Структура атома водорода

Атом водорода является самым простым. Математическая модель для расчёта спектров атомов и ионов (180) не имеет энергии, соответствующей орбитальному движению электрона в атоме. Из этой математической модели следует, что электрон в атоме вращается щ только относительно своей оси симметрии. Так как разноименные электрические заряды электрона и протона сближают их, то роль ограничителя сближения могут выполнить только одноимённые магнитные полюса этих частиц. В связи с этим, для последующего описания поведения электронов в атомах, вводим понятие энергетический уровень электрона в атоме вместо существующих понятий орбита и орбиталь.

При анализе спектра реликтового излучения выяснится, что электрон устанавливает связь с протоном, начиная со 108-го энергетического уровня. Расстояние между протоном и электроном, согласно закону Кулона, в этот момент равно.

(214)

В момент установления связи между электроном и протоном излучается фотон с энергией , равной энергии его связи с протоном. Длина волны излученного фотона оказывается равной длине волны максимума реликтового излучения.

. (215)

После установления контакта между электроном и протоном начинается процесс синтеза атома водорода. Переходя с уровня на уровень и приближаясь к протону, электрон излучает фотоны разной длины волны.

Закон Кулона позволяет определить расстояние между протоном и электроном в момент пребывания его на первом энергетическом уровне. Поскольку энергия связи протона с электроном в этом случае равна энергии ионизации атома водорода то при имеем (табл. 30)

(216)

Подставляя в формулы (180), (182) и , получим не только теоретические значения (теор.) спектра атома водорода, полностью совпадающие с экспериментальными значениями (эксп.), но и энергии связи электрона с протоном (табл. 30).

Таблица 30. Спектр атома водорода, энергии связи электрона с протоном и расстояния между ними

Знач.	n
(эксп)	eV	10,20	12,09	12,75	13,05
(теор)	eV	10,198	12,087	12,748	13,054
(теор)	eV	3,40	1,51	0,85	0,54
(теор)		4,23	9,54	16,94	26,67

На рис. 85 представлена осциллограмма двух спектральных линий атома водорода. Первая светлая линия (слева) соответствует второму энергетическому уровню ( ) с энергией связи 3,40eV, а вторая (справа) – третьему ( )- с энергией связи 1,51eV.

Рис. 85. Спектр атома водорода: 2-й ( ) и 3-й ( ) стационарные энергетические уровни электрона

Результаты табл. 30 позволяют вычислить энергии фотонов, которые излучает электрон при переходе на второй ( ) стационарный энергетический уровень со всех остальных стационарных уровней (табл. 31).

Дальше мы увидим, что светлая зона слева (рис. 85), вблизи спектральной линии , формируется фотонами, излучаемыми при синтезе молекул водорода. Выявленная нами информация о структуре электрона и протона позволяет составить представление о процессе формирования атома водорода.

Таблица 31. Спектр атома водорода

Таблица 32. Энергии фотонов, излучаемых электронами при их последовательных переходах на второй энергетический уровень

Переходы				…
Энергии фотонов, eV (экспер)	1,8886	2,5496	2,8556	…	3,3995
Энергии, фотонов, eV (теор. 155)	1,8886	2,5496	2,8556	…	3,3995

Можно полагать, что магнитные поля и протона, и электрона подобны магнитным полям стержневых магнитов и поэтому имеют магнитные полюса. Поскольку масса протона значительно больше, чем электрона, то образование атома водорода начнется с приближения электрона к протону.

Мы уже знаем, что в свободном состоянии электрон также имеет магнитный момент и довольно большую напряженность магнитного поля вблизи его геометрического центра, поэтому на первой стадии процессом сближения электрона с протоном будут управлять как электрические, так и магнитные силы.

Так как магнитные поля и протона, и электрона имеют наибольшую напряженность вдоль их осей вращения, то при сближении электрон и протон будут вращаться соосно. Если их противоположные магнитные полюса будут направлены навстречу друг другу, то сближать электрон с протоном будут и электрические, и магнитные силы и протон поглотит электрон.

Известно, что масса покоя электрона , масса покоя протона , а масса покоя нейтрона . Разность между массой нейтрона и протона оказывается равной . Это составляет масс электрона. Таким образом, чтобы протон стал нейтроном, он должен захватить 2,531 электрона. Поскольку поглощается только целое число электронов, то возникает вопрос: куда девается остаток массы электрона? Современная физика нарушенный баланс масс в этом процессе объясняет просто: рождением нейтрино.

Изложенное позволяет полагать, что протон может поглощать не единичные электроны, а их кластеры. Однако, в любом случае часть электрона с массой останется не поглощенной. Теперь мы можем сформулировать новую гипотезу о судьбе не поглощенной массы электрона. Не поглощенная часть электрона, не сформировавшись ни в какую частицу, разрушается, превращаясь в субстанцию, которую мы называем эфиром.

Когда же при сближении электрона с протоном навстречу друг другу будут направлены их одноименные магнитные полюса, то кулоновские силы, действующие не вдоль оси сближения, а нормально к тороидальной поверхности электрона, будут сближать его с протоном, а магнитные - отталкивать их друг от друга. Между этими силами установится равновесие, и образовавшаяся таким образом структура будет являться атомом водорода (рис. 86).

