Урок ответы на вопросы о спектрах атомов и ионов анонс

УРОК 8. ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ О СПЕКТРАХ АТОМОВ И ИОНОВ
Анонс. Спектры атомов и ионов – самый большой массив экспериментальной информации об обитателях микромира, но человек использует пока лишь мизерную часть этой научной информации.
626. В чём сущность и главная особенность этого раздела физики и химии? Спектроскопия содержит более миллиона спектральных линий атомов, ионов и молекул. Это самый большой массив экспериментальной информации о микромире [1], [2].

627. Какая часть этой информации уже расшифрована и приносит пользу? Точный ответ трудно сформулировать, а примерная оценка такая. Около 1% информации, содержащейся в спектрах атомов, ионов и молекул расшифрована. Но менее 1% из расшифрованной информации приносит пользу.

628. Почему так медленно развивается процесс извлечения пользы из такого большого массива экспериментальных данных? Потому что точный расчёт спектров начинался и заканчивался спектром атома водорода, а спектры всех остальных атомов и ионов рассчитывались по приближённым формулам, не содержащим общей закономерности формирования спектров атомов и ионов.

629. Когда были открыты спектры? Спектры были получены давно, но не было теории, позволяющей понимать закон формирования спектров, созданный Природой.

630. На чём основывается такое утверждение? Законы Природы, которые мы собираемся познать и представить в виде математических зависимостей, обычно просты и в этом сложность их открытия. Когда закон, реально управляющий процессом или явлением, например формированием спектров, не открыт, то учёные начинают изощряться и разрабатывать математические модели, которые дают лишь приближённые результаты и не раскрывают физику описываемого процесса или явления. Именно такая судьба досталась и спектроскопии. Были разработаны приближённые методы расчёта спектров, из которых не следовали никакие физические законы, созданные Природой для управления процессами формирования спектров.

631. Когда же был открыт закон формирования спектров атомов и ионов? Он был открыт в середине девяностых годов прошлого века и тогда же был опубликован. А потом его публикации были многократно повторены в статьях, брошюрах, книгах и в Интернете [2].

632. Почему же этот закон до сих пор не признан и студенты не изучают его? Не хотелось бы отвечать на этот вопрос. Но можно спрогнозировать то, что напишут об этом историки науки. Этот закон был открыт вдали от научных центров, и у его автора не было покровителей, которые бы влияли на средства массой информации, чтобы надуть ему научный авторитет и таким образом привлечь внимание научной общественности к этому закону.

633. Как автор закона формирования спектров и новой теории микромира относится к этому? Как к историческому счастью, позволившему ему безмятежно искать научные истины без оглядки на «научные авторитеты».

634. Какое главное следствие следует из закона формирования спектров атомов и ионов? Отсутствие орбитального движения электронов в атомах [2].

635. Как это влияет на научный интеллект молодёжи – нашего будущего? Нет никакого сомнения в том, что будущие поколения отнесут процесс преподавания ошибочных взглядов на строение атомов к разряду интеллектуального насилия над умами молодёжи, которое явилось следствием блокирования наследниками Эйнштейна доступа такой информации к руководству страны.

636. Есть ли факты, доказывающие вышеприведённое утверждение? Конечно, есть и их немало, но нам уже надоело оглашать их из-за того, что все уровни научной власти просто игнорируют их. Молчит и комитет по борьбе с лженаукой, демонстрируя предельно низкий научный интеллект своих научных экспертов.

637. Но ведь нужен же какой-то орган для противодействия распространению ошибочных научных знаний, публикуемых в Интернете? Безусловно, нужен. Он должен дополнять естественное стремление самой научной общественности искать не ошибочные, а достоверные результаты научных исследований. И называть этот комитет надо, как комитет научных экспертов, а не борцов с лжеучёными. Главная задача учёных этого комитета - выявление достоверных научных результатов, публикуемых в Интернете.

638. Почему же не реализуется столь очевидная необходимость в комитете по выявлению новых достоверных научных результатов? Ответ элементарен. Потому что нет научных экспертов, способных делать такую работу.

