Перейти на главную страницу

Перейти к Части 2

Часть 1

Строение атомного ядра

и электронных оболочек

120 химических элементов.

Авторы:

Никитин Андрей Николаевич

Никитин Дмитрий Андреевич

 

Оглавление

 

1. Завершённая периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева

2. Строение атомных ядер и электронных оболочек 120 химических элементов

3. Закономерности в строении атомных ядер и электронных оболочек 120 химических элементов

4. Строение ядер инертных химических элементов

5. Порядок заполнения –s, -p, -d, -f, протонами протонных оболочек 8 инертных ядер химических элементов

6. Периодическая система протонной структуры ядер 120 химических элементов

7. Строение электронной оболочки атома водорода

8. Таблица. «Строение электронной оболочки атома водорода»

9. Кустарно - механический аналог поведения электрона в оболочке атома водорода

10. Траектории электронного вихря на прецессионных орбитах в атоме водорода

11. Излучательные переходы электрона в атоме водорода

12. Таблица – схема. Переходы и длина волны фотона первых  30 спектральных линий серии Лаймана по Никитину А Н.

13. Таблица – схема. Переходы и длина волны фотона первых  30 спектральных линий серии Бальмера по Никитину А Н.

14. Таблица - схема. Переходы и длина волны фотона первых  11 спектральных линий серии Пашена по Никитину А. Н.

15. Таблица - схема. Переходы и длина волны фотона первых  7 спектральных линий серии Брекета по Никитину А. Н.

16. Таблица - схема. Переходы и длина волны фотона первых  6 спектральных линий серии Пфунда по Никитину А. Н.

17. Таблица - схема. Переходы и длина волны фотона первых  5 спектральных линий серии Хемфри по Никитину А. Н.

18. Фотон - это спиральная деформация эфира

19 . Механизм излучения фотонов

20. Фотон геометрические размеры

21. Взаимодействие электрона с фотонами эффект Комптона

22. Анализ таблицы амплитудных, вращательных, прецессионных частот электрона и скоростей вращения на разных орбитах в атоме водорода

23. Таблица. Амплитудные, вращательные, прецессионные частоты электрона и скорости вращения на разных орбитах в атоме водорода.

24. Уровни энергий электрона в атоме водорода, частоты излучаемых фотонов νf  и длины  волн λ f   фотонов   при различных энергетических переходах

Послесловие

Литература

 

1 Завершённая периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева

 

2. Строение атомных ядер

и электронных оболочек

120 химических элементов

 

1. Водород.

 

 

 

Ядро изотопа

водорода 1Н

спин J=1 /2+

валентность 1

Развёртка протонной

оболочки

ядра Н

Электронная оболочка

и эл. формула

атома водорода 1s1 валентность 1

Схема электр-ой оболочки

атома водорода

валентность 1

 

1. Водород Н - существует в двух стабильных изотопах 1Н (99,985%) - протий и 2Н (0,015%) – дейтрон (дейтерий). Строение  ядра трёх изотопов водорода, имеющих практическое значение - протий, дейтерий и тритий отражено на рисунках ниже. Спины (вращение) нейтрона и протона в дейтроне (дейтерии) параллельны, в нем осуществляется их осевой контакт. Это подтверждается результатами научных экспериментов с дейтерием (дейтроном).

 

Протий 1Н

Суммарный спин J = 1/2+

Дейтерий 2Н

Суммарный спин J = 1/2+1/2+=1+

Тритий 3Н

Суммарный спин J =

1/2+1/2+3/2- = 1/2-

 

 Спин водородных ядер по своему характеру аналогичен спину электронов и также сопровождается возникновением магнитных полей. Направление магнитного поля протона противоположно магнитному полю электрона. Этим обеспечивается их магнитное расталкивание, и поэтому они не аннигилируют при контакте.

Электронная формула атома водорода Н - 1s1.

Протон атома водорода почти равновероятно может захватить свободный электрон двумя способами, северным магнитным полюсом (спин J= +1/2) или южным магнитным полюсом (спин J=-1/2). Но частота вращения электрона, а отсюда и энергия вращения электрона справа и с лева от ядра атома водорода немного различаются. Поэтому при переходе электрона с орбиты J = -1/2 на стационарную Боровскую орбиту со спином электрона J = +1/2 излучается фотон с длиной волны λ = 21,1см уносящий излишнюю вращательную энергию.

Так возникает сверхтонкое расщепление основного 1s энергетического уровня атома водорода. Вся Вселенная, заполненная атомарным водородом, и он излучает на этой волне λ = 21,1см. Этот шум по традиции, ошибочно, называют «реликтовым излучением».

Атом водорода очень быстро вращается вокруг общего центра масс протона и его электрона см. рис. ниже. Это вращение не позволяет электрону атомарного водорода вступать в электромагнитные химические связи. Поэтому атомарный водород химически инертен. Открытый космос заполнен очень разряжённым химически инертным атомарным водородом.

 

Рис. Вращение атома водорода вокруг общего центра масс протона c массой 1837me и его электрона с массой me.

 

Так как частота вращения электрона, а отсюда и энергия вращения электрона справа и с лева от ядра атома водорода на втором энергетическом уровне немного различаются, появляется так называемый Лэмбовский сдвиг, различие между энергиями стационарных 2s1/2+ и 2p1/2- состояний атома водорода и в водородоподобных ионах.

Протон атома водорода почти равновероятно может захватить свободный электрон двумя способами, северным магнитным полюсом (спин J+) или южным магнитным полюсом (спин J–). В этом заключается причина возникновения сверхтонкого расщепления всех энергетических уровней атома водорода, см рис ниже (Визуализация орбит шести энергетических уровней в атоме водорода, построенных по данным спектрометрии).

На рисунке заметно преобладание орбит с положительным спином электрона в атоме водорода.

 

Рис. Визуализация орбит шести энергетических уровней в атоме водорода, построенных по данным спектрометрии. Заметно преобладание орбит с положительным спином электрона в атоме водорода.

 

Атомарный водород парамагнитен, он усиливает внешнее магнитное поле, выстраиваясь вдоль линий магнитного поля. В магнитном поле спины электронов атомарного водорода стремятся выстроиться по направлению поля, усиливая его, хотя этот порядок и нарушается хаотическим тепловым движением. Поэтому парамагнитная восприимчивость зависит от температуры: чем ниже температура, тем выше значение. Все это происходит только в магнитном поле, без него хаос и все микрочастицы сами по себе.

На приведённой модели строения электронной оболочки и ядра атома водорода, можно продемонстрировать пять квантово механических эффектов и объяснить причины парамагнетизма атомов водорода:

1  химической инертности атомарного водорода,

2 причина возникновения сверхтонкого расщепления основного 1s энергетического уровня атома водорода,

3  причина возникновения, так называемого Лэмбовского сдвига

4  вероятность присутствия электрона в центре ядра атома не равно нулю.

5  причина возникновения молекул пара-водорода и ортоводорода

 

2. Гелий.

 

Ядро изотопа

парагелия 4He   

J = 0+

валентность 0

Развёртка протонной

оболочки ядра 4He

Электронная оболочка и электронная. формула атома парагелия - 1s2

валентность 0

Схема элект-й

оболочки

атома гелия

валентность 0

 

2. Гелий – He. Химический элемент с чётным зарядом состоит из двух стабильных изотопов 4He (99,9999%) и 3He (0,0001%). В основном состоянии 4He не имеет ни магнитного момента, ни электрического дипольного момента. Это возможно только при структуре ядра, показанной на рисунке изотопа гелия 4He2. ниже. Хорошо видна причина инертности гелия. Быстрое вращение ядра атома в экваториальной плоскости не позволяет  гелию вступать в химические реакции см. рис пиже.

 

Структура ядра пара-гелия (гелий-1) спины протонов антипараллельные ↑↓ Протоны вращаются на встречу друг к другу.

Структура ядра орто-гелия (гелий-2) спины протонов параллельные ↑↑. Протоны вращаются в одну сторону.

 

Спиновые взаимодействия двух пар протонно-нейтронных вихрей создают условия, при которых оба протона могут иметь одноимённые свободные магнитные полюса. В результате  одноимённые полюса будут иметь и электроны с одинаковым спином, что создаёт условия для отсутствия магнитного момента у атома гелия.

Спектр нейтрального гелия делится на две отдельные категории, соответствующие термам, которые не были взаимно связаны. Эти две системы совершенно независимых линий получили название спектров ортогелия и парагелия.

Электронная формула ортогелия (гелий-2) - 1s12s1 .

Электронная формула парагелия (гелий-1) - 1s2.

Два электрона атома гелия могут иметь спины параллельные ↑↑ (орто-гелий гелий-2) или антипараллельные ↑↓ (пара-гелий гелий-1). Обе формы сосуществуют в обычном гелии, в соотношении примерно 1 к 3, причем переход между ними относится к «запрещенным» см.рис. ниже.

Энергия основного состояния орто-гелия (гелий-2) выше, чем энергия основного состояния пара-гелия (гелий-1), однако переход орто-гелия в пара-гелий невозможен, так как должен сопровождаться переворотом спина протона ядра атома, поэтому состояния орто-гелия устойчивы. Перевести орто-гелий в пара-гелий возможно, например, путем бомбардировки атома пучком электронов, тогда, возможно разворачивание спина протона ядра атома, при этом разворачивается и один из электронов в атоме, и состояние ортогелия превратится в возбужденное состояние парагелия.

 

Структура электронной оболочки пара-гелия (гелий-1) эл. формула - 1s2. В возбуж-денном состоянии. спины электронов у оппозитных протонов антипараллельные ↑↓ Электронные оболочки вращаются на встречу друг к другу.

Структура электронной оболочки орто-гелия (гелий-2) эл. формула - 1s12s1. В возбужденном состоянии. спины электронов у оппозитных протонов параллельные ↑↑ Электронные оболочки вращаются в одну сторону

 

Мультиплетность для пара-гелия антинараллельна - ↑↓ будет равна 1 с одиночными линиями в спектре

J = 0

Потому что оба электрона у пара-гелия смотрят на ядро северным полюсом и имеют одно значения спина +. При любых переходах обоих электронов энергия их излучения абсолютно одинаковая и налагается друг, на друга выдавая на спектрограммах только одну линию.

Мультиплетность для орто-гелия параллельная - ↑↑ равна 3 с триплетными (тройными) линиями в спектре. Потому что оба электрона у орто-гелия могут смотрят на ядро северным и южным полюсом и имеют два значения спина + и – см. рис. Ниже.

 

J=1/2- 1/2+=0

 

J=1/2+1/2+=1+

 

J=1/2- 1/2- =1-

 

Электронная оболочка

 и эл. формула атома пара-гелия (гелия-1)  1s2    J = 0

валентность 0

Электронная об-чка

и эл. формула атома орто-гелия (гелия-2)  1s12sJ = +1

валентность 0

Электронная оболочка

и эл. формула атома орто-гелия (гелия-2) 1s12s1    J = -1

валентность 0

Электронная оболочка и эл. формула атома орто-гелия (гелия-2)

1s12s1     J = 0

валентность 0

 

Химическая инертность гелия обеспечивается осью вращения атома. Атом гелия как бумеранг вращается в плоскости расположения нуклонов см. рис. ниже. В результате электроны, жёстко сцепленные магнитными силами с протонами, вращаются с огромной скоростью в плоскости вращения атома гелия, не имеют возможности вступать в магнитные взаимодействия с электронами других химических элементов см. рис пиже.

Но при очень низкой температуре экваториальное вращение атомов гелия настолько замедляется, что становится возможной химическая связь. Так образуется  димер гелия, молекула He2. Это неожиданно большая молекула — среднее расстояние между атомами гелия намного больше их размеров. Димер гелия обладает исключительно маленькой энергией связи, около десятой доли микроэлектронвольта! Такая молекула разрушается не только при комнатной температуре, но и при температурах вплоть до милликельвинов. Это самая хрупкая молекула, известная на сегодняшний день.

 

Излучательные переходы электронов с орбит 2s  на 1s в оболочке орто-гелия (гелия-2)

Химическая инертность гелия обеспечивается осью вращения атома.

 

Вид изотопа гелия 4He2.. Ось вращения не позволяет  гелию вступать в химические реакции. Суммарный  спин J = 0

Вид изотопа гелия 3He2 Ось вращения не позволяет  гелию вступать в химические реакции. Суммарный  спин J = +1/2

 

3. Литий.

 

Ядро изотопа

литий 7Li

J = 3/2-

валентность 1

Развёртка протонной

оболочки

ядра 7Li

Электронная оболочка и эл. формула [He]2s1

атома лития валентность 1

Схема электро-ой оболочки

атома лития

валентность 1

 

3. Литий – Li. Химический элемент с нечётным зарядом состоит из двух стабильных изотопов 6 Li (7,42 %) и 7 Li (92,58 %). Тяжелый изотоп 7 Li прозрачен для ней­тронов, имеет эффективное поперечное сечение захвата тепловых ней­тронов 0,033 барн. Зато 6L активно поглощает тепловые нейтроны, его сечение захвата 912 барн. По способности захватывать тепловые нейтроны (поперечное сечение захвата) ядра этих изотопов отличаются очень сильно.

Почему?

Посмотрим на изображение лёгкого изотопа  6L. Видно, что он состоит из двух частей. Верхняя часть - это ядро атома водорода 2 дейтерий. Нижняя часть - это ядро атома гелия 4. Двойная прошивка нуклонов позитронами придают гелию 4 большую прочность.

Эксперименты по выбиванию протона из ядра изотопа лития 6L показывают наличие у этого ядра двух групп протонов с энергиями связи 5,0 Мэв и 21,5 Мэв. Менее связанные протоны имеют суммарный орбитальный момент J = 1. Для более связанных  протонов J = 0 см. рис ниже.

 

Эксперименты по выбиванию протона из ядра изотопа лития 6L показывают наличие у этого ядра двух групп протонов с энергиями связи 5,0 Мэв и 21,5 Мэв.

Лёгкий изотоп 6L состоит из двух частей. Нижняя часть, это ядро атома пара-гелия (гелий-1) J =0+. Верхняя часть из дейтерия. J =1+

 

Верхняя часть - это ядро атома водорода 2 – дейтерий 2Н J =1+, в котором позитрон имеет возможность поймать ещё один нейтрон и превратиться в тритий 3Н. Налетающий медленный тепловой нейтрон легко насаживается на кольцо позитрона, образуя ядро атома трития 3Н. Круговое вращение позитрона обеспечивает большое сечение захвата теплового нейтрона.

Тяжелый изотоп 7Li имеет другое строение. Нижняя часть, это ядро атома пара-гелия (гелий-1) J =0+. Вторая осевая часть состоит из трития. J = 3/2-. Посмотрим на изображение изотопа 7Li, видно, что позитрон в этой конструкции переполнен нейтронами и не имеет более возможности их поглощать. Поэтому сечение захвата тепловых нейтронов у 7Li очень маленькое. В случае поглощения теплового нейтрона изотопом 7Li, получается короткоживущий тяжёлый изотоп лития 8Li, который через 0,01 секунду разваливается на два атома гелия 4He2  и один электрон е-.

Электронная формула атома лития Li - [He]2s1 содержит три s-электрона, два из которых1s2 электроны заполнили К оболочку, а один - 2s электрон L оболочку.

Рождественский Д. (1925), сравнивая термы атомов щелочных элементов и водорода, установил, что число возможных орбит у щелочных атомов равно числу возможных орбит у атома водорода. Поэтому они имеют совершенно аналогичные и простые оптические спектры как у атома водорода.

 При возбуждении s-электрона возникают дублетные термы конфигураций nl. Дуплетные термы возникают из за практически равной вероятности захвата 2s электрона третьим протоном ядра лития северным или южным магнитным полюсом.

«Запрещенные» по правилу отбора - 2s2S - nd2D и 2p2P0 - np2P0 переходы возникают из за того, что 2s электрон может занимать np и nd орбиты на оси Х двух 1s электронов.

 

Строение электронной оболочки лития в возбуждённом состоянии повторяет электронную оболочку водорода с дуплетными термами («запрещённые» орбиты по оси Х не нарисованы только обозначены.

