Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

СИММЕТРИЧНАЯ КВАНТОВАЯ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ (НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ) (ИЛИ НОВАЯ ПЕРИОДИЗАЦИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ)

В современной Периодической системе элементов Менделеева (ПСЭ-М)   все элементы расположены (упорядочены) по возрастанию их порядкового номера - Z, что подтверждается законом Г. Мозли, выведенным на основе изучения характеристиче­ского рентгеновского излучения элементов.

Сам Менделеев, основываясь на открытом им Периодическом законе, разделил эту последовательность на периоды (всего 7) (соответственно назвал свою систему пе­риодической), а большие периоды, начиная с 4-го, еще и на гор. ряды (всего 11). Кроме того, элементы горизонтальных рядов разделены на 8 групп (вертикальные ряды таб­лицы). Таким образом, каждый элемент таблицы находится на пересечении горизонт. ряда и вертикального ряда, принадлежность к ним - это координаты элемента

Номер периода и номер группы при этом имеют довольно формальный характер, без достаточно четкого критерия. Первый период из двух элементов не вписывается в схему, к тому же он единственный остался непарным. Вообще не поместились в крат­кую, каноническую форму таблицы (КФТ) лантаноиды и актиноиды, помещенные под таблицей. Имеются и некоторые другие слабые места современной ПСЭ, не случайно предпринимаются многочисленные попытки разработать более совершенную форму ПСЭ-М.

Далее представлены результаты работы автора, выполненной в период 1973 - 31.08.91. В основу своей системы автор положил свободный (нейтральный) атом (для простоты в виде наиболее стабильного изотопа) и квантовые числа, полученные на ос­нове изучения присущего ему уникального линейчатого оптического спектра (ЛОС) и определяющие его стабильное квантовое состояние.

Начнем с уже хорошо известного и взглянем на школьную таблицу ПСЭ-М. Для каждого элемента таблицы в ней указана его электронная формула (например, для во­дорода - 1s1, что является формой записи того факта, что главное квантовое число n = 1, орбитальное квантовое число l = 0, и в электронной оболочке на этом квантовом знергетическом подуровне имеется один электрон).

В ПСЭ-М ячейка каждого элемента окрашена в один из четырех цветов в соот­ветствии с конкретным значением орбитального квантового числа и расположены они в виде групп последовательных элементов - это s-элементы (l=0), p-элементы (l=1), d-элементы (l=2), f-элементы (l=3) - перечислены в порядке появления. Всего 20 таких групп в пределах Z £ 120.

Известно также, что число электронов в атоме равно порядкового номеру Z, что оз­начает, что в каждом последующем элементе на одной из внешних оболочек появляет­ся очередной новый электрон. Квантовое состояние этого электрона определяется со­гласно принципу запрета В. Паули (1925, установлен на основе изучения спектров) конкретным набором из 4-х квантовых чисел (n, l, ms, ml), что определяет квантовое со­стояние всего атома. В настоящее время такие квантовые числа в результате изучения спектров нейтральных атомов (т.е. атомов в изолированном состоянии) определены для всех известных элементов.

Изменение набора конкретных для данного элемента квантовых чисел вызывает изменение и суммарных квантовых чисел, записываемых обычно в виде т.н. спектраль­ного терма, также определенных для каждого из известных элементов. См, например, Дж. Эмсли «Элементы», Москва, «Мир», 1993.

Значение названных квантовых чисел до настоящего времени недостаточно осоз­нано. Так, они не приведены для характеристики элементов даже в самых последних изданиях физической и химической энциклопедий. Зато щедро дополнены физически­ми и химическими свойствами простого вещества, очень важными для практики, но все же производными (вторичными).

Эти квантовые числа являются параметрами квантового состояния нейтрального атома (не изменяются во времени) и определятся по результатам анализа спектров атома, которые строго индивидуальны для каждого конкретного атома, т.е. являются его визитной карточкой. Многие элементы и обнаружены по их спектрам. Осознание физического смысла квантовых чисел - путь к созданию теории атома (пока только модели), а теория атома и теория и форма представления ПСЭ - это как две стороны одной медали. Они параллельно развиваются и взаимно обогащают друг друга.

Однако еще раз бросим взгляд на таблицу (КФТ). Обратим внимание, что все эле­менты объединены в l-группы, окрашенные в различные цвета. Всего имеется 4 вида таких групп (см Табл. 1), это:

1) s-элементы (т.е. l = 0) - это элементы I и II групп (щелочные и щелочноземельные

элементы) (в 1,2,3,4,6,8 и 10 гор. рядах).

2) p-элементы (т.е. l = 1) - это элементы III-VIII групп (во 2,3,5 и 7 гор. рядах).

3) d-элементы (т.е. l =2) - это элементы III-VIII групп (в 4,6,8 и 10 гор. рядах) и I и II групп (в 5, 7 и 9 гор. рядах), т.е. разорваны в 2 ряда.