639. Почему нет научных экспертов по выявлению новых достоверных научных результатов? Ответ тоже элементарен. Потому что наука уже так усложнилась и развивается так быстро, что лишает учёного со старым запасом знаний возможности понимать новое.

640. Почему лишает? Потому что устаревшие знания базируются на устаревших критериях оценки достоверности новых знаний.

641. Разве могут установленные однажды критерии научной достоверности результатов научных исследований быть ошибочными? История формирования критериев научной достоверности ещё не изучалась и не обобщалась. Однако, она сама формируется в голове исследователя, работающего в режиме самообразования.

642. Что понимается под режимом самообразования? В режиме самообразования работают те учёные, которые, встретив фундаментальное научное противоречие, начинают искать его причину. И ищут её до тех пор, пока она не будут выявлена и исправлена.

643. К чему же приводит такой подход к научному поиску? Как правило – к установлению ошибочности старого критерия научной достоверности и выявлению нового критерия научной достоверности.

644. Признают ли учёные новые критерии научной достоверности, в головах которых старые критерии такой достоверности? Нет, конечно, не признают, так как этот процесс управляется законом Природы, а не разумом тех, кто обязан разбираться в достоверности нового научного результата.

645. Кто же открыл этот закон и как он сформулирован? Его открыл крупный учёный XX века, Макс Планк и сформулировал его следующим образом: «Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и те признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу» [2]

646. Что следует из этого закона? История российской науки уже убедительно доказала неотвратимость реализации этого закона в реальной жизни. Конечно, эта неотвратимость уже принесла государству ущерб, который потомки не смогут вложить ни в какие триллионы. Судите сами, школьники и студенты изучают полностью ошибочную динамику Ньютона, более 80% глубоко ошибочных физических и более половины ошибочных химических знаний. В их головы закладываются ошибочные критерии оценки достоверности изучаемого. Это значит, что всем выпускникам инженерных профилей выдаются дипломы инженеров с фактически «дебильными» знаниями и некому спасти их от этой участи, так как всё идёт по планковскому закону признания научных истин.

647. Что же надо сделать немедленно, чтобы желать здравия всем академикам и блокировать работу плаковского закона о признании новых научных результатов? Пока сохраняется возможность заблокировать работу планковского закона признания научных истин, но она очень зыбкая, так как базируется на знаниях лишь одного человека, способного прочесть полный курс лекций о новых критериях научной достоверности для совершенно новых специалистов – научных экспертов. Конечно, их надо готовить по специальной министерской программе, но в головах всех министерских работников старые критерии научной достоверности и нет силы, способной убедить их в необходимости таких специалистов. В результате круг замыкается и остаётся один выход – ждать полной реализации планковского закона признания новых научных результатов. Те, кто не желает такой участи, могут последовать за нами. Несмотря на глубокий пенсионный возраст, я имею ещё возможность освободить от дебилизации тех, кто читает мои ответы на научные вопросы. Итак, продолжаем анализ спектроскопии.

648. Можно ли представить последовательно рождение закона формирования спектров? Попытаемся.

649. Что явилось началом формирования представлений об орбитальном движении электронов в атомах? Известно, что идея орбитального движения электронов в атомах родилась из постулата Бора [2].
. (236)
650. Есть ли вывод математической модели этого постулата? Есть, он следует из постулата Луи – де - Бройля, согласно которому на каждой орбите укладывается целое число волн электрона.
. (237)
651. Как приводится соотношение (237) к постулату Бора (236)? Учитывая, что и , и подставляя эти данные в формулу (237), получаем постулированное соотношение Нильса Бора (236).

652. Есть ли противоречия в математической модели постулата Бора (236)? Есть, и немало. Главное из них - равенство длины волны электрона длине его первой орбиты. На первой орбите n=1 и из формулы (236) следует , то есть, когда электрон находится на первой орбите, то длина его волны равна длине окружности орбиты.

653. Как ученые отнеслись к этим противоречиям? Проигнорировали их.

