Физические механизмы формирования дискретных магнитных моментов атомов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский национальный технический университет

Белорусский государственный университет информатики и радио-электроники

Физические механизмы формирования дискретных магнитных моментов атомов

Крушев Александр Анатольевич, директор ЧУПТП «Восток плюс»

Крушев Денис Александрович, студент

Крушев Дмитрий Александрович, студент

Аннотация

Рассматриваются физические механизмы дискретных изменений магнитных моментов атомов. Определено, ядро атома имеет кристаллическую структуру со строго ориентированными магнитными моментами всех протон-электрон пар в двух противоположных направлениях; заполнению каждой энергетической оболочки электронами соответствует заполнение двух противоположных плоскостей кристалла ядра атома двумерным нуклонным слоем; дискретные изменения магнитных моментов атомов и периодические изменения количества возможных дискретных значений магнитных моментов атомов вызваны неравномерным заполнением двумерным нуклонным слоем противоположных плоскостей кристалла ядра атома; сделано предположение, что кристалл ядра атома имеет форму удвоенного тетраэдра.

Введение

Определение физических механизмов формирования дискретных изменений магнитных моментов атомов, а также физических механизмов формирования в атомах, имеющих одинаковый заряд ядра, нескольких возможных дискретных значений магнитных моментов атомов является актуальной задачей современной физики.

Целью статьи является анализ физических механизмов формирования дискретных изменений магнитных моментов атомов, а также физических механизмов формирования в атомах, имеющих одинаковый заряд ядра, нескольких возможных дискретных значений магнитных моментов.

1. Анализ механизмов формирования дискретных магнитных моментов атомов

Из реальных наблюдений известно, что увеличение зарядов ядер сопровождается дискретными изменениями магнитных моментов атомов; в атомах с одинаковыми зарядами ядер наблюдается разное количество возможных дискретных магнитных моментов атомов.

Существенным для анализа механизмов формирования дискретных магнитных моментов атомов является следующее: первое, с увеличением зарядов ядер атомов происходит увеличение количества нейтронов в ядрах атомов; второе, в статье [1] была выдвинута гипотеза, что в атомах протоны и электроны образуют электрически нейтральные связанные протон-электрон пары; в атомах, имеющих более одной протон-электрон пары, для каждого электрона формируется индивидуальная, радиально вытянутая, эллиптическая оболочка; третье, в статье [2] определено, что каждая протон-электрон пара формирует индивидуальный круговой ток, магнитное поле и магнитный момент равный 1/2 определенного по орбитам Бора; все протон-электрон пары формирующие отдельный период изменения химических свойств атомов формируют отдельную однослойную оболочку, без радиального накладывания протон-электрон пар друг на друга, и общие внутренние линии магнитной индукции полей круговых токов протон-электрон пар; во всех соседних периодах, общие внутренние линии магнитной индукции полей круговых токов протон-электрон пар, образующих эти периоды, направлены в противоположные стороны; формирование магнитных моментов атомов вызвано ассиметричными расположениями круговых токов протон-электрон пар в структурах ядер атомов. магнитный атом протон

При увеличении заряда ядра атомов наблюдаемое увеличение в атомах количества нейтронов свидетельствует, что формируемые в каждом периоде изменений химических свойств атомов отдельные однослойные оболочки протон-электрон пар содержат и нейтроны. Следовательно, при формировании каждого периода изменения химических свойств атомов формируется отдельная нуклонная оболочка, содержащая как протоны, так и нейтроны. Дискретные изменения магнитных моментов атомов свидетельствуют о фиксированных расположениях круговых токов протон-электрон пар в нуклонных структурах ядер атомов. Следовательно, нуклонные структуры ядер атомов можно сравнить с кристаллической структурой, в которой нуклоны и магнитные моменты протон-электрон пар имеют строго определенные расположения.

Магнитные моменты атомов являются суммой магнитных моментов протон-электрон пар (магнитные моменты других частиц входящих в состав атома в данной статье можно не учитывать). Следовательно, по изменениям магнитных моментов атомов можно анализировать последовательности формирования нуклонных структур ядер атомов.

Магнитные моменты s¹ и s² электронов компенсируются, следовательно, формирование s¹ и s² электронов происходят симметрично с разных сторон общих линий магнитной индукции полей круговых токов протон-электрон пар этих электронов.

