности (силе, энергии) выделяют следующие связи:

вандерваальсовы, водородные, ковалентные и ионные. Все они осуществляются за счёт

силы тяготения между ядрами атомов, находящимися в орбитальном движении.

Реализуются только те связи, орбиты которых имеют максимальную

концентрическую ориентацию силовых линий, то есть в образующейся молекуле при

орбитальном движении атомов не происходит или наблюдается минимальное пересечение

силовых линий. В противном случае имеет место сильное излучение и связь не образуется

или является не стабильной.

Наиболее высокая ориентация силовых линий наблюдается в зоне разрешенных

орбит. Поэтому можно полагать, что образование связей происходит по разрешённым

орбитам. Вандерваальсовы связи вероятнее всего образуются по орбите, расположенной

на расстоянии r = 105,1 пм при интенсивности излучения 110 ус. ед., n = 19 и ni = 9, см.

таблицы 1 и 3.

r

3

r

1

r 2

r

4

r

При образовании водородной связи атом Н служит «мостиком» между атомами О,

N или F по схеме О – Н···О. Считают, что связь О – Н является ковалентной, а

обозначенная тремя точками собственно водородной. С точки зрения представлений об

орбитальном движении связь осуществляется за счёт взаимного притяжения масс ядер

трёх атомов, находящихся в орбитальном движении относительно общего центра масс.

Параметры орбит r, f, E и соответственно параметры связи определяются

взаимодействием трёх тяготеющих тел. Наиболее вероятно, что эта связь реализуется по

разрешённой орбите при квантовом числе n = 18 в восьмом слое ni = 8 на расстоянии r =

91,6 пм от ядра атома водорода, см. №пп =102 в таблице 1.

Водородная связь в воде по данным [8] асимметрична и имеет расстояния между

атомами 170 и 270 пм. На рис.4 даётся приближённая схема образования водородной

связи в воде за счёт тяготения между ядрами атомов кислорода (1), (2) и водорда (3),

находящимися в орбитальном движении относительно общего центра масс (4).

Рис.5. Схема образования водородной связи: 1 и 2-движущиеся по орбитам ядра

атомов кислорода, 3- ядро атома водорода на орбите, 4- общий центр масс, определяющий

орбитальное движение в системе.

Для водорода известны две ковалентные связи. Она из них длиной 35-37 пм

реализуется при образовании молекулярного водорода, и была рассмотрена выше. Она

образуется по разрешённой орбите с квантовым числом n = 11 после резкого снижения

интенсивности излучения с 51000 до 8000 ус. ед., см. таблицу 1. Другая ковалентная связь

с r =28-31 пм характерна для предельных углеводородов С – Н. Она образуется на

разрешённой орбите с n = 10 после снижения интенсивности излучения с 31000 до 800 ус.

ед.

Следующая по силе и энергии является ионная связь. Она образуется при

уменьшении расстояния до 4,189 пм по орбите с n = 4 сразу после рентгеновского

излучения на орбитах с n = 1, 2 и 3. Интенсивность излучения при переходе к

разрешённой орбите падает до 5600 ус. ед. Подробно процесс ионизации был рассмотрен

в разделе 7.

Таким образом, рассмотрение химических связей с позиций взаимодействия масс

ядер атомов при большой величине коэффициента пропорциональности в обратно

квадратичном законе тяготения позволяет получить логично обоснованную картину

образования и функционирования всех химических связей водорода, начиная с самых

слабых вандерваальсовых, заканчивая самыми сильными ионными. В основе всех связей

лежит один принцип – тяготение масс. Вывод аргументирован хорошим совпадением с

экспериментальными данными.

Выводы

1. Предложена модель атома водорода, в основе которой наряду с ядерным планетарным

строением (Резерфорд) и квантованием разрешённых орбит (Бор) принята гипотеза

Лапласа «о видоизменении гравитационных сил в молекулярные при повышении

плотности вещества», а также выдвинутые авторами предположения рассматривать

окружающее ядро поле, как вязко-упругое тело, способное при вращении ядра к

сдвиговой деформации, в результате которой возникает концентрическая ориентация

силовых линий, магнитное поле и сила отталкивания (сила Лоренца).