654. По какому закону, следующему из орбитального движения электрона, изменяются энергии поглощаемых и излучаемых фотонов при переходе электронов между орбитами? Из постулата Бора (236) следует формула для расчета спектра атома водорода при переходе электрона с орбиты n2 на орбиту n1.
. (238)
655. Что означает выражение перед скобками в формуле (238)? Это постоянная Бальмера-Ридберга. Она равна энергии ионизации атома водорода 13,60eV.

656. Можно ли использовать формулу (238) для расчёта спектров других атомов? Нет, нельзя. Так как выражение перед скобками - численная величина равная энергии ионизации одного единственного атома – атома водорода.

657. Как же вышли из этого затруднения теоретики-спектроскописты? Очень просто. Вместо того чтобы искать причины возникшей трудности они начали плодить обилие предельно сложных и запутанных методов приближённого расчёта спектров атомов и ионов, из которых невозможно было понять физическую суть процесса формирования спектров и принцип взаимодействия электронов с протонами ядер атомов.

658. Можно ли привести литературный источник с бесплодными теоретическими результатами по расчёту спектров? Классической в этом отношении является книга Никитин А.А. Рудзикас З.Б. Основы теории спектров атомов и ионов. М.: Наука. 1983. В ней нет ни единого достойного примера расчёта спектра. Все страницы заполнены математическими крючками ни малейшим образом не отражающими реальность – любимейшее творение большей части математиков-теоретиков.

659. Каким понятием надо заменить старое понятие орбита, чтобы не путаться в новых представлениях о структуре атомов, которые должны следовать из их спектров? Чтобы легче формировались новые представления о взаимодействии электронов с протонами ядер, надо понятие орбита заменить понятием энергетический уровень и представлять эти уровни, как дискретные расстояния между протонами и электронами.

660. Известно, что энергия ионизации атома водорода равна 13,60eV. Это означает, что, когда электрон находится на первом энергетическом уровне, то энергия его связи с протоном равна 13,60eV. Чему равна энергия фотона, который должен поглотить электрон, чтобы перейти с первого энергетического уровня на второй? Эта энергия стоит первой в экспериментальном ряду энергий, соответствующих, как сказано в справочниках, стационарным энергетическим уровням. Она равна 10,20eV.

661. Известно, что при переходе электрона атома водорода на второй энергетический уровень его энергия связи с протоном уменьшается и становится равной 3,40 eV. Это значит, что при сложении энергий 13,60eV и 10,20eV должен получаться результат но, он абсурден. Как учёные выкрутились из этого положения? Они поступили очень просто. Произвольно переписали указанную формулу так
(239)
и объяснили свои действия тем, что появившиеся минусы – результат отрицательности заряда электрона. Ловко, не правда ли?

662. Какой запрет существует для такого объяснения? Дело в том, что, как мы уже знаем, полная энергия электрона состоит из двух составляющих: потенциальной и кинетической. Потенциальную часть можно представить отрицательной, а вот кинетическую нет, так как она представляет произведение массы электрона на квадрат скорости света и в силу этого всегда является величиной положительной. В результате отрицательность заряда электрона не может служить основанием для введения в формулу (239) минусов.

663. А в чём же истинная причина появления минусов в формуле (239)? Истинная причина заключается в том, что все энергии, представленные в формуле (239), – лишь части общей энергии электрона, которые надо было вычесть из его полной энергии и формула (239) становится такой
(240)
664. Как из формулы (240) получить формулу (239)? Сокращая слева, и с права полную энергию электрона, получим формулу (239) с законным присутствием в ней минусов, которые теперь проясняют её физический смысл, отсутствующий во всех приближённых формулах для расчёта спектров.

665. В чём сущность этого физического смысла? В том, что начальным энергетическим уровнем любого электрона в любом атоме является первый энергетический уровень. Оказавшись на нём, в результате излучения серии фотонов, электрон начинает поглощать другие фотоны и переходить на более высокие энергетические уровни, номера которых увеличиваются.