 

Из щелочных металлов Li обладает наименьшим атомным радиусом (0,157 нм), и следовательно, наибольшим ионизационным потенциалом, равным 5,39 эВ, поэтому литий химически менее активен по сравнению с другими щелочными металлами. Ионный радиус Li+ равен, по разным данным, 60-68х10-11м., что весьма близко к размерам атомов водорода и гелия. Благодаря малому атомному радиусу литий обладает наиболее проч­ной кристаллической решеткой по сравнению с остальными щелочными металлами. Это обусловливает наиболее высокие температуры плавле­ния и кипения лития по сравнению с его аналогами.

Литий как и атомарный водород парамагнитен он усиливает внешнее магнитное поле, выстраиваясь вдоль линий магнитного поля, соединения его диамагнитны. В магнитном поле спины электронов лития стремятся выстроиться по направлению поля, усиливая его, хотя этот порядок и нарушается хаотическим тепловым движением.

 

4. Бериллий.

 

4. Бериллий – Ве. Химический элемент с чётным зарядом, бериллий на 100% состоит из одного изотопа 9В с массовым числом 9. Из всех твердых материалов бериллий считается лучшим замедлителем нейтронов. Бериллий (а также его окись) отличают малое сечение захвата нейтронов и большое сечение их рассеяния. Бериллий при небольшом атомном весе почти не захватывает нейтроны, он просто замедляет скорость их движения за счет столкновений с атомами бериллия.

 Почему?

Это свойство объясняется очень компактной структурой строения ядра атома бериллия и насыщенностью позитронов нуклонами. Фактически ядро изотопа 9В  можно рассматривать как два ядра атома гелия. На каждый из четырёх позитронов ядра атома бериллия  9Ве приходится по три нуклона. Это предельное число нуклонов, что может очень долго удержать один позитрон см рис изотопа водорода трития. Поэтому бериллий 9Ве просто не способен захватить «лишний» нейтрон. Ну а если такое маловероятное событие произошло, то изотоп бериллия 9Ве превращается в долгоживущий изотоп бериллия  10Ве с полной перестройкой структуры ядра см. рис. ниже.

 

Ядро изотопа

берилий 9Ве

 J = 3/2-

 валентность 2

Развёртка

протонной оболочки

 ядра Ве

Электронная оболочка атома и эл. формула атома Ве бериллия [He]2s2

 макс. валентность 2

Схема электрон-й оболочки атома бериллия валентность 2

 

Если изотоп бериллия 9Ве имеет объёмно крестовую структуру строения нуклонов см. рис. выше. Его пяти нейтронов не хватает для образования шестигранного нейтронного остова. То уже у изотопа бериллия 10Ве,  мы впервые наблюдаем образование этого шестинейтронного остова, см. рисунок ниже. Но протонное кольцо у изотопа бериллия 10Ве ещё не завершённое, для его завершения не хватает двух протонов, этим объясняется его нестабильность. Это симметричный долгоживущий изотоп, с периодом полураспада 2,7х106лет. Его шесть нейтронов образуют шестигранный остов, на который пришиты позитронами четыре протона.

 

Ядро изотопа берилий 9Ве J = 3/2- пяти нейтронов не хватает для шести-нейтронного остова.

Ядро изотоп бериллия 10Ве J = 0+, впервые образуется  шести-нейтронный остов

 

Два позитрона, лежащие в экваториальной плоскости вращения ядра изотопа 9Ве, скрепляют по три нуклона. Такая прошивка ограничивает их подвижность, и протон в такой связке не может развернуться в валентное полярное положение. Два других позитрона скрепляют ещё по три нуклона. Такая позитронная связка, перпендикулярна плоскости вращения изотопа и не ограничивает подвижность двух валентных протонов. Позитронная прошивка не позволяет двум экваториальным протонам развернуться в валентное положение. Поэтому в химических связях участвует только два полярных протона и их электроны. Максимальная  валентность 2.

 

Изотоп бериллия 9В позитронная прошивка связывает все его нуклоны J = 0+

Седьмой центрально-осевой нейтрон придаёт другому изотопу бериллия 11Ве спин J =  1/2–.

 

Электронная формула атома Ве бериллия [He]2s2. Каждый из его четырёх электронов взаимодействует со своим протоном ядра. Симметричность ядра порождает симметричность атома и симметричность электростатических сил, действующих между его электронами. В результате, когда они все находятся в атоме, то энергии связи у них с протонами ядра одинаковые на одноимённых энергетических уровнях. Седьмой центрально-осевой нейтрон придаёт другому изотопу бериллия 11Ве спин J =  1/2–.

 

5. Бор.

 

Ядро изотопа

бор 11В

J = 3/2+

макс валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра В

Электронная оболочка и  эл. формула атома B бора [He]2s22p1

 макс. валентность 3

Схема электрон-й оболочки атома бора

валентность 3

 

5. Бор – В. Химический элемент с нечётным зарядом состоит из двух стабильных изотопов бора 11В (80,39%) и 10В (19,6%). Атомное ядро изотопа бора 11В несимметрично, что подтверждает его спин  ( J  = 3/2-) и  имеет такой вид, см. рисунок выше. Его шесть нейтронов образуют шестигранный остов, на который позитронами прошиты, пять протонов. Каждый из его пяти электронов взаимодействует со своим протоном ядра.  

 

Ядро изотопа бора 10В J = 3+, пяти нейтронов не хватает для  шести-нейтронного остова.

Ядро изотопа бор 11В J = 3/2+ образуется  шести-нейтронный остов как у берилия 10Ве

 

Электронная формула B [He]2s22p1. Пяти электронам невозможно симметрично разместиться на орбите, предназначенной только для шести электронов. Пятый электрон выталкивается электростатическими силами четырёх электронов в торец ядра. Два первых 1s2 электрона, на оси Х, занимают первую K оболочку см.рис ниже. Причём оба его  1s2 электрона, согласно принципу Паули, как у орто-гелия, могут периодически занимать орбиты 2s2 электронов на оси Х. Оставшиеся два 2s2 электрона и один 2p1 электрон образуют вторую L оболочку. Один 2p электрон L оболочки не может занять 2s2 экваториальную не валентную орбиту на оси Х. Поэтому пятый электрон у бора занимает полярную 2p орбиту, постоянно вращаясь вокруг 2s2 полярного валентного электрона на оси У. Поэтому бор всегда трёхвалентен.

 

Порядок заполнения электронных орбит первых двух энергетических уровней.

 

Протон, жёстко, намертво сцепленный со своим 2p+ электроном, следует за ним. Но он не может занять, ни центрально осевую позицию, не хватает оппозитного протона, ни боковую как остальные протоны, его связывает 2p+ электрон. Поэтому протон занимает среднее положение с спином J = 3/2+. Все остальные протоны симметрично расположены и дают суммарный спин ядра J = 0.

Ещё более интересно строение атомного ядра изотопа бора 10В. В этом ядре всего пять нейтронов, и он имеет такой крестообразный вид, см. рисунок выше. Недостающий шестой нейтрон придаёт стабильному изотопу бора 10В очень высокий несбалансированный суммарный ядерный спин J = 3+. Он складывается из двух несбалансированных и четырёх осевых нуклонов.

 

J = -5/2 - 3/2+1/2+1/2+1/2+1/2 = -8/2+2/2 = 6/2+ = 3+

 

6. Углерод.

 

Ядро изотопа углерод 12С в аллотропной

форме графита J = 0+

 макс. валентность 4

Развёртка

протонной

оболочки

ядра С

Электронная оболочка и эл. формула атома C углерода [He]2s22p2

макс. валентность 4

Схема электронной

оболочки атома углерода

валентность 4

 

6. Углерод - С. Химический элемент с чётным зарядом состоит из двух стабильных изотопов 12С (98,93%) и 13С (1,07%). У изотопов углерода 12С (J =0+) образуется полностью замкнутое протонное кольцо, но оно ещё пластичное нестабильное. Нейтроны остова ядра связывают кольца позитронов у протонов. Причём два позитронных кольца из шести у углерода связывает сразу три нуклона. Четыре «валентных» позитронных кольца прошивают только по два нуклона. Это прочная и лёгкая нуклонная связка среди изотопов ядер химических элементов. Поэтому  атом углерода выбран эталоном атомной массы. Такая позитронная прошивка защищает протоны от взаимного расталкивания, и позволяют протонам собираться в гексагональные «кристаллы-снежинки» графита. Первая такая «снежинка» появляется у ядра атома углерода, см. рисунок выше.

Кроме протонной сборки ядра атома углерода в виде гексагональной «снежинки» графита. Существует более редкая и энергетически затратная и вращательно не сбалансированная «объёмно крестовая» алмазная сборка ядра.

Электронная формула углерода C [He]2s22p2. Шесть электронов атома углерода в инертном не возбуждённом состоянии могут симметрично и равномерно разместить свои заряды двумя способами.

Первый «плоский» способ – когда все шесть электронов равномерно, на одинаковом расстоянии от ядра распределяются по окружности, в одной плоскости, используется при построении оболочки химически инертного графита.

Второй «сферический» способ - равномерного и симметричного размещения электронов на сфере, вокруг ядра углерода. Такой способ возможен, когда два электрона выталкиваются электростатическими силами с окружной орбиты и занимают торцевые полярные положения.

Ранее считалось, что углерод в природе может находиться в нескольких аллотропических модификациях алмаз, графит, чёрноый углерод (сажа и др.).

Как выяснилось, графит и все разновидности так называемого чёрного углерода (сажа и др.) не является аллотропической модификацией углерода, а представляет собой углеводород, содержание водорода в котором сравнительно не велико.

Графит и все разновидности так называемого чёрного углерода (сажа и др.) являются полициклическими углеводородами образующиеся в результате термической конденсации различных углеводородов.

Спины (оси вращения) всех электронов у графита лежат в экваториальной плоскости и перпендикулярны полярной оси вращения ядра атома. Углерод в форме графита, химически инертен и не растворяется ни в каких растворителях, кроме расплавленных металлов! Температура воспламенения в струе кислорода составляет для явнокристаллических графитов 700-730°С! Температура плавления графита — 3845-3890°С!

Графит с идеальной структурой диамагнетик. Магнитное поле выталкивает графит, и графит устанавливаются перпендикулярно магнитному полю. Магнитная восприимчивость велика в направлении, перпендикулярном базисным плоскостям ( -22*10-3), и незначительна в параллельном направлении ( -0,5*10-3).

Графит с дефектами структуры способен самонамагничиваться.

 

Электронная оболочка графита

Электронная оболочка алмаза

Электронная оболочка аморфного углерода, валентность 4

 

Известны смазочные свойства многослойного графита со слабым взаимодействием между слоями отдельных углеродных (графеновых) листов. Атомы углерода очень сильно связаны в слоях графита, образуя шестигранные кристаллы. И эти кристаллы графита очень слабо связаны валентными электронами между слоями. Поэтому при нагревании тепловое расширение графита до 427°С отрицательно (т.е. графит сжимается при нагревании!). При нагревании кристалла графита постепенно увеличивается количество возбуждённых электронов. Возбуждённые электроны покидают экваториальные орбиты и переходят на полярные валентные орбиты. Между слоями графита увеличивается число стягивающих валентных электронных пар, и слои графита взаимно притягиваются. Температура графита растет, а объём его уменьшается!

Электрическая проводимость монокристаллов графита в направлении, параллельном базисной плоскости (=0,385*10-6 Ом*м), близка к металлической, в перпендикулярном в сотни раз меньше, чем у металлов (52,0*10-6 Ом*м). Высокая анизотропия свойств монокристаллов графита обусловлена строением его кристаллической решетки. В направлении базисных плоскостей

Второй способ равномерного и симметричного размещения электронов в пространстве вокруг ядра углерода реализован у алмаза. В форме алмаза углерод имеет другое не кольцевое симметричное геометрическое строение ядра.

В монокристалле у каждой молекулы есть свое место, а весь монокристалл – повторение одной элементарной ячейки. Алмаз - самое твердое вещество, найденное в природе.

 


Домашнего питомца можно превратить в алмаз

 

В возбужденном состоянии углерод становится химически активным веществом. Такой углерод мы называем аморфным углеродом. Уголь, кокс, сажа - химически более активны, чем графит или алмаз. Свежая сажа пирофорна и может самовоспламеняться на воздухе.

У аморфного углерода ядро как у графита, а электронная оболочка равномерно и симметрично размещает 4 валентных электрона в пространстве вокруг ядра. У аморфного  углерода два 2s электрона выталкиваются электростатическими силами с окружной экваториальной орбиты и занимают торцевые полярные положения. Полярное торцевое положение 2s электронов делает их двух валентными. Два других его 2р валентных электрона  примагничиваются к торцевым валентным 2s электронам делая атом углерода четырёх валентным. Два его торцевых валентных электрона легко примагничиваются к торцевым валентным электронам других атомов, ведь им не надо гасить инерцию вращения ядра атома. После того как два валентных 2s электрона атома углерода вступили в магнитную связь с двумя инородными атомами, к ним могут подтянуться ещё два 2р электрона. Таким образом, углерод становится четырёхвалентным. Это объясняет  переменную валентность углерода 2 и 4.

Четыре валентных протона связанные элекиромагнитными силами с своими валентными электронами имеют возможность в ядре разворачиваться с экваториальной ориентации на полярную ориентацию.

 

7. Азот.

 

Ядро изотопа

азота 14N

J = 1+

макс. валентность 5

Развёртка протонной

оболочки ядра N

Электронная оболочка

и эл. формула атома азота [He]2s22p3

валентность 5

Схема электронной оболочки

атома азота валентность 5

 

7. Азот – N. Химический элемент с нечётным зарядом состоит из двух стабильных изотопов 14N (99,634%) и 15N (0,366%). Строение ядра изотопа азота 14N имеет спин J = 1+. Это говорит о том, что один протон с спином J = 1/2+ и один нейтрон с спином J = 1/2+ ядра изотопа азота  14N находятся на оси вращения атома. Спин протона и спин нейтрона, как у дейтерия, дают суммарный спин J = 1+.

Два позитрона, лежащие в экваториальной плоскости, связывают по три нуклона сразу. При таком способе позитронной прошивки протоны не имеют возможности развернуться в валентное полярное положение. Поэтому два протона с их электронами у ядра атома азота всегда химически инертны.

Два центральных нуклона, протон и нейтрон, как у дейтерия, прошиты одним позитроном. Протон и его электрон в таком валентном полярном положении обеспечивает постоянную валентность атома азота 1, см. рисунок ниже.

Оставшиеся четыре протона могут разворачиваться из экваториального инертного положения в полярное валентное положение. Позитронная прошивка позволяет двум валентным протонам, имеющим вращение, противоположное вращению центрального протона, разворачиваться в свою сторону. Такая комбинация обеспечивает атому азота наиболее частую валентность 3, см. рисунок ниже.

Два других протона у атома азота имеют такое же вращение, как и центральный протон, поэтому они могут разворачиваться только в противоположную от протона сторону. Один первый протон разворачивается легко, и его электрон занимает центральное положение на противоположном торце атома азота, обеспечивает атому азота валентность 2 или 4.

Пятый протон и его электрон в валентное полярное положение разворачивается с большим трудом. Ему мешает однонаправленное вращение четвёртого протона и электрона. Для реализации редкой валентности 5 атому азота нужна дополнительная энергетическая накачка, см. рисунок.

Электронная формула азота N [He]2s22p3. Шесть электронов атома азота располагаются как у углерода в экваториальной плоскости. Седьмой электрон полярный и очень химически активный как у атома фтора. Поэтому азот не существует в свободном атомарном состоянии. Два атома азота всегда связаны в виде молекул N2. Эта молекула чрезвычайно химически инертна, на уровне инертных газов. Молекулу азота очень трудно разорвать, потому что к центральному полярному 2s электрону присоединяются два  2p экваториальных электрона, имеющих попутное вращение. То есть между атомами азота существует тройная электронная связь.

Третий 2p и один 2s экваториальный электрон имеет противоположное вращение и в молекулярной связи не участвует.