Изменение количества электронов во всех s-, p-, d- и f- энергетических оболочек электронами, сопровождается дискретными периодическими изменениями магнитных моментов атомов. Магнитные моменты всех атомов соответствуют n/2, где n - целые числа. Магнитный момент одной протон-электрон пары равен магнитного момента электрона рассчитанного по орбитам электронов в модели Бора [2]. Изменения магнитных моментов атомов строго с кратностью 1/2 свидетельствуют, что магнитные моменты всех протон-электрон пар в нуклонных оболочках формирующих отдельные периоды изменения химических свойств атомов имеют только два строго противоположных направления. Увеличение магнитных моментов атомов с кратностью 1/2 свидетельствует, что происходит увеличение разницы в количествах протон-электрон пар имеющих строго противоположные знаки магнитных моментов. Снижение магнитных моментов с кратностью 1/2 свидетельствует, что происходит снижение разницы в количествах протон-электрон пар имеющих строго противоположные знаки магнитных моментов.

В работе [2] было определено, что все протон-электрон пары из каждого отдельного периода образуют отдельную однослойную оболочку и расположены вдоль общих линий магнитной индукции полей круговых токов протон электрон пар.

Можно предположить, что противоположные знаки магнитных моментов соответствуют расположению эквивалентных круговых токов протон-электрон пар на противоположных сторонах общих линий магнитной индукции полей круговых токов протон-электрон пар данного периода. Соответственно можно предположить, что изменения магнитных моментов атомов строго с кратностью вызываются изменением разницы в количествах протон-электрон пар в двумерных нуклонных оболочках на противоположных плоскостях ядра атома. Из этого можно сделать вывод, что процесс изменения магнитных моментов атомов вызван неравномерным наращиванием двумерных зародышей верхнего нуклонного слоя строго на противоположных поверхностях ядра атома. Данный процесс наращивания двумерных нуклонных слоев на поверхностях ядра атома можно сравнить с аналогичным процессом наращивания двумерных зародышей на поверхностях граней молекулярных кристаллов. Следовательно, ядро атома можно представить в виде кристалла имеющего противоположные плоскости. При этом магнитные моменты круговых токов протон-электрон пар расположенных на одной плоскости кристалла ядра атома имеют один знак и суммируются, а магнитные моменты протон-электрон пар расположенных на противоположных плоскостях кристалла ядра атома имеют разные знаки и компенсируются.

Заполнение каждой энергетической оболочки электронами сопровождается отдельным периодом дискретных изменений магнитных моментов атомов. Можно сделать предположение, что периодические изменения магнитных моментов атомов, вызваны последовательным заполнением двумерным нуклонным слоем, содержащем протон-электрон пары, двух противоположно расположенных плоскостей кристалла ядра атома. Это свидетельствует, что количество плоскостей в кристалле ядра атома соответствует удвоенному количеству электронных оболочек отдельного периода, изменения химических свойств атомов.

Штерн и Герлах показали, что для разных атомов, имеющих одинаковый заряд ядра, число возможных дискретных значений магнитных моментов атомов различно. Изменения количества электронов в атомах сопровождаются периодическими изменениями количества возможных дискретных значений магнитных моментов атомов.

Это можно объяснить следующим. Наличие в атомах, имеющих одинаковые заряды ядер, различных дискретных значений магнитных моментов атомов свидетельствует, что формирование протон-электрон пар на противоположных плоскостях кристалла ядра атома происходит одновременно, но не равномерно. В различных атомах, имеющих одинаковый заряд ядра, одновременное, но не равномерное заполнение двумерных нуклонных слоев на противоположных плоскостях кристалла ядра атома сопровождается разным количеством возможных вариантов изменений количества протон-электрон пар на противоположных плоскостях кристалла ядра атома. Что и является причиной разного количества возможных магнитных моментов для разных атомов. Из этого можно сделать вывод, что периодические изменения количества возможных дискретных значений магнитных моментов атомов вызваны периодичностью изменений количества возможных вариантов распределения протон-электрон пар на противоположных плоскостях кристалла ядра атома при неравномерном формировании двумерных нуклонных слоев на противоположных плоскостях кристалла ядра атома.

2. Анализ формирования магнитных моментов некоторых атомов

Максимальный магнитный момент атома ₄Be равен 0. Это означает, что количество протон-электрон пар на противоположных сторонах атома одинаковое и их магнитные моменты компенсируются. Один вариант распределения протон-электрон пар свидетельствует о заполнении противоположных двумерных нуклонных плоскостей кристалла ядра атома, формирующих 2s- электронную оболочку.

Максимальный магнитный момент атома ₈O равен 2. Это означает, что магнитный момент атома ₈O равный 2 является суммой некомпенсированных магнитных моментов 4 протон-электрон пар. Всего, в атоме ₈O в верхней протонной оболочке размещается шесть протон - электрон пар. Следовательно, в атоме кислорода при магнитном моменте атома равного 2, на одной стороне атома расположены пять магнитных моментов протон электрон пар, а на противоположной стороне атома один магнитный момент протон электрон пары. Расположенные на одной стороне атома пять магнитных моментов протон - электрон пар не укладываются в 1/2 суммы протон-электрон пар формирующих 2s- и 2p- энергетических оболочек электронов.