666. Значит ли это, что у каждого электрона в каждом атоме существует максимально возможный энергетический уровень, начиная с которого при встрече с протоном, он ступенчато приближается к протону, излучая фотоны? Конечно, значит.

667. Начиная с какого энергетического уровня электрон атома водорода, устанавливает контакт с протоном и начинает приближаться к нему? Электрон атома водорода устанавливает связь с протоном, начиная со 108 энергетического уровня.

668. Из каких экспериментальных данных это следует? Из спектра излучения Вселенной. Во Вселенной водород – самый распространённый химический элемент. Его 73% во Вселенной. Синтез атома водорода формирует максимум излучения Вселенной.

669. Как записывается энергетический баланс электрона при переходе его с первого на третий и четвёртый энергетические уровни? Он представлен в формулах:

, (241)
(242)
670. Какой же закон формирования спектра атома водорода следует из рассмотренной последовательности изменения энергий электрона и фотонов, поглощаемых им при энергетических переходах, в момент удаления от протона? Он представлен в формуле [2].
, (243)
где: - энергия поглощенного или излученного фотона; - энергия ионизации, равная энергии такого фотона, после поглощения которого, электрон теряет связь с ядром и становится свободным; - энергия связи электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, также равна энергии фотона.

671. Позволяет ли формула (243) рассчитать спектр атома водорода? Спектр атома водорода представлен в табл. 15, а спектр межуровневых переходов электрона – в табл. 16.

Таблица 15. Спектр атома водорода

Значения	n	2	3	4	5	6
(эксп)	eV	10,20	12,09	12,75	13,05	13,22
(теор)	eV	10,198	12,087	12,748	13,054	13,220
(теор)	eV	3,40	1,51	0,85	0,54	0,38

Таблица 16. Энергии межуровневых переходов электрона атома водорода

Уровни		2...3	3...4	4...5	5...6	6...7	7...8
(экп.)	eV	1,89	0,66	0,30	0,17	0,10	0,07
(теор)	eV	1,888	0,661	0,306	0,166	0,100	0,065

672. Можно ли считать математическую модель (243) законом формирования спектров атомов и ионов? Дальше мы увидим, как эта математическая модель позволит нам рассчитать спектр первого электрона атома гелия, на котором споткнулись теоретики около 100 лет назад и начали плодить приближённые методы расчёта спектров. Потом мы рассчитаем с помощью этой же формулы спектры других атомов и ионов, и опишем методику её использования. В результате и появятся основания считать математическую модель (243) законом формирования спектров атомов и ионов.

673. Из какой математической модели следует отсутствие орбитального движения электрона? Закон формирования спектров атомов и ионов (243) легко приводится к виду

. (244)
В этой математической модели нет составляющей, представляющей орбитальную энергию электрона. Это автоматически означает, что он не совершает такого движения в атоме.

674. Какое следствие вытекает из этого для химиков? Немедленно прекратить преподавание аналитической химии и немедленно написать новый учебник по аналитической химии для школ и вузов [2].

675. Сколько лет длится указанная необходимость немедленности действий химиков? Более 20 лет.

676. Информировал ли автор Президента и Премьера об указанной необходимости? Тяжёлый вопрос. Информировал многократно, но разве не видно по телевидению советников президента по науке? Разве не ясно, чьи интересы они поставлены защищать?

677. Какое взаимодействие между электроном и протоном атома водорода следует из формулы (243)? В конечном выражении этой формулы представлены лишь частоты излучаемых и поглощаемых фотонов и нет орбитальной энергии электрона. Это значит, что он взаимодействует с протоном не орбитально, а линейно.

678. Могут ли разноименные электрические заряды электрона и протона сближать их при формировании атома водорода, а одноимённые магнитные полюса - ограничивать это сближение? Это - наиболее работоспособная гипотеза.

679. По какому закону изменяются энергии связи электрона с протоном? Ответ в формуле [2]

. (245)
При этом в атоме водорода энергия связи электрона с ядром атома, соответствующая первому энергетическому уровню, равна энергии его ионизации .