 

Электронная оболочка атома азота валентность 1

Электронная оболочка атома азота валентность 3

Электронная оболочка атома азота валентность 5

 

8. Кислород.

 

Ядро изотопа

кислорода 16О

J = 0+макс.

валентность 2

Развёртка протонной

оболочки ядра О

Электронная оболочка и электронная формула атома кислорода [He]2s22p4

валентность 2

Схема эл. об. атома кислорода валентность 2

 

8. Кислород – О. Химический элемент с чётным зарядом состоит из трёх стабильных изотопов 16О (99,959%) 17О (0,037%) 18О (0,204%). Ядро изотопа 16О кислорода имеет 8 протонов, это второе после гелия магическое число в ядерной физике. У кислорода впервые образует полностью замкнутое, полностью стабильное, химически инертное углеродное кольцо, см. рисунок выше.

В углеродном кольце шесть позитронов сшивают по три нуклона, по одному протону и по два нейтрона. Каждый нейтрон прошит позитроном дважды, это объясняет особую прочность связей нейтронов в ядре атома кислорода. Шесть позитронных колец лежат в экваториальной плоскости, и у 6 экваториальных протонов нет никакой возможности развернуться в валентное полярное положение. Валентными являются только два торцевых полярных протона, расположенных точно по центру симметрии ядра атома (спин J=0+), отсюда такая химическая активность кислорода. Два его торцевых валентных электрона легко примагничиваются к торцевым валентным электронам других атомов, ведь им не надо гасить инерцию вращения ядра атома.

Каждый валентный протон прошит общим позитроном с одним нейтроном. Пришитый нейтрон имеет возможность вращаться вокруг протона, подавляя отдельные вылазки кольцевых протонов.

Известно, например, что у всех лёгких элементов от лития до кислорода (атомный номер 8) имеется только два стабильных изотопа, из которых один (лёгкий изотоп 16О) соответствует равенству Ν=Ζ, а в другом (более тяжёлом изотопе 17О) число нейтронов на единицу больше числа протонов. У кислорода такие изотопы также имеются, но, кроме того, у кислорода имеется и третий изотоп 18О с массовым числом 18.

Начиная с кислорода, закономерность в числе изотопов другая - элементы с нечётным Ζ имеют только один стабильный изотоп (F, Na, ΑΙ, Ρ), а элементы с чётным Ζ обладают тремя изотопами (О, Ne, Mg, S).

Происшедшее при Z = 8 изменение в характере изотопного состава элементов является следствием того, что нуклоны заполнили первую из ядерных слоёв-оболочек (первое углеродное кольцо).

В литосфере содержится более 47% кислорода по весу, в гидросфере — 85,89% и в атмосфере — 23,01%. И это не случайно. Природа отдаёт предпочтение симметричным ядрам химических элементов с полностью заполненными ядерными слоями-оболочками.

Существует глубокий минимум распространённости в области лития, бериллия и бора и максимум распространенности углерода и кислорода!

Магические числа 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 и 126. Почему именно эти числа являются магическими в ядерной физике?

Магические числа в ядерной физике являются следствием геометрически правильного строения ядер атомов при заполнении очередного N-го углеродного слоя- оболочки.

Ни азот 14N с числом протонов 7, ни фтор 19F с числом протонов 9 не имеют такого красивого правильного абсолютно симметричного строения, как ядро атома кислорода с числом протонов 8.

Атом кислорода и молекула кислорода подобны стержневому магниту, поэтому  струя жидкого кислорода реагирует на магнитное поле, отклоняется при поднесении к ней постоянного магнита. Этим кислород отличается, например, от немагнитных (диамагнитных) водорода, азота и воды, в молекулах которых все электроны спарены.

 

9 Фтор.

 

Ядро изотопа

фтора 19F

J = 1/2+ макс.

валентность 1

Развёртка

протонной оболочки

ядра F

Электронная оболочка и эл. формула атома

фтора [He]2s22p5

валентность 1

Схема эл-ой оболочки атома фтора

валентность 1

 

9 Фтор – F. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один изотоп 19F (100%) начинается одновременное строительство с обоих торцов второго и третьего углеродного кольца.

Одинокий торцевой валентный протон ядра атома фтора обеспечивает повышенную химическую активность (J = ½+). Почему фтор химически активнее, чем кислород?

Это объясняется строением его ядра, см. рисунок выше. На рисунке видно, что одинокий протон ничем не связан, и позитрон имеет возможность свободно вращаться. Эта энергия свободного позитрона передаётся валентному электрону.

Почему два протона с противоположного торца ядра атома фтора не проявляют валентных свойств?

Потому что они пришиты позитронами к двум парам нейтронов. Плоскость вращения позитронов параллельна экваториальной плоскости вращения ядра атома фтора. У этих протонов нет возможности развернуться в валентное полярное положение, см. рис.

Протонное строение  ядра  атома фтора  повторяется  у галогенов и  всех щелочных

металлов, вплоть до предпоследнего, ещё не синтезированного 119 химического элемента. Одинаковое торцевое протонное строение фтора и щелочных металлов  обеспечивает лёгкость протекания химических реакций с их участием и прочность их химических соединений.

 

10 Неон.

 

Ядро изотопа

неон 20N

J = 0+

макс. валентность 0

Развёртка протонной

оболочки

ядра N

Электронная оболочка

и эл. формула атома неона Ne

[He] 2s22p6

валентность 0

Схема элект. оболочки атома неона

валентность 0

 

10 НеонNe. Химический элемент с чётным зарядом имеет три стабильных изотопа 20N - самый распространённый в природе (90,92%) суммарный спин ядра J = 0+, 21N (0,257%) суммарный спин ядра J = 3/2+, 22N (8,82%) суммарный спин ядра J = 0+. Ядро атома неона можно рассматривать как ассоциацию пяти  альфа частиц. У неона второе углеродное кольцо не достроено, оно состоит из двух атомов гелия, отсюда такая химическая инертность.

Все позитронные кольца, прошивающие по три нуклона сразу, лежат в экваториальной не валентной плоскости. Протоны не имеют возможности развернуться в валентное полярное положение.

 

2p

2s

очерёдность заполнения протонной оболочки ядра неона

2р

1s

2p

 

2p

2s

2p

1s

2p

 

 

После неона следующие протоны симметрично поочерёдно собираются на торцах ядра атома неона. Когда с каждой стороны первого углеродного кольца набралось по 6 протонов и 6 нейтронов, образуется тройное углеродное кольцо ядра атома аргона, см. рис. Рассмотрим ход этого строительство подробнее.

Электронная формула атома неона Ne [He] 2s22p6. Очерёдность заполнения электронной оболочки атома неона повторяет очерёдность заполнения протонной оболочки ядра неона.

Атомный радиус химических элементов во втором периоде от лития до фтора постепенно уменьшаются. У неона атомный радиус резко, почти в два раза по сравнению с фтором, возрастает! Это объясняется тем, что внутренние электронные облака первой оболочки К выталкивают  вторую электронную оболочку L на более высокую орбиту.

Первая К оболочка состоит из двух энергетических слоёв заполненных двумя 1s электронами и двумя 2s электронами. Вторая электронная L оболочка симметрично заполнена шестью 2р электронами см. рис выше.

 

11 Натрий.

 

Ядро изотопа

натрий 23Nа

J = 3/2+

макс. валентность 1

Развёртка

протонной оболочки

ядра Nа

Электронная оболочка и эл. формула атома

натрия Nа [Ne]3s1

макс. валентность 1

Схема элек-й оболочки атома натрия валентность 1

 

11 Натрий – Nа. Химический элемент с нечётным зарядом единственный стабильный изотоп 23Nа, имеет не симметричное строение (J = 3/2+).

Строение его ядра и позитронная прошивка аналогична неону. Одиннадцатый протон занимает положение, позволяющее ему сшивать своим позитроном ещё два нейтрона. Но для центральной позиции ему не хватает оппозитного протона или нейтрона. А из бокового положения его выталкивает электрон, который с ним жёстко  связан.

Электронная формула атома натрия [Ne]3s1 максимальная валентность 1

 

12 Магний.

 

Ядро изотопа

магния 26Mg

 J = 0

макс. валентность 2

Развёртка протонной

оболочки ядра Mg

Электронная оболочка и эл. формула атома магния Mg [Ne]3s2 макс. валентность 2

Схема эл-ой оболочки атома магния валентность 2

 

12 Магний - Mg, Химический элемент с чётным зарядом имеет три стабильных изотопа 26Mg (78,7%), 25Mg(11,17%), 24Mg (10,13%). Ядро магния получив двенадцатый протон, выстраивает два валентных торцевых протона по оси симметрии. Два его изотопа 24Mg (10,13%) и 26Mg (78,7%) симметричны и немагнитны J = 0+, а изотоп 25Mg(11,17%) обладает магнитными свойствами, он не симметричен  J = 5/2-.

Электронная формула атома магния [Ne]3s2 максимальная валентность 2. Строение электронной оболочки атома магния подобна строению оболочки атома кислорода.

 

13 Алюминий.

 

Ядро изотопа

алюминий 27Al

J = 5/2+

макс.  валентность 3

Развёртка протонной

оболочки ядра Al

Электронная оболочка и эл. формула атома алюминия AL [Ne]3s23p1

валентность 3

Схема элект-ой оболочки атома алюминия валентность 3

 

13 Алюминий – AL. Химический элемент с нечётным зарядом имеет единственный стабильный изотоп 27AL (100%). Один торец ядра атома алюминия повторяет торец ядра неона, плюс один центральный валентный протон на оси симметрии J = 0. Второй торец ядра атома алюминия пытается повторить торец ядра неона. Он имеет два валентных  протона с одним протоном на оси симметрии, а второй протон не сбалансирован он придаёт ядру суммарный спин J = 5/2. Это делает систему самоорганизующихся нуклонов устойчивой.

Электронная формула атома алюминия AL [Ne]3s23p1. Строение электронной оболочки атома алюминия похожа на строение оболочки атома бора. Во всех своих устойчивых соединениях алюминий трёхвалентен, как бор. Это говорит о том, что три торцевых валентных электрона, жёстко связанных с его торцевыми протонами, имеют одинаковую энергию и находятся на практически одинаковом расстоянии от ядра. При этом 3р+ электрон имеет круговую орбиту около полярного 3s- электрона.  При высоких температурах алюминий может проявлять валентность 1, это его единственный 3р+ электрон, при нагреве удаляется от ядра дальше остальных двух 3s электронов.

 

14 Кремний.

 

Ядро изотопа

 кремний 28Si

J = 0+

 макс. валентность 4

Развёртка

протонной оболочки

ядра Si

Электронная оболочка и эл. формула атома кремния Si [Ne]3s23p2 валентность 4

Схема элект-ой оболочки атома кремния

 валентность 4

 

14 Кремний – Si. Химический элемент с чётным зарядом имеет три стабильных изотопа 28Si (92,21%), 29Si (4,7%), 30Si (3,09%). Изотоп кремния 28Si самый распространённый в четырёхвалентном состоянии имеет такой вид, см. рисунок выше. В двухвалентном состоянии кремний бывает реже, но может принимать и инертную форму, 14 протонов позволяют ему это делать. В инертной форме все 14 осей вращения протонов параллельны плоскости вращения ядра атома кремния. 

Поэтому изотоп кремния относят к магическим ядрам.  Кремний - второй после кислорода по распространенности в земной коре элемент (27,6% по массе). И это не случайно. Природа отдаёт своё предпочтение симметричным ядрам химических элементов с полностью заполненной протонной оболочкой. При низких температурах кристаллический кремний химически инертен, при нагревании его реакционная способность резко возрастает. Судя по более предпочтительной валентности 4, все его торцевые валентные электроны находятся на примерно одинаковом расстоянии от ядра.

 

15 Фосфор.

 

Ядро изотопа

фосфор 31P 

J = 1/2+

 макс.  валентность 5

Развёртка  протонной оболочки

ядра P

Электронная оболочка и эл. формула атома фосфора Р [Ne]3s23p3

валентность 5

Схема электро-ой оболочки атома фосфора

 валентность 5

 

15 Фосфор – Р. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 31Р и может принимать валентные формы 3, 1, 5. Валентные протоны сосредоточены по торцам ядра атома неона. Четыре с одного торца (3s и три 3p протона) и один 3s протон с другого торца ядра атома. Суммарный спин 1/2+ обеспечен смещением одного 3s протона с центрально осевого положения.

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества — белый, красный, черный и металлический фосфор. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора, а в условиях сверхвысоких давлений — также металлическая форма. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам. Заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.

Наиболее характерная валентность 5 говорит о том, что все его валентные торцевые электроны находятся на одинаковом расстоянии от ядра.

 

16 Сера.

 

Ядро изотопа

серы 32S

J = 0+

макс. валентность 6

Развёртка  протонной

оболочки

ядра S

Электронная оболочка и эл. формула атома S [Ne]3s23p4

валентность 6

Схема электронной

оболочки

атома серы

 валентность 6

 

16 Сера – S. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа 32S (95%), 33S (0,76%), 34S (4,22%), 36S (0,014%). Самый распространённый изотоп серы 32S, см. рисунок выше, может принимать валентные формы 2, 4, 6.

Три валентных 3р- протона симметрично расположены вокруг 3s+ протона, с одного торца ядра атома как у фосфора. Четвёртый 3р+ протон и 3s- протон расположены с другого торца ядра.

 

17 Хлор.

 

Ядро изотопа

 хлора 35Cl

J = 3/2+ макс.

валентность 7

Развёртка протонной

оболочки

ядра Cl

Электронная оболочка и эл. формула атома Cl [Ne]3s23p5

валентность 7

Схема электронной оболочки

атома хлора

 валентность 7

 

17 Хлор – Cl. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа изотоп 35Cl (75,53%) и 37Cl (24,47%)  Хлор может принимать семь  валентных форм. Наиболее частая валентность 1, 3, 5, 7 редко 2 и 4.

Валентные протоны распределились по торцам ядра атома хлора следующим образом. Три валентных 3р- протона симметрично расположены вокруг 3s+ протона, с одного торца ядра атома как у фосфора и серы. Четвёртый и пятый 3р+ протон и 3s- протон расположены с другого торца ядра.

 

18 Аргон.

 

Ядро изотопа

аргона 40Аr

J = 0+

валентность 0

Развёртка протонной

оболочки

ядра Аr

Электронная оболочка и эл. формула

атома Аr [Ne]3s23p6

валентность 0

Схема эл. оболочки атома аргона

 валентность 8

 

18 Аргон - Аr. Химический элемент с чётным зарядом имеет три стабильных изотопа 40Аr (99,6%),  36Аr (0,337%),  40Аr (0,063%). Изотоп аргона 40Аr - самый распространённый в природе, его 18 протонов хватает для полноценного заполнения трёх углеродных слоёв-оболочек.  Ядро атома аргона состоит из трёх углеродных колец, в которых нуклоны уложены в плотную упаковку столбиком, см. рисунок выше. На обоих торцах находятся по два стабилизационных запирающих нейтрона, не позволяющих протонам разворачиваться в валентное полярное положение. Этим объясняется химическая инертность аргона. Ни один протон не может развернуться из экваториальной ориентации и стать валентным, совместив свою ось вращения с осью вращения ядра атома.

Для криптона известны только соединения в матрице твердых инертных газов (например, HArF), которые разлагаются при криогенных температурах.

Позитронная прошивка углеродного кольца вызывает смещение сфер непроницаемости протона. Протон и его нейтрон вращаются немного не соосно. Плоскости их вращения находятся под углом 300. Инертное ядро атома аргона набирается из трёх слоёв углеродных колец. Каждый слой развёрнут на 1800 друг относительно друга. Это позволяет нуклонам вращаться сонаправленно.

 

А протонная оболочка смещается в шахматном порядке. У ядра атома образуется три северных и три южных магнитных полюсных дорожек.

Каждая сдвоенная магнитная полюсная дорожка «смотрит» на свой электронный цуг. Каждый протон «пристально смотрит» на свой электрон.

Очерёдность заполнения протонной оболочки ядра атома аргона.