Таким образом, из результатов исследований следует, что ядро атома на три порядка меньше размера электрона. Оно располагается на его оси, на значительном расстоянии от геометрического центра электрона (табл. 30).

Рис. 86: а) теоретическая модель атома водорода и его размеры

в невозбуждённом состоянии; b) модель атома водорода

с воображаемой связью электрона с протоном

Минимальное расстояние, на которое электрон приближается к протону, м (216), то есть порядка ангстрема, что согласуется с принятым в современной физике размером атома водорода (рис. 76).

Если размер протона принять равным одному миллиметру, то размер электрона будет около метра, а расстояние между ядром атома водорода (протоном) и электроном окажется около ста метров (рис. 76).

Раньше, при анализе экспериментальной информации о дифракции фотонов, мы установили, что фотоны начинают реагировать на вращательный эффект друг друга, находясь на расстоянии, на два порядка большем своих геометрических размеров. Причем, если вращения соседних фотонов, движущихся со скоростью света, совпадают, то их траектории движения сближаются, а если противоположны, то удаляются (рис. 27). Этот же эффект проявляется, по-видимому, и у других частиц. Из этого следует, что при формировании атома водорода электрон и протон будут сближаться только тогда, когда их спины (вращения) совпадают (рис. 86). Это ограничение сразу формирует второе требование - противоположность направления векторов магнитных моментов электрона и протона . Если действительно существует такая последовательность, то из неё автоматически следует главное различие между электромагнитными структурами электрона и протона: направления векторов спина и магнитного момента у электрона (рис. 42, а) совпадают, а у протона (рис. 44) направления спина и магнитного момента противоположны.

Это важное следствие приводит к правилу формирования молекул. Если их формируют валентные электроны, то их спины должны совпадать. Если молекулу формируют протоны (речь идет главным образом о протонах атомов и молекул водорода), то спины протонов, соединяющих атомы в молекулы, также должны совпадать. Руководствуясь этим правилом, мы будем строить структуры различных молекул.

На рис. 87 показаны энергетические переходы электрона атома водорода, следующие из закона (182) формирования его энергий связи с протоном и из закона (180) формирования спектра атома водорода.

Рис. 87. Схема сложения энергий фотона ,

электрона и энергий связи электрона с ядром

атома 13,60, 3,40, 1,51 eV... в процессах поглощения;

n = 1, 2, 3...- энергетические уровни электрона

Схема последовательного перехода электрона атома водорода с первого (n=1) на второй (n=2), со второго на третий (n=3) и с третьего на четвертый (n=4) энергетические уровни (рис. 87) позволяет вывести формулу (180).

Как видно, энергия связи электрона с протоном в момент его пребывания на первом (n=1) энергетическом уровне равна = 13,6 eV, а полная энергия . После поглощения фотона с энергией электрон переходит на второй (n=2) энергетический уровень и его энергия связи с ядром становится равной =3,4 eV. После поглощения фотона с энергией электрон переходит со второго на третий (n=3) энергетический уровень и его энергия связи с ядром становится равной и т.д.

Из схемы (рис. 87) следует, что этот процесс запишется так:

или

Это полностью соответствует закону (180) формирования спектров. С увеличением энергии связи электрона с ядром он ближе приближается к ядру атома или глубже погружается в свою ячейку. Под понятием "ячейка" мы понимаем объем конической формы с вершиной на ядре атома, в которой вращается электрон подобно волчку. Чем больше энергия связи электрона с ядром, тем ближе он расположен к ядру или глубже в своей ячейке.

При поглощении фотонов энергия связи электрона с ядром уменьшается и он, продолжая вращаться и прецессировать на ядре, удаляется от него, приближаясь к поверхности атома. Когда электрон излучает фотоны, энергия его связи с ядром атома увеличивается и он погружается глубже в свою "ячейку".

Таким образом, атом водорода представляет собой стержень, на одном конце которого расположен положительно заряженный протон, а на втором - отрицательно заряженный электрон. Причем, размер электрона на два порядка меньше размера самого атома, а размер протона на три порядка меньше размера электрона и на пять порядков меньше размера атома (рис. 86).

Модель атома водорода, показанная на рис. 86, ярко демонстрирует его активность. С одной стороны расположен положительно заряженный протон, готовый вступить в связь со свободным электроном, а с другой - отрицательно заряженный электрон, готовый вступить в связь с протоном или электроном. Вот почему атомы водорода существуют в свободном состоянии только при высокой температуре При этой температуре электроны атомов находятся в возбужденном состоянии, то есть на высоких энергетических уровнях, где связь с протонами у них слаба.

Причину излучения фотонов при сближении электрона с протоном можно описать так. При соосном сближении электрона с протоном разные скорости их вращения относительно одной и той же оси формируют момент сил, который будет тормозить или ускорять вращение электрона. Причем, в начальной стадии моменты сил протона и электрона будут разные. Для восстановления равенства этих моментов электрон излучает часть своей массы в виде фотона или поглощает его из среды и приближается к протону или удаляется от него.