4) f-элементы (т.е. l=3) - не уместились в таблице, расположены отдельно внизу

Таблица № 1 l-группы элементов ПСЭ в пределах Z ≤ 120

 

l-группа

Емкость

группы

Nl= 2(2l+1)

Кол-во

групп

в пределах

Z ≤ 120

Всего

таких

элементов

Сравнение

с гор. рядом

из 8 групп

(Nl - 8)

Примечание

s-элементы (/=0)

2

8

2 х 8 =16

- 6

Объединены в КФТ в один ряд из 8 элементов

p-элементы

(l=1) 

6

6

6 х 6 =36

- 2

d-элементы (l=2)

10

4

10 х 4=40

+ 2

Два  дополнит.  элемента втиснуты в VIII группу

f-элементы (l=3)

14

2

14 х 2=28

+ 6

Не уместились в КФТ и помещены под таблицей

Итого:

=

20

120

-

-

Порядок следования всех 20 l-групп по возрастанию квантовых энергетических уров­ней определяется из спектров свободных атомов. Эти группы объединяются в более крупные (n+l)-группы согласно правилам В.М. Клечковского (1900-72), см Табл. 2.

Таблица №2 (n+l)-периоды и их пары (диады) в пределах Z ≤ 120

 

№ диады М

(n+l)-группы (периоды)

Кол-во l-групп в периоде

Состав (n+l)-группы

lmax =

Емкость (n +l )-периода

Nn+l = 2M2

1

1-я и 2-я

1

s-элементы только

 

0

2

2

3-я и 4-я

2

p-элементы, s-элементы

 

1

8

3

5-я и 6-я

3

d-элементы,

p-элементы,s-элементы

2

 

18

4

7-я и 8-я

4

f-элементы, d-элементы, p-элементы, s-элементы

3

 

32

 

 

Итого: 10 х 2=20

 

 

 

 

Используя отмеченные факты, автор и предложил новую форму графического изо­бражения системы - симметричную квантовую ПСЭ (СК-ПСЭ), в которой

  1. период СК-ПСЭ представляет собой (n+l)-группу и все периоды, как и сами группы - парные. Каждая пара периодов составляет диаду.
  2. каждый горизонтальный ряд представляет собой одну из l-групп (s-, p-, d-, f-элементов). В качестве исходного атома слева к ряду присоединен последний элемент предыдущего горизонт. ряда. Каждый гор. ряд начинается и кончается элементом со спектральным термом 1So.
  3. Все горизонтальные ряды выстроены симметрично относительно центрального ато­ма горизонт. ряда, завершающего первую половину l-группы.
  4. На самом верху в таблицу включен свободный нейтрон, он же исходный элемент
    первого горизонтального ряда.

Тогда в предложенной форме таблицы набор из 4-х квантовых чисел становится ко­ординатами каждого конкретного атома:

  1. Сумма (n + l) определяет период, к которому относится атом,
  2. Квантовое число l определяет гориз. ряд - конкретную l-группу, которой принадле­жит атом.
  3. Спиновое квантовое число ms (со своим знаком) указывает - в какой половине таб­лицы (левой или правой) расположен атом.
  4. Магнитное квантовое число ml (со своим знаком) указывает на конкретный верти­кальный ряд, в котором расположен атом. Таким образом, группа (в отличие от группы в ПСЭ-М) - это атомы с одинаковыми квантовыми числами l и ml, а также координационным индексом Ek В.М. Клечковского.

Номер группы определяется принадлежностью к определенной l-группе и количе­ством электронов, поступивших на этот квантовый энергетический уровень. Так первая группа щелочных металлов (+водород) получает обозначение s1, вторая группа щелоч­ноземельных - s2, и т.д.

СК-ПСЭ, отражающая вышеуказанные принципы построения, приведена в Табл.3., форма которой:

  1. в минимальной степени отличается от канонический ПСЭ.
  2. лишена многих недостатков ПСМ-М.
  3. отвечает современным достижениям науки.
  4. имеет перспективы для дальнейшего углубления знаний по теории строения атома и теории ПСЭ .
  5. является основой для лучшего понимания физических и химических свойств как самих атомов, так и их соединений.
  6. в силу своей простоты и наглядности наиболее пригодна для преподавания.

Данная форма таблицы разрабатывалась автором в 1973-1991 гг. Более подроб­но с изложенными вопросами можно ознакомиться в книге Б.Ф. Махова «Симметрич­ная квантовая периодическая система элементов», Москва, 1997, вышедшей огра­ниченным тиражом в 200 экз.  ISBN 5-86700-027-3


Библиографическая ссылка

Махов Б.Ф. СИММЕТРИЧНАЯ КВАНТОВАЯ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ (НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ) (ИЛИ НОВАЯ ПЕРИОДИЗАЦИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ) // Современные проблемы науки и образования. – 2005. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=1496 (дата обращения: 02.08.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074