 

Нейтронная сердцевина ядра укладывается правильными стопками. А протонная оболочка строится в шахматном порядке. У ядра атома образуется шесть сдвоенных магнитных полюсных дорожек. Три магнитных полюса северных и три магнитных полюса южных. Каждая сдвоенная магнитная полюсная дорожка «смотрит» на свой электронный цуг. Каждый протон «пристально смотрит» на свой электрон.

 

19 Калий.

 

Ядро изотопа

 калия 39К

J =3/2+

 валентность 1

Развёртка протонной

оболочки ядра К

Электронная оболочка и эл. формула атома

калия К [Ar]4s1

макс. валентность 1

Схема эл. оболочки

атома калия

 валентность 1

 

19 Калий К. Изотоп калия 39К имеет спин J = 3/2+, это говорит о том, что один из нуклонов ядра не сбалансирован и ядро калия не симметрично. Валентный 4s-  протон занимает не осевое положение, что характерно для всех щелочных элементов см. рисунок выше.

У калия один полярный валентный 4s электрон спин J=+1/2. К валентному 4s- протону жёстко прикреплён магнитными связями 4s+ валентный электрон. Этот валентный 4s+ электрон обшаривает всё полушарие над осью вращения ядра атома. Этот электрон, как голодный волк, набрасывается на всё, что есть в его полушарии. Этим объясняется повышенная химическая активность калия. Калий обладает большой сжимаемостью при приложении внешнего давлении, т.к. его одинокий валентный торцевой электрон далеко отбрасывается электромагнитными силами.

 

20 Кальций.

 

Ядро изотопа

кальций 40С

J=0+

макс. валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра С

Электронная оболочка и эл. формула атома

кальция С [Ar]4s2

 макс. валентность 2

Схема элект-ой

оболочки

атома кальция

 валентность 2

 

20 Кальций – Са. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов 40С ( 96,97%), 44С (2,06%),  42С (0,64%),  48С (0,185%),  43С (0,145%),  46С (0,0033%). Изотоп 40С имеет абсолютно симметричное ядро атома (J = 0+). У него дважды магическое число 20 протонов и 20 нейтронов.

У кальция два оппозитных полярных валентных электрона один полярный валентный 4s электрон спин J=+1/2, второй 4s электрон имеет спин J=-1/2. Имея два валентных 4s протона, но его химическая активность ниже, чем у калия, в чём причина?

Причина в центрально осевом положении двух валентных 4s протонов. Их оси вращения жёстко связаны с осью вращения ядра атома. Валентные электроны сильнее связаны с протонами и вращаются они гораздо быстрее. Поэтому радиус валентных электронов меньше чем радиус электрона калия. Площадь сегмента полусферы, доступная для контактов у электронов кальция, гораздо меньше, чем у электрона калия. Этим объясняется  меньшая химическая активность кальция по сравнению с калием.

 

21 Скандий.

 

Ядро изотопа

скандий 45Sc

J=7/2-

макс. валентность 3

Развёртка

 протонной

оболочки

ядра Sc

Электронная оболочка и эл. формула атома скандия Sc [Ar]4s23d1

валентность 3

Схема электронной оболочки атома скандия

 валентность 3

 

21 Скандий – Sc. Химический элемент с нечётным зарядом на 100% состоит из изотопа 45Sc. Такая не симметричная комбинация зарядов из 21-го протона может устойчиво существовать только при таком наборе нейтронов см рис. Дополнительные пять нейтронов и 4s протон образуют новый четвёртый нейтронный слой и дают возможность устойчиво существовать нечётному 21-му протону (J = 5/2-). С скандия начинается строительство четвёртого углеродного кольца см. рисунок выше. Суммарный спин ядра J=5/2-3/2-1/2+=7/2-

У скандия впервые из химических элементов появляется валентный 3d+ электрон спин J=+3/2. Этот 3d+ электрон имеет не только круговое вращение вокруг собственной оси, но и орбитальное вращение вокруг второго 4s- электрона имеющего спин J=-1/2.  Кроме того этот 3d+ электрон в не возбуждённом состоянии может вращаться вокруг экваториального не валентного 3р электрона имеющего спин J=-1/2.

 

22 Титан.

 

Ядро изотопа

 титан 48Ti

J=0+ 

макс. валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ti

Электронная оболочка и эл. формула

атома титана Ti [Ar]4s23d2

макс. валентность 4

Схема

эл. оболочки

атома титан

 валентность 4

 

22 Титан - Ti. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов 48Ti (73,99%), 46Ti (7,99%), 47Ti(7,32%), 49Ti(5,46%), 50Ti(5,25%). У самого распространённого изотопа титана 48Ti четвёртый протонно-нейтронный слой сбалансирован ( J = 0+), см. рисунок ниже. Четыре торцевых протона обеспечивают валентность 2, 3, 4. Валентность 2 обеспечивают два торцевых 4s протона.

У титана появляется второй валентный 3d+ электрон спин J=+3/2. Этот второй 3d+ электрон, так же как и у скандия вращается вокруг второго 4s- электрона имеющего спин J=-1/2.  Кроме того эти два 3d+ электрона в не возбуждённом состоянии могут вращаться вокруг второго экваториального не валентного 3р- электрона имеющего спин J=-1/2.

 

23 Ванадий.

 

Ядро изотопа

ванадий 51V

J =-5/2-3/2+1/2 = 7/2-

макс. валентность2

Развёртка протонной

оболочки

ядра V

Электронная оболочка и эл. формула

атома ванадия [Ar]4s23d3

макс. валентность 5

Схема электронной оболочки

атома ванадия валентность 5

 

23 Ванадий – V. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 51V (99,75%) и 51V (0,25%). У ядра изотопа ванадия 51V заканчивается заполнение одного торца валентными 3d+ протонами. Этот торец ядра изотопа ванадия 51V симметричен. Второй торец ядра атома изотопа 51V ванадия не симметричен, поэтому суммарный ядерный спин J =-5/2-3/2+1/2 = 7/2-

Электроны жёстко привязаны к своим протонам электромагнитными связями. Строительство ядра атома происходит параллельно со строительством его электронной оболочки. Электронная оболочка это зеркальное отражение строения ядра атома.

Пять торцевых протонов изотопа ванадия 51V обеспечивают ему валентность 2, 3, 4, 5. Три экваториальных 3р+ протона имеют одинаковый спин 1/2+. Они лежат на «боку» под углом 120 градусов в четвёртом протонном слое и обеспечивают валентность 3, 4, 5. Изначально они не валентны, их экваториальные электроны перпендикулярны оси вращения ядра ванадия.  Первыми в магнитную связь вступают два полярно-торцевые электрона у осевых 4s протонов, обеспечивая валентность 2. Эти осевые электроны вращаются синхронно с ядром ванадия. Им не надо гасить инерцию вращения тяжёлого ядра атома.

У ванадия появляется третий полярный валентный 3d+ электрон спин J=+3/2. Этот третий 3d+ электрон, в валентном состоянии, также вращается вокруг второго 4s- электрона имеющего спин J=-1/2. Кроме того третий 3d+ электрон в не возбуждённом состоянии может вращаться вокруг третьего экваториального не валентного 3р- электрона имеющего спин J=-1/2. Эти три 3d+ электрона обеспечивают переменную валентность  ванадия. Электронная оболочка ванадия зарядово симметрична.

 

24 Хром

 

Ядро изотопа

хром 52Cr

J=0+

 макс. валентность 3

Схема протонной

оболочки

ядра Cr 

Электронная оболочка и эл. формула атома хрома Cr [Ar]4s13d5

макс. валентность 6

Схема электронной

оболочки

атома хрома валентность 6

 

24 Хром – Cr. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа 52Cr (83,76%), 53Cr (9,55%), 50Cr (4,31%), 54Cr (2,98%),. У хрома начинается строительство пятого протонно-нейтронного углеродного кольца.

Хром первый химический элемент, у которого обнаружено нарушение в заполнении электронной оболочки. По теории, электронная оболочка должна выглядеть так: (Аr)4s23d4. Но спектральный анализ показывает такое строение: (Аr)4s13d5. Вместо одного отсутствующего 4s электрона появляется пятый 3d электрон. Почему?

Прежде всего, надо обратить внимание на то, что энергетически 4s электроны и 3d электроны практически идентичны. Что до построения четвёртой 4р оболочки ранее у химических элементов не встречалось. Эта энергетическая равноценность  электронных вихрей вызывает сбои в дальнейшем построении электронных энергетических слоёв.

 

Электронная оболочка хрома валентность 2

Электронная оболочка хрома валентность 3

Электронная оболочка хрома валентность 6

 

Взглянем на рисунок ядра атома хрома, и всё становится ясно! Виновата зарядовая симметрия (J=0+), у ядра атома хрома появился пятый нейтронный слой, на котором можно удобно разместиться протонам. Ни у ванадия, ни у титана нет такой возможности,

поэтому их ядра зарядово не симметричны. А начиная с ядра атома хрома, начинает восстанавливаться  зарядовая симметрия! Для сохранения зарядовой симметрии, у ядра атома хрома, начинается заполнение другого торца ядра валентными 3d+ протонами, имеющими спин J=+3/2.

Поэтому четвёртый валентный 3d+ электрон спин J=+3/2 у атома хрома так же появляется на другой стороне  электронной оболочки у первого 4s+ электрона имеющего спин J=+1/2. Но оба 4s+ и 3d+ электрона имеют осевое однонаправленное вращение, на что указывает положительный + спин.

В возбуждённом состоянии на одном торце электронной оболочки атома хрома сталкиваются два электрона с одинаковой полярностью 4s+ электрон 3d+ электрон. Встречное вращение двух электронов взаимно тормозит их, уравнивая их скорости вращения. И 3d+ электрон выталкивает 4s+ электрон с центральной оси вращения электронной оболочки, и он занимает положение пятого валентного 3d+ электрона.

Поэтому две энергетически одинаковые электронные сферы непроницаемости на одном торце атома хрома занимают две 3d+ зарядово-симметричные позиции. Поэтому с центральной осевой позиции 4s+ протон переходит в более удобную не конфликтную 3d+ позицию.  

Шесть торцевых валентных протонов обеспечивают валентность 2, 3, 6 см рис.

 

25 Марганец.

 

Ядро изотопа

марганец 55Mn

J=5/2-

макс. валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра Mn

Электронная оболочка и эл. формула атома марганца [Ar]4s23d5

макс. валентность

Схема электр-ой оболочки

атома марганца валентность 7

 

25 Марганец – Mn. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 55Mn. Ядро изотопа имеет не симметричное строение спин  J=5/2-. Основные валентные состояния  2, (3), 4, (5), (6), 7. Семь валентных протонов размещаются на торцах ядра атома в соотношении как 3 к 4.

Из рисунков электронных оболочек видно, что у марганца валентные состояния 3, 5, 6 с не симметричной конфигурацией электронов более редкие, чем валентные состояния 2, 4, 7 с симметричной конфигурацией электронов.

Причём теоретическая электронная формула атома марганца [Ar]4s23d5 совпадает с данными спектрального анализа.

В отличие от атома хрома у марганца присутствуют оба 4s электрона.

Почему?

Потому что два 3d+ электрона симметрично толкают и тормозят 4s+ электрон. Разнонаправленное воздействие 3d+ электронов на этот 4s+электрон взаимно гасят друг друга. Этот 4s+ электрон вынужден занимать центрально-осевую позицию.

 

Электронная оболочка атома марганца валентность 2

Электронная оболочка атома марганца валентность 3 редко

Электронная оболочка атома марганца валентность 4

Электронная оболочка атома марганца валентность 5 редко

Электронная оболочка атома марганца валентность 6 редко

Электронная оболочка атома марганца валентность 7

 

26 Железо.

 

Ядро изотопа

железо 56Fe

 J=0+

макс. валентность 8

Развёртка протонной

оболочки

ядра Fe

Электронная оболочка и эл. формула

 атома железа [Ar]4s23d6макс. валентность 8

Схема электр-ой оболочки

атома железо валентность 8

 

26 Железо – Fe. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа 56Fe(91,66%), 54Fe(5,82%), 57Fe(2,19%), 58Fe(0,33%). Восемь протонов симметрично по четверо, размещаются на четвёртом и пятом нейтронном кольце ядра атома железа, объясняют экзотическую предельную валентность железа 8. Четыре валентных протона на торце ядра атома - предельно возможное состояние для химических элементов. Причём центральный S протон, чтобы не тормозить три боковых протона, должен иметь обратное вращение (спин). Изображение ядра см. рис. объясняет его предельную валентность 8 и его химическую инертность к некоторым химическим веществам.

Железо — ферромагнетик, оно легко намагничивается, но теряет магнитные свойства при снятии магнитного поля. С повышением температуры магнитные свойства железа ухудшаются и выше 769°С оно практически не поддается намагничиванию (иногда железо в интервале 769—910°С называют &betta;-Fe); γ-Fe не является магнитным материалом.

 

Электронная оболочка атома железа валентность 0

Электронная оболочка атома железа валентность 2

Электронная оболочка атома железа валентность 3

Электронная оболочка атома железа валентность 4

Электронная оболочка атома железа валентность 6

Электронная оболочка атома железа валентность 8

 

При температуре  769°С  происходит перестройка электронной оболочки атома железа, из обычного шестивалентного оно превращается в восьмивалентное. Одна из пар 3d нейтральных экваториальных электронов при нагревании распаривается и 3d электрон с отрицательным 1/2- спином занимает полярное центрально осевое положение. Вокруг него группируются два 3d электрона с спином 3/2+ и один бывший 4s+ электрон. Два торца электронной оболочки атома железа приобретают зеркальную симметрию. Отсюда возникают немагнитные свойства &betta;-Fe и γ-Fe железа.

 

27 Кобальт.

 

Ядро изотопа

кобальт 59Co

J=7/2-

 макс. валентность 5

Развёртка протонной

оболочки

ядра Co

Электронная оболочка и эл. формула атома кобальта [Ar]4s23d7макс.

валентность 5

Схема электронной оболочки атома кобальт

валентность 5

 

27 Кобальт – Со. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 59Со. Четвёртое углеродное кольцо продолжает  достраиваться у ядра атома кобальта. Вторая пара протонов с противоположными спинами, надёжно залегает в боковом положении, уменьшая предельную валентность кобальта до 5. Ядро изотопа имеет не симметричное строение J=7/2-.

Начиная с кобальта происходит свёртывание валентных 3d+ электронов. Каждый новый 3d- электрон образует устойчивую экваториальную не валентную пару с 3d+ электроном. В электронной оболочке атома эти пары занимают оппозитное положение. При этом понижается валентность последующих химических элементов на единицу.

Fe - 6

Со - 5

Ni - 4

Cu - 3

Zn - 2

У кобальта четыре 3d электрона с противоположными спинами попарно и оппозитно залегают на экваториальных не валентных орбитах, понижая предельно возможную валентность до 5. В валентных связях у кобальта участвуют два 4s электрона и три не парных 3d+ электрона.

 

28 Никель.

 

Ядро изотопа

никель 58Ni

 J=0+

макс. валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ni 

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d8

атома никеля

валентность 4

Схема электронной оболочки

атома никеля валентность 4

 

28 Никель – Ni. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов, самый распространённый 58Ni (67,76%), 60Ni (26,16%), 61Ni (1,25%), 62Ni (3,66%), 64Ni (1,16%). Окончательно достраивается четвёртое углеродное кольцо у никеля., см. рисунок выше.

Шесть 3d электронов с противоположными спинами попарно и оппозитно залегают на экваториальных не валентных орбитах, понижая предельную валентность никеля до 4. В валентных связях у никеля участвуют два 4s электрона и два не парных 3d+ электрона.

 

29 Медь.

 

Ядро изотопа

 медь 63Cu

J = 3/2-

макс. валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Cu

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s13d10

атома меди

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома меди

валентность 3

 

29 Медь – Cu. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа: 63Cu(69,1%) и 65Cu(30,9%).  У ядра изотопа атома 63Cu нет одного торцевого 4s+ протона, его место занимает нейтрон. Такое пространственное распределение зарядов оптимально для 29 протонов и объясняет валентность меди 1, обеспечиваемую одним 4s- протоном. Валентности 2 и 3 обеспечивают два 3d торцевых протона ядра атома.