Аналогичные формирования магнитных моментов имеют атомы ₁₆S, ₃₄Se, ₅₂Te, ₈₄Po. Следовательно, это является закономерностью. Можно сделать предположение, что каждая плоскость кристалла ядра атома на которой формируются p- электронные оболочки может содержать до четырех протон-электрон пар.

Максимальный магнитный момент атома ₂₁Sc равен 3/2. Это означает, что на одной стороне атома могут находиться все три магнитных момента протон-электрон пар, а на противоположной стороне атома не находится ни одного магнитного момента протон-электрон пар. Следовательно, происходит одностороннее формирование двумерной нуклонной оболочки.

Максимальный магнитный момент атома ₂₇Co равен 9/2. Это означает, что с одной стороны атома кобальта может находиться до 9 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Следовательно, при магнитных моментах атомов ₂₇Co равных 9/2 происходит одностороннее формирование двумерной нуклонной оболочки с заполнением только по одной, из расположенных с одной стороны атома, плоскостей формирующих 4s-, 3d- и 4p- энергетические оболочки электронов.

Максимальный магнитный момент атома ₄₄Ru равен 10/2. Это означает, что магнитный момент атома ₄₄Ru является суммой 10 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Данное количество протон-электрон пар не укладывается в сумму протон-электрон пар при последовательном формировании атомов ₃₇Rb--₄₄Ru. Присутствуют два «лишних» магнитных момента протон-электрон пар. Это можно объяснить следующим. В атоме ₄₄Ru все протон-электрон пары, формирующие верхний период, расположены с одной стороны ядра атома. Следовательно, на противоположной стороне ядра атома может происходить не полное экранирование магнитных моментов протон-электрон пар из нижнего периода. Во всех соседних периодах направления круговых токов протон электрон пар направлены в противоположные стороны. Следовательно, с разных сторон ядра атома магнитные моменты протон-электрон пар из соседних периодов имеют одинаковые направления и суммируются. Следовательно, присутствие в атоме ₄₄Ru двух «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар можно объяснить активным участием в формировании магнитных моментов атома ₄₄Ru двух неэкранированных магнитных моментов протон-электрон пар из нижнего четвертого периода. Это объясняет механизм превышения магнитных моментов атомов над общей суммой магнитных моментов протон-электрон пар верхнего периода.

Изменения сумм магнитных моментов атомов строго с кратностью 1/2 при суммировании магнитных моментов протон-электрон пар формирующих разные периоды изменения химических свойств атомов свидетельствует, что магнитные моменты всех протон-электрон пар атома имеют всего два взаимно противоположных направления. Это является существенным.

Максимальный магнитный момент атома ₅₈Ce равен 8/2. Это означает, что магнитный момент атома ₅₈Ce является суммой 9 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Данное количество протон-электрон пар не укладывается: в сумму протон-электрон пар при последовательном формировании атомов ₅₅Cs--₅₈Ce. Присутствуют четыре «лишних» магнитных момента протон-электрон пар.

Максимальный магнитный момент атома ₅₉Pr равен 9/2. Это означает, что магнитный момент атома ₅₉Pr является суммой 9 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Данное количество протон-электрон пар не укладывается в сумму протон-электрон пар при последовательном формировании атомов ₅₅Cs--₅₉Pr. Присутствуют четыре «лишних» магнитных момента протон-электрон пар.

Присутствие в атомах ₅₈Ce и ₅₉Pr четырех «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар можно объяснить активным участием в формировании магнитных моментов атомах ₅₈Ce и ₅₉Pr четырех не экранированных магнитных моментов протон-электрон пар из нижнего пятого периода.

Максимальный магнитный момент атома ₆₅Tb равен 17/2. Это означает, что магнитный момент атома ₆₅Tb является суммой 17 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Данное количество протон-электрон пар не укладывается: в сумму протон-электрон пар при последовательном формировании атомов ₅₅Cs--₆₅Tb. Присутствуют шесть «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар. Присутствие в атоме ₆₅Tb шести «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар можно объяснить активным участием в формировании магнитных моментов атома ₆₅Tb не экранированных магнитных моментов протон-электрон пар из нижнего пятого периода.

Максимальный магнитный момент атома ₉₁Pa равен 11/2. Это означает, что магнитный момент атома ₉₁Pa является суммой 11 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Данное количество протон-электрон пар не укладывается в сумму протон-электрон пар при последовательном формировании атомов ₈₇Fr--₉₁Pa. Присутствуют шесть «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар.