2. Вследствие сдвиговой деформации поле вокруг ядра атома состоит из чередующихся

концентрических слоёв с разной ориентацией силовых линий. Слои с концентрической

ориентацией обеспечивают движение электронов без пересечения силовых линий,

потребления энергии и излучения. Это разрешённые орбиты. Слои с радиальной или

смешанной ориентацией вызывают пересечение силовых линий, потребление энергии и

излучение.

3. Атом водорода имеет 19 разрешённых орбит. Выполнен расчёт орбитальных

расстояний по уравнению 3-го закона Кеплера и уточнённому уравнению Бора для 109

линий излучения, приведенных в таблицах NIST.

4. Рентгеновское излучение водорода генерируется на первых трёх орбитах с радиусами

0,2908, 1,163 и 2,617 пм и имеет характеристические длины волн соответственно 1,68,

13,43 и 45,34 нм.

5. Наблюдается связь между интенсивностью излучения и образованием серий излучения.

Серия излучения начинается при низкой и заканчиваются при высокой интенсивности

(например, 700 и 500000 ус. ед. в серии Бальмера). Исходя из этой закономерности

установлены три новых серии излучения водорода в диапазоне длин волн 825-1282, 8154-

8760 и 9392-11310 нм.

6. Атом водорода представляет смесь изомеров, отличающихся массой ядра и частотой его

вращения. Этим объясняется превышение числа линий излучения 109 по сравнению с

числом разрешённых орбит 19. Отличия по массе и частоте вращения ядра возникают в

момент образования и эволюции атома водорода.

7. В нормальном неионизированном состоянии атом водорода имеет 9 электронов на

орбитах оболочек и 3 рентгеновских электрона. По мере подвода ионизирующего

излучения происходит послойное удаление электронов, которое сопровождается

снижением отталкивающей силы Лоренца и соответствующим повышением

микрогравитационного притяжения. Максимальная ионизация присходит при удалении

электрона с орбиты 4,189 пм при энергопотреблении 13,6 эВ, когда образуется ион

водорода.

8. В зависимости от энергии (силы) для водорода известны несколько видов связей:

вандерваальсова, водородная, ковалентная и ионная. Все они имеют одну и ту же природу

и образуются при орбитальном взаимодействии масс частиц по обратно квадратичному

закону аналогичному закону тяготения И.Ньютона с константой тяготения 1,847.1028

см3/гс

2. Связь определяется двумя параметрами массой взаимодействующих частиц и

расстоянием между ними.

9. Образование связей происходит по разрешённым орбитам, где ориентация силовых

линий совпадает с траекторией орбит.. Вандерваальсовы связи вероятнее всего

образуются по орбите, расположенной на расстоянии r = 105,1 пм при n = 19.

10. Предложена схема образования водородной связи путём орбитального движения трёх

атомов вокруг общего центра масс.

Литература

1. АТ Серков, МБ Радишевский, АА Серков, Аналогия между планетной систеой и

атомом, Гипотезы-2, М. 2016, изд. «Авторская мастерская», стр. 5.

2. Там же, Характеристическое рентгеновское излучение и орбитальные радиусы

химических элементов, с.161.

3. NIST Atomic Spectra Database Lines Data H (all spectra): 236 Lines of Data Found.

4. МА Блохин, ИГ Швейцер, Рентгеноспектральный справочник, М. 1982, изд. «Наука»,

стр. 21 и след.

5. А.Т. Серков, А.А. Серков, Периодическая система ДИ Менделеева и генезис

химических элементов, в этой книге см. стр.

6. ВА Архипов, ВФ Трофимов, Образование вторичных капель при ударном воздействии

капли с поверхностью жидкости, Прикладная механика и техническая физика,2005, т.16,

№1, с.35-62.

7. RD Deegan, Ph Brunet, J Eggers, arXiv: Rayleigh-Plaeau instability causes the crown splash,

0806.3050v2[physics. Flu-dyn] 3 Dec 2008.

8. ГН Зацепина, Физические спойства и структура воды, М., изд. МГУ, 1998, с.58.