Один 4s+ протон спешит достроить пятый протонный слой, и он занимает свободное вакантное место 3d+ протона, как у ядра атома цинка. У меди достраивается пятое углеродное кольцо в ядре. Но на одном из торцов ядра пара 3d+ и 3d- протонов, ненадёжно залегает в экваториальном положении, Один из протонов 3d+ помнит своё 4s+ происхождение, обеспечивая меди дополнительную валентность 2 и 3.

У меди в порядке заполнения электронной оболочки обнаружен второй после хрома сбой. Вместо положенной формулы [Ar]4s23d9 данные спектроскопии дают такую электронную формулу [Ar]4s13d10.

У меди, на одном торце электронной оболочки, легко распаривается одна экваториальная инертная 3d пара электронов, содержащая один бывший 4s- электрон, делая медь двух и трёхвалентной.

Восемь 3d электронов с противоположными спинами попарно и оппозитно залегают на экваториальных не валентных орбитах, понижая предельную валентность меди до 3. В валентных связях у меди участвуют только один 4s электрон и два 3d оппозитных электрона с противоположными спинами.

 

Электронная оболочка атома меди валентность 1

Электронная оболочка атома меди валентность 2

Электронная оболочка атома меди валентность 3

 

30 Цинк.

 

Ядро изотопа

цинк  64Zn

J = 0+

макс. валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра Zn

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d10

атома цинка

валентность 2

Схема электронной оболочки. атома цинка

валентность 2

 

30 Цинк – Zn. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов, самый распространённый 64Zn (48,89%), 66Zn (27,81%), 67Zn (4,11%), 68Zn (18,57%), 70Zn (0,62%). У ядра атома цинка полная зарядовая симметрия, см рисунок выше. Две пары протонов продолжают строить пятое углеродное кольцо. Валентность 2 обеспечивают два торцевых 4s протона. Бороться с разворотом в валентное положение торцевых протонов помогают два торцевых стабилизирующих запирающих нейтрона. Этим обеспечивается стабильная валентность цинка 2.

Все десять 3d электронов с противоположными спинами попарно и оппозитно залегают на экваториальных не валентных орбитах, понижая предельную валентность цинка до 2. В валентных связях у цинка участвуют только 4s электроны.

 

31 Галлий.

 

Ядро изотопа

галлий 69Ga

J = 3/2-

макс. валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ga

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d104p1

атома галлия

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома галлия валентность 3

 

31 Галлий – Ga. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 69Ga(60,4%) и 71Ga(39,6%). Ядро галлия с одного торца имеет один стабилизирующий торцевой нейтрон, расположенный около 4р- протона, обеспечивая суммарный ядерный спин J = 3/2- . Строительство пятого углеродного кольца приостанавливается, начинается строительство шестого углеродного кольца.

Запас 3d электронов закончился. На двух 3d электронных орбитах осталось два вакантных места для 4s электронов. Устойчивый фундамент из 3d электронных облаков для 4р электронов возведён. Теперь 4р электроны не могут скатываться на 3d орбиты, все места заняты.

С галлия начинает достраиваться 4р электронный слой-оболочка. Предельную валентность 3 обеспечивает два 4s и один 4р+ электрон.

 

32 Германий.

 

Ядро изотопа

германий 74Ge

J= 0+

макс. валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ge

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d104p2 атома германия

валентность 4

Схема электр-ой оболочки атома германия

валентность 4

 

32 Германий – Ge. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов, самый распространённый 74Ge (36,54%), 70Ge (20,52%), 72Ge (27,43%), 73Ge (7,76%), 76Ge (7,76%). Появляется второй 4р- протон с положительным спином с одного торца ядра атома. Заряд ядра германия 32 чётный, изоспин ядра  J= 0+.

Предельную валентность 4 обеспечивают два 4s и два 4р+ электрона.

 

33 Мышьяк.

 

Ядро изотопа

мышьяк 75As

J = 3/2-

макс. валентность 5

Развёртка протонной

оболочки

ядра As

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d104p3

атома мышьяка

валентность 5

Схема электронной оболочки

атома мышьяка

валентность 5

 

33 Мышьяк – As. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 75As. Появляется третий 4р+ протон с положительным спином с одного торца ядра атома.

Из таблицы периодической системы протонной структуры ядер 120 химических элементов можно заметить и сделать следующий вывод: Все три 4р+ протона с положительным спином появляются только со стороны 4s- протона с отрицательным спином. И наоборот все три 4р- протона с отрицательным  спином появляются только со стороны 4s+ протона с положительным спином.

Физический смысл происходящего: спин-спиновые взаимодействия протонов в ядре атома. Происходит стихийное самосогласование вращений протонных вихрей. Центральный-полярный 4s протонный вихрь вращается «попутно» 4р протонным  вихрям.

Предельную валентность 5 обеспечивают два 4s и три 4р+ электрона.

 

34 Селен.

 

Ядро изотопа

селен 80Se

 J =0+

макс. валентность 6

Развёртка протонной

оболочки

ядра Se

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d104p4

 атома селена

валентность 6

Схема электронной оболочки

атома селена

валентность 6

 

34 Селен – Se. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 80Se (49,82%),  74Se (0,87%),  76Se (9,02%), 77Se (7,58%), 78Se (23,52%), 82Se (9,19%). Один торец ядра полностью насыщен 4 шт. валентными протонами.  Судя по валентности, на другом торце его ядра появляется первый 4р- протон с отрицательным спином. Начинается строительство седьмого углеродного кольца. Стихийная самоорганизация начинает восстанавливать зарядовое равновесие.

В химических соединениях селен обычно проявляет валентность 2, 4, 6. Предельную валентность 6 обеспечивают два 4s и три 4р+ электрона и один 4р- электрон.

 

35 Бром.

 

 

Ядро изотопа

бом 79Br

J = 3/2-

валентность7

Развёртка протонной

оболочки

ядра Вr

Электронная оболочка и эл. формула [Ar]4s23d104p5

атома брома

 валентность 7

Схема электр-ой оболочки атома брома

валентность 7

 

35 Бром – Br. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 79Br (50,537%),  81Br (49,463%). Появляется второй 4р- протон в седьмом строящимся углеродном слое.

Предельную валентность 7 обеспечивают два 4s и три 4р+ электрона и два 4р- электрона.

.

36 Криптон.

 

Ядро изотопак

криптон 84Kr

J = 0+

валентность 0

Развёртка протонной

оболочки

ядра Kr

Электронная оболочка и эл. формула [Ar] 4s23d104p6

атома криптона

валентность 0

Схема электронной оболочки атома криптона

валентность 0

 

36 Криптон – Kr. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 84Kr (56,90%),  78Kr (0,354%), 80Kr (2,27%), 82Kr (11,56%), 83Kr (11,55%), 86Kr (17,37%).

У изотопа 84Kr на торцах ядра атома располагаются два протонных кольца, состоящих из 4р+/- протонов. Это самый устойчивый и самый распространённый в природе изотоп криптона (56,9%). У 86Kr магическое число нейтронов - 50, но он менее распространён в природе, всего 17,37% по сравнению с 84Kr и распространённостью в природе 56,90%. Так что его магический статут сомнителен.

Шестое и седьмое протонное кольцо одновременно достраивается у криптона. Третий 4р- протон заканчивает строительство седьмого протонного кольца. А два 4s  протона прочно залегают в пятом углеродном 3d кольце, заполняя его протонами полностью.

 

n

3d

2p

3s

3p

3d

4p

4p

3d

3p

2s

2p

3d

n

n

4s

2p

1s

3p

3d

4p

4p

3d

3p

3s

2p

3d

n

n

3d

2p

2s

3p

3d

4p

4p

3d

3p

1s

2p

4s

n

Сечение электронной оболочки атома криптона

Порядок заполнения протонной болочки ядра атома криптона.

Электронная оболочка атома криптона вал-сть 2

 

Формально инертный криптон может проявлять валентность 2. Это говорит о том, что два 4s протона в ядре имеют возможность разворачиваться из экваториального положения в полярное валентное положение. Значит, последние торцевые 4р протонные слои, у изотопов криптона, не достроены в них не хватает по одному нейтрону. Эти нейтроны занимают центрально осевые позиции.

Для криптона известны чуть более десятка соединений (в основном это комплексы дифторида криптона KrF2). Недавно список криптонсодержащих молекул пополнился двумя соединениями — HKrCN и HKrF.

При этом электронная оболочка криптона образует четыре замкнутых энергетических слоя по 6 электронов в слое, а в третьем электронном слое сразу 18 электронов. Все 36 электрона четырёх электронных слоев вступают в магнитную связь между собой, образуя  6 цугов по 4 электрона в каждом цуге, и закладывается фундамент для 12 боковых 3d цугов.

 

37 Рубидий.

 

Ядро изотопа

рубидий 85Rb

J = 5/2-

макс. валентность 1

Развёртка протонной

оболочки

ядра Rb

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]5s1

атома рубидия

макс. валентность 1

Схема электронной оболочки атома рубидия

валентность 1

 

37 Рубидий – Rb. Химический элемент с нечётным зарядом имеет один стабильный изотоп 85Rb(72,15%) и один радиоактивный изотоп 87Rb(27,85%) с периодом полураспада 5х1010лет. Спин J = 5/2- говорит о нецентральном положении 5s- протона.

Вывод: непарные s протоны всегда на торце ядра атома  занимают нецентральноосевое положение.

Физический смысл происходящего: первый одиночный s протон вносит дисбаланс в симметричное ядро инертного атома и центробежные силы при вращении неизбежно отбрасывают его на край торца ядра.

Как только появляется второй s протон, с оппозитного торца ядра атома, симметрия восстанавливается, что мы видим на примере следующего элемента Sr стронция.

 

38 Стронций.

 

Ядро изотопа

стронций 88Sr

J = 0+

 макс. валентность 2

Развёртка

протонной

оболочки

ядра Sr

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]5s2

атома стронция

макс. валентность 2

Схема электронной оболочки

атома стронция валентность 2

 

38 Стронций – Sr. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа, самый распространённый 88Sr (82,56%),  84Sr (0,56%),  86Sr (9,86%),  87Sr (7,02%). Изотоп стронция 88Sr тоже обладает магическим статутом, у него 50 нейтронов.

Два торцевых валентных 5s электрона обеспечивают стронцию стабильную валентность 2.

 

Сечение электронной оболочки атома стронция Sr

 

39 Иттрий.

 

Ядро изотопа

иттрий 89Y

J = 1/2-

макс. валентность+3

Развёртка

протонной

оболочки

ядра Y

Электронная оболочка и

эл. формула [Kr]4d15s2

атома иттрия

макс. валентность 3

Схема электронной оболочки.

атома иттрия валентность 3

 

39 Иттрий – Y. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 89Y.

С иттрия начинается строительство «фундамента» для 5р электронных сфер непроницаемости. Между 5р электронными сферами может свободно разместиться шесть парных 4d электронных орбит.

Так появляется первый 4d+ протон. Суммарный спин ядра J = 1/2- обеспечивается тем, что сфера непроницаемости 4d+ электрона имеет примерно одинаковый размер с торцевой 5s+ сферой  непроницаемости. Сфера непроницаемости 4d+ электрона мешает занять центрально осевое положение 5s+ сфере  непроницаемости. Они, 4d+ и 5s сферы непроницаемости занимают симметричное положение относительно оси  вращение ядра изотопа. И 5s+ электрон стягивает 5s+ протон с центрально осевого положения со спином J = 1/2+ в позицию со спином J = 3/2+. Оставшийся в одиночестве другой 5s- протон обеспечивает ядру изотопа 89Y  спин J = 1/2-.

Два торцевых валентных 5s электрона и один 4d электрон обеспечивают иттрию валентность 3.

 

40 Цирконий.

 

Ядро изотопа

цирконий 90Zr

 J = 0+

макс. валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Zr

Электронная оболочка и

эл. формула [Kr]4d25s2

атома циркония

макс. валентность 4

Схема эл.онной оболочки атома циркония валентность 4

 

40 Цирконий – Zr. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов, самый распространённый 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,40%), 96Zr (2,80%). У циркония появляется второй 4d+ протон. Суммарный спин ядра  J = 0+.

Предельная валентность 4 циркония обеспечивается двумя 5s электронами и двумя 4d+ электронами.

 

электронная оболочка

 атома циркония валентность 2

электронная оболочка

 атома циркония валентность 3

электронная оболочка

 атома циркония валентность 4

 

41 Ниобий.

 

Ядро изотопа

ниобий 93Nb

 J = 9/2+

макс. валентность 5

Развёртка протонной

оболочки

ядра Nb

Электронная оболочка и

эл. формула [Kr]4d45s1

атома ниобия

макс. валентность 5

Схема электронной оболочки

атома ниобия

валентность 5

 

41 Ниобий – Nb. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 93Nb. У ниобия появляется третье, после хрома и меди, нарушение в строительстве электронной оболочки. Спектральный анализ показывает электронную  формулу 5s14d4, а по теории должно быть 5s24d3. Вместо двух 5s электронов у ниобия обнаружен только один 5s электрон.

Почему?

Электроны 5s и 4d имеют практически одинаковую энергию и геометрические размеры сфер непроницаемости, см. таблицу квантования геометрических размеров электронных оболочек 120 химических элементов. У них практически одинаковый радиус сфер непроницаемости и они находятся на практически одинаковом расстоянии от ядра атома. Поэтому, когда появляется третий 4d+ электрон, он предпочитает не тесниться  вчетвером на одном торце ядра атома ниобия.  Этот электрон стремится восстановить зарядовую симметрию 5р электронной оболочки. Жёстко прикреплённый к нему 4d+ протон появляется на противоположном  торце ядра атома. Две сферы непроницаемости 5s+ и 4d+ электронов с одинаковой энергией и одинаковым спином конкурируют за центрально осевое положение 5s+ электрона. В результате оно остаётся вакантным, а 5s+ электрон переходит на 4d+ орбиту.

 

электронная оболочка

атома ниобия валентность 2

электронная оболочка

атома ниобия

валентность 3

электронная оболочка

атома ниобия валентность 4

электронная оболочка

атома ниобия валентность 5

 

Как у меди и хрома два валентных торцевых электрона ниобия занимают симметричное положение относительно оси вращения ядра атома. При этом 5s+ электрон стягивает 5s+ протон с центрально осевого положения со спином J = 1/2+ в позицию с спином J = 3/2+. Оставшиеся два не сбалансированных 4d+ протона и один центрально осевой 5s- протон  обеспечивает ядру изотопа 93Nb суммарный ядерный спин J = 5/2+ 5/2+ 1/2- = 9/2+.

Предельную валентность ниобия 5 обеспечивают один 4s и четыре 4р+ электрона.

 

42 Молибден.

 

Ядро изотопа молибден98Mo

 J = 0+ макс. валентность 6

Развёртка

протонной

оболочки

ядра Mo

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]4d55s1

атома молибдена

макс. валентность 6

Схема электронной оболочки атома молибдена

валентность 6

 

42 Молибден – Мо. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 98Мо (23,75%), 92Мо (15,86%), 94Мо (9,12%), 95Мо (15,7%), 96Мо (16,5%), 97Мо (9,45%), 100Мо (9,62%).

Точно такая же ситуация как у меди и хрома складывается  и у молибдена.  Две сферы непроницаемости 5s+ и 4d+ электронов с одинаковой энергией и одинаковым спином конкурируют за центрально осевое положение 5s+ электрона на одном торце ядра атома. В результате оно остаётся вакантным. И мы видим нарушение в строительстве электронной оболочки 5s14d5, а должно быть 5s24d4. Вместо двух 5s электронов у молибдена обнаружен только один 5s электрон. Молибден может принимать валентность 2, 3, 4, 5, 6, но наиболее распространённая валентность 3 и 6. Предельную валентность молибдена 6 обеспечивают один 4s и пять 4р+ электрона.

.