В магнитных моментах атомов ₉₂U тоже присутствуют шесть «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар.

Максимальный магнитный момент атома ₉₇Bk равен 17/2. Это означает, что магнитный момент атома ₉₇Bk является суммой 17 не компенсированных магнитных моментов протон-электрон пар. Данное количество протон-электрон пар не укладывается в сумму протон-электрон пар при последовательном формировании атомов ₈₇Fr--₉₇Bk. Присутствуют шесть «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар.

Присутствие в атомах ₉₁Pa, ₉₂U, ₆₅Tb «лишних» магнитных моментов протон-электрон пар можно объяснить активным участием в формировании магнитных моментов атомов ₉₁Pa, ₉₂U, ₆₅Tb шести не экранированных магнитных моментов протон-электрон пар из нижнего пятого периода.

3. Анализ формы кристалла ядра атома

Сделанное в первом разделе предположение, что заполнение каждой энергетической оболочки электронами сопровождается формированием на двух противоположно расположенных плоскостях кристалла ядра атома двумерных нуклонных слоев, позволяет анализировать формирование нуклонных слоев кристалла ядра атома при формировании атомов.

Анализ возможных вариантов изменений магнитных моментов атомов показывает, что все изменения магнитных моментов атомов происходят строго с кратностью равной Ѕ. Это свидетельствует, что магнитные моменты всех протон-электрон пар в ядре атома имеют всего два взаимно противоположных направления. Фиксированные направления магнитных моментов всех протон-электрон пар атома свидетельствуют о кристаллической структуре ядра атома.

Для анализа формирования условного кристалла ядра атома условно примем, что соответствующие всем энергетическим оболочкам электронов двумерные нуклонные оболочки являются плоскими.

Можно предположить, что, в каждом отдельном периоде, распределение протон--электрон пар по площади двумерной нуклонной оболочки происходит равномерно. Следовательно, соотношение площадей плоскостей кристалла ядра атома, формирующие s-, p-, d-, f- энергетические оболочки электронов, должны быть прямо пропорциональны количеству протон--электрон пар формирующих энергетические оболочки:

,

где: ; ; ; - соответственно площади плоскостей кристалла ядра атома, формирующие s-, p-, d-, f- энергетические оболочки электронов.

Из данных зависимостей следует, что площади плоскостей, на которых формируются s-, p-, d-, f- энергетические оболочки электронов, изменяются в линейной зависимости.

Учитывая, что все протон-электрон пары в атоме имеют всего два взаимно противоположных направления и то, что заполнение каждой энергетической оболочки электронами сопровождается заполнением двумерным нуклонным слоем двух противоположных плоскостей кристалла ядра атома можно построить условную модель формирования кристалла ядра атома. Последовательное накладывание нуклонных оболочек в соответствии с последовательностью формирования энергетических оболочек электронов показывает, что кристалл ядра атома принимает форму удвоенного тетраэдра (см. рис. 1).

Рис. 1. Последовательное формирование нуклонных слоев кристалла ядра атома при a) формировании 1s- энергетической оболочки электронов, b) формировании 2s- и 2p- энергетических оболочек электронов, c) формировании 3s- и 3p- энергетических оболочек электронов, d) формировании 4s-, 4p- и 3d- энергетических оболочек электронов, e) формировании 5s-, 5p- и 4d- энергетических оболочек электронов, k) формировании 6s-, 6p-, 5d- и 4f- энергетических оболочек электронов, l) формировании 7s-, 7p-, 6d- и 5f- энергетических оболочек электронов.

Вывод

В результате анализа физических механизмов приводящих к дискретным изменениям магнитных моментов атомов определено: ядро атома имеет кристаллическую структуру со строго ориентированными магнитными моментами всех протон-электрон пар в двух противоположных направлениях; заполнению каждой энергетической оболочки электронами соответствует заполнение двух противоположных плоскостей кристалла ядра атома двумерным нуклонным слоем; дискретные изменения магнитных моментов атомов и периодические изменения количества возможных дискретных значений магнитных моментов атомов вызваны неравномерным заполнением двумерным нуклонным слоем противоположных плоскостей кристалла ядра атома; сделано предположение, что кристалл ядра атома имеет форму удвоенного тетраэдра.

Литература

1. Крушев А. А., Крушев Д. А., Крушев Дм. А., Формирование структур атомов связанными протон-электрон парами. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2011. № 2.

2. Крушев Дм. А., Крушев А. А., Крушев Д. А., Электромагнитные механизмы периодических изменений химических свойств атомов. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2011. № 2.

Размещено на Allbest.ru