Электронная оболочка атома молибдена

валентность 3

Электронная оболочка атома молибдена

валентность 6

 

43 Технеций.

 

Ядро изотопа

технеций 97Tc

J = 9/2+

 макс. валентность 7

Развёртка

протонной

оболочки

ядра Tc

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]4d55s2

атома технеция

макс.валентность 7

Схема электронной оболочки

 атома технеция валентность 7

 

43 Технеций – Тс. Химический элемент с нечётным зарядом не имеет стабильного изотопа. Суммарный спин ядра изотопа 97Тс  J = 9/2+ указывает, что оставшиеся два не сбалансированных 4d+ протона и один центрально осевой 5s- протон  обеспечивает ядру самого долгоживущего изотопа  97Тс суммарный спин J = 5/2+ 5/2+ 1/2-.= 9/2+.

Отсутствие стабильного изотопа у технеция можно объяснить концентрацией шести протонов одного спина на одном торце ядра. Что является противоестественным явлением.

Максимальная валентность 7, но наиболее распространённая валентность 6. Потому что 5s+ электрон и дав 4d+ электрона на одном из торцов электронной оболочки, одной полярности, и тормозят, мешают друг другу нормально вращаться. Восстанавливается обычный порядок  строительства электронной оболочки. Видимо, при одновременной конкуренции трех электронных сфер непроницаемости одной полярности этим достигается оптимальный зарядовый баланс.

 

44 Рутений.

 

Ядро изотопа

рутений 102 Ru

J = 0+ макс.

валентность 8

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ru

Электронная оболочка и

эл. формула [Kr]4d75s1

атома рутения

макс.валентность 8

Схема электронной оболочки

атома рутения валентность 8

 

44 Рутений – Ru. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 102Ru (31,61%), 96Ru (5,51%), 98Ru (1,87%), 99Ru (12,72%), 100Ru (12,61%), 101Ru (17,07%), 104Ru (18,58%). Один из торцов ядра рутения имеет строение как у технеция. Второй торец ядра имеет строение как у атома железа.

Наиболее характерная валентность 3 и 4, но экстремальная валентность 8, как у железа. Две пары электронов со спинами + и - симметрично попарно залегают на экваторе и перестают быть валентными. Оставшиеся четыре электрона симметрично перераспределяются по торцам ядра атома рутения. Но с одного торца не хватает одного  5s- электрона. Его место оспаривают два 4d+ электрона, в результате оно остаётся вакантным. И снова в электронной оболочке у рутения обнаруживается нарушение 5s14d7, а должно быть 5s24d6.

RuO4 – очень интересное соединение. В обычных условиях это золотисто-желтые иглообразные кристаллы, которые уже при 25°C плавятся, превращаясь в коричнево-оранжевую жидкость со специфическим запахом, похожим на запах озона. При соприкосновении с малейшими следами большинства органических веществ четырехокись рутения моментально взрывается. Свойство взрываться RuO4 говорит об огромной скрытой энергии, потребовавшейся для получения этой 8 валентности.

 

Электронная оболочка атома рутения валентность 0

Электронная оболочка атома рутения валентность 2

Электронная оболочка атома рутения валентность 3

Электронная оболочка атома рутения валентность 4

 

Поэтому в таблице периодической системы протонной структуры ядер 120 химических элементов приводится вторая более естественная +6 валентная форма рутения, соответствующая спектральному анализу. При этой валентности одна пара протонов 5s- и 4d+ лежащие на одной вращательной оси, залегают в экваториальном положении, и более не участвует в валентных связях.

 

Электронная оболочка атома рутения валентность 6

Электронная оболочка атома рутения валентность 7

Электронная оболочка атома рутения валентность 8

 

45 Родий.

 

Ядро изотопа

родий 103Rh

J = 1/2-

макс. валентность 6

Развёртка

протонной

оболочки

ядра Rh

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]4d85s1

атома родия

макс.валентность 6

Схема электронной оболочки

атома родия

валентность 6

 

45 Родий – Rh. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 103Rh. Суммарный спин ядра  J = 1/2-  указывает на отсутствие с одного торца ядра 5s+ протона. Один из торцов ядра родия имеет строение как у технеция и рутения.

О существовании соединений шестивалентного родия в литературе сообщалось неоднократно, однако окончательно это до сих пор не установлено. Наиболее распространённая валентность родия 4.

Высшую степень окисления +6 родий проявляет в гексафториде RhF6, который образуется при прямом сжигании родия во фторе. Соединение неустойчиво. Спектральный анализ показывает нарушение в строительстве электронной оболочки 5s14d8, а должно быть 5s24d7. Вместо двух 5s электронов у родия обнаружено только один 5s электрон. Две сферы непроницаемости 5s+ и 4d+ электронов с одинаковой энергией и одинаковым спином конкурируют за центрально осевое положение 5s+ электрона на одном торце ядра атома.

 

46 Палладий.

 

Ядро изотопа

палладий 106Pd

J = 0+

валентность 6

Развёртка протонной

оболочки

ядра Pd

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]4d105s0

атома палладия

макс. валентность 6

Схема электронной оболочки атома палладия

валентность 6

 

46 Палладий – Pd. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 106Pd (27,33%), 102Pd (0,96%),  104Pd (10,97%), 105Pd  (22,33%), 108Pd (26,71%), 110Pd (11,81%). У ядра изотопа палладия 106Pd полная зарядовая зеркальная симметрия строения торцов.

Наиболее распространённая валентность палладия 2 и 4 максимально возможная 6. У палладия спектральный анализ вообще не обнаружил 5s электронов и его электронная формула [Kr]4d105s0. Такое явление возникло из за того что ядро палладия стремится к зарядовой симметрии. Торцы ядра достраиваются протонами равномерно, а не по очереди, сначала один торец потом другой торец.

На каждом торце ядра атома палладия в последних протонных кольцах по пять протонов, из них по два протона парных не валентных, «залёгших» навсегда в экваториальной ориентации. Оставшиеся  протоны по три на каждом торце ядра атома обеспечивают палладию максимально возможную валентность 6. Эта «лямур де труа», любовь втроем, настолько сильна, что сталкивает 5s протоны из валентного, центрально осевого полярного положение в невалентное, экваториальное 4d положение.

 

Электронная оболочка атома палладия валентность 0

Электронная оболочка атома палладия валентность 2

Электронная оболочка атома палладия валентность 4

 

47 Серебро.

 

Ядро изотопа

серебро107Ag

J = 1/2-

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ag

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]4d105s1

атома серебра

макс. валентность 3

Схема электронной оболочки

атома серебра

валентность 3

 

47 Серебро – Ag. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 107Ag (51,35%), 109Ag (48,65%). Суммарный спин ядра  J = 1/2- указывает на отсутствие с одного торца ядра 5s+ протона. Оставшийся в одиночестве 5s- протон обеспечивает серебру основную валентность 1. На каждом торце ядра по две пары «залёгших» на экваторе не валентных 4d протонов. И два 4d протона не парных, по одному с каждого торца. Эти два 4d протона обеспечивают валентность серебра 2 и 3.

Спектральный анализ показывает электронную формулу у серебра [Kr]4d105s1, что указывает на отсутствие одного 5s электрона в электронной оболочке атома серебра. Это один 4d+ электрон сталкивает 5s+ электрон с полярной осевой орбиты, так как оба электрона имеют положительный спин. Чтобы не конфликтовать и не тормозить друг друга 5s+ электрон занимает 4d+ орбиту.

 

48 Кадмий.

 

Ядро изотопа

кадмий 114Cd

J = 0+

валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра Cd

Электронная оболочка и

эл. формула [Kr]4d105s2

атома кадмия

макс. валентность 2

Схема электронной оболочки

атома кадмия

валентность 2

 

48 Кадмий – Cd. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 114Cd (28,86%), 106Cd (1,215%), 108Cd (0,875%), 110Cd (12,39%), 111Cd (12,75%), 112Cd (24,08%), 116Cd (7,58%). Достроено седьмое протонное кольцо.

С 5s электронами всё в порядке, все в наличии. Они обеспечивают устойчивую валентность 2. Десять 4d электронов создали надёжный фундамент для 5р электронов, заполнив пустующие промежутки между будущими 5р электронными облаками сферами непроницаемости.

Предельную валентность кадмия 2 обеспечивают два 5s электрона.

 

49 Индий.

 

Ядро изотопа

индий 115In

J= 9/2+ макс. валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра In

Электронная оболочка и эл. формула [Kr]5s24d105p1

атома индия

макс. валентность 3

Схема электронной оболочки

 атома индия

валентность 3

 

49 Индий – In. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 113In. Начинается строительство десятого углеродного слоя - 5р протонной оболочки ядра и заполнение первым 5р+ электроном электронной 5р оболочки. Суммарный спин ядра изотопа 113In  J=5/2+3/2+1/2+ = 9/2+, что указывает на не симметричное расположение 5s протонов. Один 5s протон занимает не центрально осевое положение, его спин  J=3/2+.

Предельную валентность индия 3 обеспечивают два 5s и один 5р+ электрон.

 

50 Олово.

 

Ядро изотопа

олово 120Sn

J = 0+ макс. валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Sn

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr]5s24d105p2

 атома олова

макс. валентность 4

Схема электронной оболочки

атома олова валентность 4

 

50 Олово – Sn. Химический элемент с чётным зарядом имеет десять стабильных изотопов! Олово рекордсмен по числу устойчивых изотопов, самый распространённый 120Sn (32,97%), 112Sn (0,95%), 114Sn (0,65%), 115Sn (0,34%), 116Sn (14,24%), 117Sn (7,57%), 118Sn (24,01%), 119Sn (8,58%), 122Sn (4,71%), 124Sn (5,98%).

В строящемся десятом углеродном слое появляется второй 5р+ электрон. Предельную валентность олова 4 обеспечивают два 5s и два 5р+ электрона.

 

Электронная оболочка атома олова валентность 2

Электронная оболочка атома олова валентность 4

 

51. Сурьма.

 

Ядро изотопа

сурьма 121Sb

J = 5/2+

 валентность 5

Развёртка протонной

оболочки

ядра Sb

Электронная оболочка и эл. формула [Kr]5s24d105p3

атома сурьмы

макс. валентность 5

Схема электронной оболочки атома сурьмы

валентность 5

 

51. Сурьма – Sb. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 121Sb (57,25%), 123Sb (42,75%). В десятом углеродном кольце появляется третий 5р+ электрон.

Предельную валентность сурьме 5 обеспечивают два 5s и три 5р+ электрона.

 

52 Теллур.

 

Ядро изотопа

теллур 130Te

J = 0+

макс. валентность 6

Развёртка протонной

оболочки

ядра Te

Электронная оболочка и эл. формула [Kr]5s24d105p4

атома теллура

макс. валентность 6

Схема электронной оболочки атома теллура

валентность 6

 

52 Теллур – Те. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 130Те (34,48%), 120Те (0,089%), 122Те (2,46%), 124Те (4,61%), 125Те (6,99%), 126Те (18,71%), 128Те (31,79%). Начинается строительство одиннадцатого углеродного кольца, появляется четвёртый 5р- электрон.

Предельную валентность теллура 6 обеспечивают два 5s три 5р+ и один 5р-  электрон.

 

53 Йод.

 

Ядро изотопа

йод 127I

J = 5/2+ макс.

валентность 7

Развёртка протонной

оболочки

ядра I

Электронная оболочка и эл. формула [Kr]5s24d105p5

 атома йода

макс. валентность 7

Схема электронной оболочки атома

йода

валентность 7

 

53 Йод I. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 127I. Появляется пятый 5р-протон  в одиннадцатом протонном слое. Суммарный спин ядра изотопа  127I  J = 5/2+.

Предельную валентность теллура 7 обеспечивают два 5s три 5р+ и два 5р-  электрона.

 

54 Ксенон.

 

Ядро изотопа

ксенон 132Xe

J = 0+ макс. валентность 0

Развёртка протонной

оболочки

ядра Xe

Электронная оболочка

и эл. формула [Kr] 5s24d105p6

атома ксенона

валентность 0

Схема электронной оболочки

атома ксенона

валентность 0

 

54 Ксенон – Xe. Химический элемент с чётным зарядом имеет девять стабильных изотопов, самый распространённый 132Xe (26,89%),  124Xe (0,096%), 126Xe (0,09%), 128Xe (1,919%), 129Xe (26,44%), 130Xe (21,18%), 131Xe (26,89%), 134Xe (10,44%), 136Xe (8,87%).

Шестой 5р- электрон завершает строительство одиннадцатого 5р слоя-оболочки инертного одноатомного газа ксенона. Каждый торец ядра атома ксенона, как и у криптона, заканчивается разряжённым р протонным слоем из трёх р протонов, вместо обычных шести протонов. В торцовых слоях вакантные места трёх протонов занимают два нейтрона, третье место остаётся вакантным. Это вакантное место позволяет разворачиваться в валентное полярное положение 5s протонам, обеспечивая предельную валентность 8, формально инертному газу ксенону. Такая химическая активность газа ксенона объясняется уникальным строением ядра атома.

 

Электронная оболочка атома ксенона

валентность 2

Электронная оболочка атома ксенона

валентность 4

Электронная оболочка атома ксенона

валентность 6

Электронная об-чка атома ксенона

валентность 8

 

 Формально инертный газ ксенон слишком активен, для инертных газов, и реагирует даже при нормальных условиях, демонстрируя чуть ли не все возможные степени окисления (+1, +2, +4, +6, +8).

 

n

4d

n

3d

2p

3s

3p

3d

4p

4d

5p

5p

4d

4p

3d

3p

2s

2p

3d

n

4d

n

 

5s

n

4s

2p

1s

3p

3d

4p

4d

5p

5p

4d

4p

3d

3p

3s

2p

3d

n

4d

n

n

4d

n

3d

2p

2s

3p

3d

4p

4d

5p

5p

4d

4p

3d

3p

1s

2p

4s

n

5s

 

Электронная оболочка инертного газа ксенона

Порядок заполнения протонной оболочки ядра атома ксенона

 

55 Цезий.

 

Ядро изотопа

цезий 133Cs

J = 7/2+ макс.

валентность 1

Развёртка протонной

оболочки

ядра Cs

Электронная оболочка и эл. формула [Xe]6s1

атома цезия

валентность 1

Схема электронной оболочки

атома цезия валентность 1

 

55 Цезий – Cs. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 133Cs. Пятьдесят пятый 6s+ протон не может занять центрально-осевое положение из-за вращения ядра атома. Его откидывает центробежная сила на периферию торца ядра. Об этом говорит суммарный спин ядра атома, равный J = 3/2-1/2+5/2+=7/2+.

Валентный 6s электрон занимает полярную область и обеспечивает цезию валентность 1.

 

56 Барий.

 

Ядро изотопа

барий 138Ba

J =0+ макс.

 валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ba

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]6s2

атома бария

валентность 2

Схема электронной оболочки

атома бария

валентность 2

 

56 Барий – Ва. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 138Ва (71,66%), 130Ва (0,101%), 132Ва (0,097%), 134Ва (2,42%), 135Ва (6,59%), 136Ва (7,81%), 137Ва (11,32%). Следующий пятьдесят шестой 6s- протон  исправляет ситуацию. Между торцевыми валентными протонами устанавливается магнитная связь, и они занимают центрально осевое положение. Суммарный спин J =0+  говорит об этом.

Два полярных 6s электрона обеспечивают барию предельную валентность 2.

 

Сечение электронной оболочки атома бария

 

57 Лантан.

 

Ядро изотопа

лантан 139La  

J = 7/2+ макс. валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра La

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]5d16s2

атома лантана

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома лантана валентность 3

 

57 Лантан – La. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 139La (99,911%). У ядра атома лантана начинается строительство двенадцатого протонного слоя. Суммарный спин ядра изотопа 139La  J = 3/2+1/2-5/2+=7/2+ говорит о том, что на одном из торцов ядра изотопа один  4d+ протон имеет спин J =5/2+, а 6s+ протон имеет спин J =3/2+, т.е. он не занимает осевое положение.

После формирования замкнутой 5р электронной оболочки ксенона начинается строительство шестой электронной оболочки с поочерёдным появлением двух валентных 6s электронных сфер непроницаемости на оси вращения замкнутой оболочки атома ксенона. Так появляются одновалентный химический элемент цезий Cs55 и двухвалентный барий Ba56. Далее идёт традиционное строительство - оболочки лантана La57 как у скандия Sc21 и у иттрия Y39.

Два полярных 6s электрона и один 5d электрон обеспечивают лантану стабильную валентность 3.

 

Электронная оболочка лантана валентность 2

 

58 Церий.

 

Ядро изотопа

церий 140Ce

 J = 0+ макс. валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ce

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f26s2

атома церия

макс. валентность 4

Схема электронной оболочки

 атома церия

валентность 4

 

58 Церий – Се. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа, самый распространённый 140Се (88,48%), 136Се (0,193%), 138Се (0,25%), 142Се (11,07%). У ядра атома церия продолжается строительство двенадцатого протонного слоя. Ещё один валентный протон обеспечивает церию предельную валентность 4.

Спектральный анализ показывает различные варианты строительства электронной оболочки у  церия. Либо (Xe)6s24f2 либо (Xe)6s24f15d1. Это говорит о том, что сфера непроницаемости четвёртого валентного электрона может занимать несколько энергетически удобных положений.

В предыдущем третьем электронном слое-оболочке не было зазора между соседними орбитами 3d электронов. В новом четвёртом электронном слое-оболочке появляется зазор между соседними орбитами 4d электронов. В этом зазоре хватает места для новой энергетически более выгодной орбиты. Так начиная с церия, у атомов появляются орбиты 4f электронов. В этот зазор или щель между орбитами, начиная с церия, проваливаются все последующие новые 5d электроны. Провалившись на более низкий энергетический уровень-орбиту, 5d электрон увеличивает свою энергию связи с протонами ядра и превращается в 4f электрон. Приближение к ядру атома вызывает увеличение скорости вращения электрона и уменьшение радиуса его вращения с 5R до 4R (эффект фигуриста на льду, сводящего раскинутые руки).

Два полярных 6s электрона и два 4f электрона обеспечивают церию предельную  валентность 4.

 

59 Празеодим.

 

Ядро изотопа

празеодим 141Pr

J = 5/2+ макс. валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Pr

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f36s2

атома празеодим

валентность 4

Схема электронной оболочки

атома празеодим

валентность 4

 

59 Празеодим – Pr. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 141Pr.

Если церий Се58 и в меньшей мере празеодим Pr59 ещё показывают переменную валентность 3 и 4 и соответственно в спектре его можно обнаружить линии как 5d так и 4f, то у последующих химических элементов, до европия Eu63 включительно, этого нет.

Валентные d электроны могут вращаться вокруг полярных валентных s электронов группами до трёх электронов с обоих торцов атома. В отличие от валентных d электронов f электроны могут вращаться вокруг полярных валентных s электронов группами не более двух штук и только с одного торца атома.

У  празеодима  залегает  в экваториальное не валентное положение навсегда  третий  4f+ электрон.  Два других 4f+ электрона иногда, при определённых условиях, присоединяются к нему, обеспечивая празеодиму переменную валентность 2, 3, 4.

 

60 Неодим.

 

Ядро изотопа

неодим 142Nd

J = 0+ макс.

валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Nd

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f46s2

атома неодима

валентность 4

Схема электронной оболочки

 атома неодима валентность 4

 

60 Неодим – Nd. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 142Nd (27,11%), 143Nd (12,17%), 145Nd (8,30%), 146Nd (17,22%), 148Nd (5,72%), 150Nd (5,60%), и один долгоживущий изотоп 144Nd (23,83%) с периодом полураспада 5х1015лет.

Ёмкость разрывов между 4d электронными оболочками ограничена шестью экваториальными 4f орбитами с противоположными спинами. Каждая орбита вмещает по два 4f электрона одного спина.

У  неодима  залегает  в экваториальное не валентное положение навсегда  четвёртый  4f+ электрон.  Два других валентных 4f+ электрона, вращающихся на околополярных орбитах, обеспечивают неодиму переменную валентность 2, 3, 4.

 

61 Прометий.

 

Ядро изотопа

прометий145Pm

J = 5/2+ макс. валентность 3

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Pm

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f56s2

атома прометий

валентность 3

Схема электронной оболочки

 атома прометий валентность 3

 

61 Прометий – Pm. Химический элемент с нечётным зарядом не имеет стабильных изотопов, самый долгоживущий изотоп 145Pm имеет период полураспада 17,7 года.  Радиоактивен.

Если у неодима гарантированно залипают на экваторе два не валентных 4f+ электрона, то у прометия надёжно залипает сразу четыре 4f+ электрона, образуя симметричную электронную оболочку.

Предельная  валентность прометия 3 обеспечивают два 6s и один 4f+ электрон.

 

62 Самарий.

 

Ядро изотопа

самарий 152Sm

J = 0+ макс. валентность 3

Развёртка протонной оболочки

ядра Sm

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f66s2

атома самария

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома самария валентность 3

 

62 Самарий – Sm. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 152Sm (26,63%), 144Sm (3,16%), 148Sm (11,27%), 149Sm (13,82%), 150Sm (7,47%), 154Sm (22,52%), и два долгоживущих изотопа 147Sm (15,07%), 146Sm. Начинает строиться тринадцатый протонный слой.

У самария все шесть 4f+ электрона могут залегать на трёх экваториальных не валентных орбитах, обеспечивая симметричную форму строения 4f электронных оболочек, см. рисунок. Вращаться вокруг 6s+ электрона  может один валентный 4f+ электрон, обеспечивая самарию валентность 3, или 2, если 4f электрон выпадает на экватор и становится инертным.

Предельная  валентность самария 3 обеспечивают два 6s и один 4f+ электрон.

 

63 Европий.

 

Ядро изотопа

европий 153Eu

J = 5/2+ макс.

 валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Eu

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f76s2

 атома европия

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома европия валентность 3

 

63 Европий – Eu. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 153Eu (52,18%), 151Eu (47,82%). У европия семь 4f+ электронов. Шесть из них  образуют симметричную, хорошо сбалансированную по зарядам, электронную оболочку атома. Седьмой 4f+ остаётся постоянно в валентном положении, занимая постоянную 4f+ орбиту вращаясь под 6s+ электроном.

Появление седьмой постоянной орбиты 4f+ электрона вызывает «разбухание» электронной оболочки. Разбухание электронной оболочки уменьшает междуатомные связи и вызывает падение температуры плавления европия см на графики ниже.

Предельная  валентность европия 3 обеспечивают два 6s и один 4f+ электрон.

У s- и p-элементов изменение атомных радиусов как в периодах, так и в подгруппах более ярко, чем у d- и f-элементов, поскольку d- и f-электроны внутренние. Уменьшение радиусов у d- и f-элементов в периодах называется d- и f-сжатием. Следствием f-сжатия является то, что атомные радиусы электронных аналогов d-элементов пятого и шестого периодов практически одинаковы: Zn – Hf 0,160 – 0,159 rатома, нм и Nb – Ta 0,145 – 0,146 rатома, нм.

 

64 Гадолиний.

 

Ядро изотопа

гадолиний158Gd

J = 0+ макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

 ядра Gd

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f75d16s2

атома гадолиния

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома гадолиния валентность 3

 

64 Гадолиний – Gd. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 158Gd (24,87%),154Gd (2,15%), 155Gd (14,73%), 156Gd (20,47%), 157Gd (15,68%), 160Gd (21,9%) и два долгоживущих изотопа 152Gd (0,20%), 150Gd.  У гадолиния уникально высокое сечение захвата 46000барн, а у изотопа 157 150000барн. Он ферромагнетик более сильный, чем никель и кобальт. Эти уникальные свойства становятся понятны, если внимательно приглядеться к строению изотопа гадолиния 158Gd  и его электронной оболочки. Два его торцевых валентных 6s протона возвышаются над торцами с явным дефицитом нейтронов, обеспечивая свободные магнитные площадки для  захвата пролетающих мимо нейтронов и протонов. На положительном магнитном торце ядра  изотопа  6  вакантных  мест  для  нуклонов,  на  отрицательном  магнитном  торце ещё 6 вакантных мест для захвата нуклонов.  Два магнитно несбалансированных седьмой 4f+  и один 5d+ протона с их электронами обеспечивают высокие ферримагнитные свойства.

Гадолиний имеет нарушение в порядке заполнения электронной оболочки, вместо  (Хе)6s24f8 у гадолиния появляется один электрон на  5d оболочке и электронная оболочка выглядит так: (Хе)6s24f75d1.

Постоянная валентность 3 обеспечивается  двумя 6s электронами и 5d+  электроном.

Они, 5d электроны, не могут появляться, пока не заполнен хотя бы один разрыв между будущими 6р электронными облаками.

Но ёмкость разрывов между 4р электронными оболочками  ограничена шестью 4d+ орбитами, по три орбиты с каждого торца электронного облака с одинаковым спином J=1/2. У изотопа гадолиния 158Gd происходит полное заполнение шести позиций со спином J=1/2, седьмой валентный 5d+ электронный вихрь залип на 6s- электронном вихре, обеспечивая валентность 3.

 

Зависимость орбитального радиуса (радиуса внешних орбиталей) f-элементов 6-го периода от заряда ядра.

Из графика металлических радиусов видно, что лантаноиды, проявляющие валентность 2, европий и иттербий, имеют максимальные радиусы, и минимальную

температуру плавления.

 

65 Тербий.

 

Ядро изотопа

тербий 159Tb

J = 3/2+ макс.

валентность 4

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Tb

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f96s2

атома тербия

валентность 4

Схема электронной оболочки

атома тербия

валентность 4

 

65 Тербий – Tb. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 159Tb. Стабилизационный нейтрон, около 6s протона, придаёт ядру изотопу тербия 159Tb суммарный ядерный спин J = 3/2+.

Последующие электронные оболочки химических элементов №№ 65-70 достраиваются только электронами с отрицательным спином -1/2. У тербия переменная валентность 3, 4, тоже возникает из-за наличия на торцах ядра атома двух 4f протонов со спинами (+) и (-). Из девати 4f электронов восемь электронов симметрично намертво «залегли» на экваториальных орбитах и перестали быть валентными.

Предельную  валентность тербия 4 обеспечивают два 6s и два 4f электрона.

 

66 Диспрозий.

 

Ядро изотопа

диспрозий164Dy

 J = 0+ макс.

валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Dy

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f106s2

атома диспрозия

валентность 4

Схема электронной оболочки

атома диспрозия

валентность 4

 

66 Диспрозий – Dy. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 164Dy (28,18%), 156Dy (0,0524%), 158Dy (0,0902%), 160Dy (2,294%), 161Dy (18,88%), 162Dy (25,53%), 163Dy (24,97%). Начинается строительство четырнадцатого протонного слоя.

У диспрозия переменная валентность 3, 4,  возникает из-за наличия на торцах ядра атома двух 4f протонов со спинами (+)  и (-) и двух 6s протонов. Симметрия, однако! Из десяти 4f электронов восемь электронов симметрично намертво «залегли» на экваториальных орбитах и перестали быть валентными.

Предельную  валентность диспрозия 4 обеспечивают два 6s и два 4f электрона.

 

67 Гольмий.

 

Ядро изотопа

гольмий 165Ho

J = 7/2- макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Ho

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f116s2

атома гольмия

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома

валентность

 

67 Гольмий – Но. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 165Но.

Из одиннадцати 4f электронов  у гольмия  десять электронов симметрично намертво «залегли» на экваториальных орбитах и перестали быть валентными. Симметрия, однако!

Избыточный «лишний» для симметрии одиннадцатый 4f+ электрон и два 6s электрона обеспечивают стабильную валентность гольмия 3.

 

68 Эрбий.

 

Ядро изотопа

эрбий 166Er

J = 0+ макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Er

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f126s2

атома эрбия

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома эрбия

валентность 3

 

68 Эрбий – Er. Химический элемент с чётным зарядом имеет шесть стабильных изотопов, самый распространённый 166Er (27,07%), 162Er (0,136%), 164Er (1,56%), 167Er (22,94%), 168Er (27,07%), 170Er (14,88%).   Закончено строительство десятого протонного слоя.

Двенадцатый, не спаренный 4f+ электрон и два 6s электрона, обеспечивают стабильную валентность эрбию 3.

 

69 Тулий.

 

Ядро изотопа

тулий 169Tm

J=1/2+ макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Tm

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f136s2

 атома тулия

валентность 3

Схема электронной оболочки

атома тулия

валентность 3

 

69 Тулий – Tu. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 169Tu. Суммарный ядерный спин туллия J=1/2+ указывает на отсутствие одного 6s- протона на оси вращения ядра атома. Как натрий, калий, рубидий, изотоп тулия имеет на торце ядра  валентный 6s- протон со смещением от центра симметрии ядра (J = 5/2-). Его уравновешивает тринадцатый 4f- протон и нейтрон. Закончено строительство одиннадцатого протонного слоя. Торцевой 4f+ протон иногда разворачивается в экваториальное не валентное положение, обеспечивая туллию валентность 2, обычная валентность 3.

У тулия шесть 4f- электронов и шесть 4f+ электронов они залипают симметрично попарно над 4d+ орбитами. Образуется  симметричная, хорошо сбалансированная по зарядам электронная оболочка атома. Седьмой 4f+ электрон остаётся постоянно в валентном положении, занимая постоянную 4f+ орбиту вращаясь под 6s+ электроном.

 

70 Иттербий.

 

Ядро изотопа

иттербий174Yb

J = 0+ макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Yb

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f146s2

атома иттербия

 валентность 3

Схема электронной оболочки

атома иттербия

валентность 3

 

70 Иттербий – Yb. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 174Yb (31,84%), 168Yb (0,140%), 170Yb (3,03%), 171Yb (14,31%), 172Yb (21,82%), 173Yb (16,13%), 176Yb (12,73%). У иттербия появляется последний четырнадцатый 4f– протон.

У иттербия семь 4f+ электронов и семь 4f- электронов. Эти двенадцать 4f+ электронов залипают попарно над 4d+ орбитами. Образуется хорошо сбалансированная по зарядам, симметричная электронная оболочку атома. Тринадцатый и четырнадцатый 4f электроны остаются постоянно на полярных орбитах, вращаясь под торцевыми валентными 6s электронами. Но валентным бывает только один 4f+ электрон, вероятно, проявляется небольшая разница в энергиях 4f+ и 4f- электронов.

Появление четырнадцатой постоянной орбиты 4f- электрона вызывает «разбухание» электронной оболочки атома иттербия. Разбухание электронной оболочки уменьшает междуатомные связи и вызывает падение температуры плавления тулия см на графики выше.

Два 4f протона часто симметрично залипают, обеспечивая иттербию валентность 2, обычная валентность 3.

 

71 Лютеции.

 

Ядро изотопа

лютеций175Lu

J = 7/2- макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

 ядра Lu

Электронная оболочка и эл. формула [Xe]4f145d16s2

атома лютеция

 валентность 3

Схема электронной оболочки

атома лютеция валентность 3

 

71 Лютеции – Lu. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 175Lu (97,41%) и один долгоживущий 176Lu (2,59%) с периодом полураспада 2,4х1010 лет. С лютеция начинает застраиваться пятнадцатый протонный 5d слой. Первый 5d- протон появляется со стороны 6s+ протона, обеспечивая совместно с 6s протонами лютецию валентность 3.

У лютеция появляется устойчивая 5d электронная орбита. Получив «обрамление» из 4f  орбит вокруг всего атома 5d электрону более некуда сваливаться. Это единственно возможная для 71 электрона энергетически выгодная орбита.

Предельную  валентность лютецию 3 обеспечивают два 6s и один  5d+ электрон.

 

72 Гафний.

 

Ядро изотопа

гафний 180Hf

J = 0+ макс.

валентность 4

Развёртка протонной

оболочки

ядра Hf

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f145d26s2

атома гафния

валентность 4

Схема электронной оболочки

атома гафния валентность 4

 

72 Гафний – Hf. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов, самый распространённый 180Hf (35,22%), 176Hf (5,21%), 177Hf (18,56%), 178Hf (27,1%), 179Hf (13,75%), и два радиоактивных долгоживущих изотопа 174Hf (0,163%) 182Hf.  Два 5d- протона липнут к 6s+ протону с одного торца ядра атома, обеспечивая  максимальную валентность 4.

Предельную  валентность гафнию 4 обеспечивают два 6s и два  5d+ электрона.

 

73 Тантал.

 

Ядро изотопа

тантал 181Ta

J=7/2+ макс.

валентность 5

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Ta

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f145d36s2

атома тантала

валентность 5

Схема электронной оболочки

атома тантала

валентность 5

 

73 Тантал – Та. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 181Та (99,9877%) и один долгоживущий 180Та (0,0123%). Третий 5d- протон заполняет все вакантные места для 5d- протонов на одном торце ядра атома тантала. Суммарный ядерный спин изотопа тантала 181Ta J = 5/2+3/2+1/2- = 7/2+ указывает на не симметричное строение ядра атома.

Предельную  валентность танталу 5 обеспечивают два 6s и три  5d+ электрона.

 

74 Вольфрам.

 

Ядро изотопа

вольфрам184W

J = 0+ макс.

валентность 6

Развёртка  протонной оболочки

ядра W

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f145d46s2

атома вольфрама

валентность 6

Схема электронной оболочки

атома вольфрама

валентность 6

 

74 Вольфрам – W. Химический элемент с чётным зарядом имеет пять стабильных изотопов, самый распространённый 184W (30,64%), 180W (0,135%), 182W (26,41%), 183W (14,4%), 186W (28,41%). У вольфрама начинает застраиваться 5d+ протонами второй торец ядра атома. 

Предельную  валентность вольфраму 6 обеспечивают два 6s и четыре 5d+ электрона.

 

75 Рений.

 

Ядро изотопа

рений 187Re

J = 5/2+ макс.

валентность 7

Развёртка протонной

оболочки

ядра Re

Электронная оболочка и эл. формула [Xe]4f145d56s2

атома рения

валентность 7

Схема электронной оболочки

атома рения

валентность 7

 

75 Рений – Re. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 185Re(37,07%) и один долгоживущий 187Re(62,93%) с периодом полураспада 1011лет. Суммарный ядерный спин изотопа рений 187Re J = 5/2+ указывает на не симметричное строение ядра атома.

В валентных связях могут принимать участие два 6s протона на торцах ядра и пять 5d протонов, Торцевые 5d протоны могут занимать две разные осевые ориентации, инертную экваториальную или валентную приполярную, обеспечивая разную валентность рению от 3 до 7. Валентность 1 и 2 обеспечивают 6s протоны, а валентности 3, 4, 5, 6, 7 обеспечивают 5d протоны. Если ось вращения протона параллельна оси вращения ядра атома, то он валентный, если ось вращения протона перпендикулярна оси вращения ядра атома, то он инертный.

Предельную валентность рению 7 обеспечивают два 6s и пять 5d+ электрона.

 

76 Осмий.

 

Ядро изотопа

осмий 192Os

J = 0+ макс.

 валентность 8

Развёртка протонной

оболочки ядра Os

Электронная оболочка и эл. формула [Xe]4f145d66s2

атома осмия

валентность 8

Схема электронной оболочки.

атома осмия

валентность 8

 

76 Осмий – Os. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый 192Os (41,0%), 184Os (0,018%), 186Os (1,59%), 187Os (1,64%), 188Os (13,3%), 189Os (16,1%), 190Os (26,4%). Как железо, рутений и хассий, осмий может быть в редком, предельно возможном восьмивалентном состоянии. В этом ему помогает шестой, с противоположным спином 5d+ протон.

Электрон этого протона, имея противоположное вращение, строит вокруг себя тройку валентных электронов два 5d+ электрона и один 6s+ протон.

Предельную валентность осмию 8 обеспечивают два 6s пять 5d+ электрона и один 5d- электрон.

 

77 Иридий.

 

Ядро изотопа

иридий 193Ir

J = 3/2+ макс.

 валентность 6

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Ir

Электронная оболочка

и эл. формула [Xe]4f145d76s2

атома иридия

валентность 6

Схема электронной оболочки.

атома иридия валентность 6

 

77 Иридий – Ir. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 193Ir (62,7%) и 191Ir (37,3%). Перегруженная валентными торцевыми протонами система зарядов начинает упрощаться. Три 5d- протона иридия навсегда залегают в экваториальной не валентной ориентации.

Связанные с ними электроны повторяют их ориентацию. Эти три 5d+ электрона имеют спин одного знака с 6s+ электроном. При контактах они тормозятся об 6s+ электрон и не могут удержаться в валентном приполярном положении. Им энергетически более выгодно находиться на экваториальной не валентной орбите.

Предельную валентность иридию 6 обеспечивают два 6s три 5d+ электрона и один 5d- электрон.

 

78 Платина.

 

Ядро изотопа

платина 195Pt

J = 1/2- макс.

 валентность 6

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Pt

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]4f145d96s1

атома платины

валентность 6

Схема электронной оболочки атома платины

валентность 6

 

78 Платина – Pt. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа, самый распространённый 195Pt (33,8%), 194Pt (32,9%), 196Pt (25,2%), 198Pt (7,19%) и два долгоживущих изотопа 190Pt (0,0127%), и 192Pt (0,78%). Суммарный ядерный спин J = 1/2- изотопа платина 195Pt указывает на отсутствие центрально осевого 6s протона на одном из торцов ядра.

Это вызывает нарушение в строении электронной оболочки платины, отсутствует один  6s электрон, и дополнительно вместо него появляется лишний 5d электрон. Из схемы строения электронной оболочки атома платины видно, что такое расположение электронов, на пятом энергетическом уровне, наиболее симметрично.

Предельную валентность платины 6 обеспечивает один 6s и пять 5d+ электронов.

 

79 Золото.

 

Ядро изотопа

золото 197Au

J = 3/2+  макс.

валентность 3

Развёртка протонной

оболочки

ядра Au

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]4f145d106s1

атома золота

валентность 3

Схема электронной оболочки

 атома золота

 валентность 3

 

79 Золото – Au. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один стабильный изотоп 197Au. Суммарный ядерный спин J = 3/2+ изотопа платина золото 197Au указывает на отсутствие одного нейтрона на одном из торцов ядра.

Спектральный анализ показывает электронную формулу у золота [Xe]4f145d106s1, что указывает на отсутствие одного 5s электрона в электронной оболочке атома золота. Это один 5d+ электрон сталкивает 6s+ электрон с полярной осевой орбиты, так как оба электрона имеют положительный спин. Чтобы не конфликтовать и не тормозить друг друга 6s+ электрон занимает 5d+ орбиту.

Предельную валентность золота 3 обеспечивает один 6s- и два 5d+ электрона.

 

80 Ртуть.

 

Ядро изотопа

ртуть 202Hg

J = 0+ макс.

 валентность 2

Развёртка протонной

оболочки

ядра Hg

Электронная оболочка и

 эл. формула [Xe]4f145d106s2

атома ртути

валентность 2

Схема электронной оболочки

атома ртути  

валентность 2

 

80 Ртуть – Hg. Химический элемент с чётным зарядом имеет семь стабильных изотопов, самый распространённый  202Hg (29,8%), 196Hg (0,146%), 198Hg (10,02%), 199Hg (16,84%), 200Hg (23,13%), 201Hg (13,22%), 204Hg (6,85%). Одновременно заканчивается строительство двух нейтронных «гаек» слоёв-оболочек -  шестнадцатой и семнадцатой. В валентных связях участвуют только два 6s торцевых протона. Максимальная валентность 2 обеспечивают два 6s электрона.

Но в особых условиях при температуре 4оК, полярные 6s электроны опускаются на более низкую 5s орбиту и появляется возможность возбудить глубоко лежащие 4f  электроны, что приводит к возможности существования соединений ртути с экстремальной валентностью 4. Так, кроме малорастворимого Hg2F2 и разлагающегося водой HgF2 существует и HgF4, получаемый при взаимодействии атомов ртути и смеси неона и фтора при температуре 4оК.

Ртуть – диамагнетик, как инертные газы, графит ит.д. Диамагнетизм говорит о том,  что электронная оболочка у ртути имеет аналогичное строение, как у инертных газов и графита. Видимо, валентные торцевые 6s протоны легко разворачиваются на бок, в экваториальное инертное положение. В результате 6s электроны не проявляют энтузиазма к участию в образовании кристаллической решетки, и при обычных условиях  ртуть - жидкость.

 

Электронная оболочка атома ртути валентность 4

Развёртка протонной

оболочки ядра Hg

 

81 Таллий.

 

Ядро изотопа

таллий 205Tl

J = 1/2+ макс.

 валентность 3

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Tl

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]4f145d106s26p1

атома таллия

валентность 3

Схема электронной оболочки

 атома таллия

валентность 3

 

81 Таллий – Tl. Химический элемент с нечётным зарядом имеет два стабильных изотопа 205Tl (70,50%) и 203Tl (29,50%). С таллия начинают заполняться 6р вакантные места в торцевых «нейтронных гайках». Суммарный спин ядра J = 1/2+ говорит о том, что на одном торце ядра 6s протон не занимает центрально осевое положение, 6s и 6р протоны занимают оппозитное положение, и суммарный спин ядра определяется центрально осевым 6s протоном.

Предельную валентность таллия 3 обеспечивает два 6s и один  6р+ электрон.

 

82 Свинец.

 

Ядро изотопа

свинец 208Pb

J = 0+ макс.

валентность 4

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Pb

Электронная оболочка и эл.

формула [Xe]4f145d106s26p2

атома свинца

валентность 4

Схема электронной оболочки

атома свинца

валентность 4

 

82 Свинец – Pb. Химический элемент с чётным зарядом имеет четыре стабильных изотопа, самый распространённый 208Pb (52,3%), 204Pb (1,48%), 206Pb (23,6%), 207Pb (22,6%). Второй 6р+ протон придаёт предельную валентность свинцу 4. На обоих торцах ядра «накручены» по две «нейтронные гайки». Это последний стабильный химический элемент, все последующие химические элементы не имеют стабильных изотопов.

Предельную валентность свинца 4 обеспечивают два 6s и два 6р+ электрона.

 

83 Висмут.

 

Ядро изотопа

висмут 209Bi

J = 9/2- макс.

валентность 5

Развёртка  протонной

оболочки

ядра Bi

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]4f145d106s26p3

атома висмута

валентность 5

Схема электронной оболочки

атома висмута валентность 5

 

83 Висмут – Bi. Химический элемент с нечётным зарядом имеет только один долгоживущий  изотоп 209Bi. Природный висмут состоит из одного изотопа 209Bi, который считался самым тяжёлым из существующих в природе стабильных изотопов. Однако в 2003 году было экспериментально доказано, что он является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 1,9±0,2×1019 лет. Таким образом, все известные изотопы висмута радиоактивны. Силы кулоновского отталкивания у висмута достигли такого уровня, что «нейтронные гайки» на торцах ядра атома уже не способны бесконечно долго сохранять целостность атома. Суммарный спин ядра J = 5/2-3/2-1/2-=9/2- говорит о том, что на одном торце ядра 6s протон не занимает центрально осевое положение.

Предельную валентность висмута 5 обеспечивают два 6s и три 6р+ электрона.

 

84 Полоний.

 

Ядро изотопа

полоний 210Po

J = 0+ макс.

валентность 6

Развёртка протонной

оболочки

ядра Po

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]4f145d106s26p4

атома полония

валентность 6

Схема электронной оболочки

 атома полония валентность 6

 

84 Полоний – Ро. Химический элемент с чётным зарядом полоний открывает ряд радиоактивных нестабильных химических элементов, не имеющих стабильных изотопов. Самый долгоживущий изотоп  полония 210Ро имеет период полураспада 138,401 дней. При таком количестве протонов и их спиновой ориентацией природе не удалось создать стабильный изотоп полония. Хотя если разобраться, то полоний можно представить как набор из 14 замкнутых углеродных колец (14слоёв х 6протонов = 84протона). Четвертый 6р- протон придаёт предельную валентность полонию 6.

Предельную валентность полония 6 обеспечивают два 6s три 6р+ и один 6р- электрон.

 

85 Астат.

 

Ядро изотопа

астат 211At

J = 9/2- макс.

валентность 7

Развёртка протонной

оболочки

ядра At

Электронная оболочка и

эл. формула [Xe]4f145d106s26p5

атома астата

валентность 7

Схема электронной оболочки

атома астата

валентность 7

 

85 Астат – At. Химический элемент с нечётным зарядом астат радиоактивен и вообще не имеет долгоживущих изотопов. Пятый 6р- протон придаёт предельную валентность астату 7. Суммарный спин изотопа астат 211At J = 9/2- говорит о его несбалансированном строении ядра.

Предельную валентность астата 7 обеспечивают два 6s три 6р+ и два 6р- электрона.

 

86 Радон.

 

Ядро изотопа

радон 222Rn

J = 0+

валентность

0, 2, 4, 6, 8.

Развёртка протонной

оболочки

 ядра Rn

Электронная оболочка и

эл. формула

[Xe]4f145d106s26p6

атома радона

валентность 0, 2, 4, 6, 8.

Схема электронной оболочки

атома радона

валентность

0, 2, 4, 6, 8.

 

86 Радон – Rn. Химический элемент с чётным зарядом радон радиоактивен и не имеет долгоживущих изотопов. Период полураспада самого долгоживущего изотопа 222Rn 3,8229 дней. Суммарный спин изотопа 222Rn J = 0+ говорит о симметричном строении ядра. По своему строению ядра радон Rn очень похож на ядра атомов железа Fe, рутения Ru, хассия Hs. Все эти химические элементы способны принимать предельно возможную для химических элементов валентность 8.

Формально радон газ инертный, фактически весьма химически активен и может принимать валентность 0, 2, 4, 6, 8. см. рис. ниже.

 

Валентные формы электронной оболочки газа радона

Валентность 0, два внесистемных 6s электрона лежат на экваториальной орбите

валентность 2

валентность 4

валентность 6

валентность 8

 

Обычно до радона, при завершении строительства энергетической оболочки атома, полярные s электроны достраивали собой либо внутренний 1s электронный слой-орбиту, как у гелия, неона и аргона. Либо 3d и 4d электронный слой-орбиту как у криптона и ксенона. Появление 4f энергетического слоя-орбиты с 14 электронами путает природной самоорганизации  все карты. Теперь 6s электроны не могут встраиваться в 5d электронный слой-орбиту, два вакантных места на этой 5d орбите заняты седьмыми и четырнадцатыми 4f электронами.

Для разрешения кризиса в согласовании строительства сатурнианской электронной оболочки и строительства столбчатого ядра все химические элементы от радона и далее получают по два 6s протонных слоя состоящих всего из одного протон и одиннадцати нейтронов!

А электронная оболочка от радона и далее приобретает два внешних внесистемных 6s электрона на новой пятой оси симметрии. Повторяется обратная ситуация когда первые три инертных газа гелий, неон и аргон строили свою «внутреннюю» 1s электронную оболочку. Теперь все 6s. 7s и 8s электроны у инертных газов радона, 118 инертного химического элемента и 120 последнего химического элемента будут достраивать «внешнюю» 6s электронную оболочку.

Из строения ядра видно, почему радон химически активен см. рис. Его торцовые полярные 6s протоны имеют спин противоположный спину торцовых 6p протонов. Это позволяет торцовым 6p протонам, в возбуждённом состоянии электронной оболочки, разворачиваться из экваториальной ориентации в полярную ориентацию.

 

6s

n

5d

4f

n

4d

n

3d

2p

3s

3p

3d

4p

4d

5p

4f

5d

6p

6s

6p

5d

4f

5p

4d

4p

3d

3p

2s

2p

3d

n

4d

n

4f

5d

n

n

5d

4f

n

5s

n

4s

2p

1s

3p

3d

4p

4d

5p

4f

4f

6p