Очень большое внимание проф. Канарёв уделил атомной спектроскопии. Я не буду описывать эту главу его учебника, но приведу выводы, которые он сделал.
Первое и самое главное следствие атомной спектроскопии, которое относится к ядру атома - отсутствие орбитального движения электрона в атоме. Электроны взаимодействуют с ядрами атомов своими осями вращения. Это возможно, если протоны ядра расположены на его поверхности.
Таким образом, чтобы обеспечить взаимодействие каждого электрона с ядром, необходимо располагать протоны на поверхности ядра. Одинаковые заряды протонов исключают структуру ядра, в которой протоны касались бы друг друга. Природа строит ядро так, чтобы между протонами обязательно находился нейтрон. Поскольку последнее требование трудно выполнимо при большом количестве протонов в ядре, то привлекаются дополнительные нейтроны. Вот почему ядра почти всех химических элементов содержат нейтронов больше, чем протонов. Причем с увеличением количества протонов и нейтронов в ядре доля «лишних» нейтронов увеличивается. И это понятно, так как без них невозможно добиться геометрической симметрии ядра, в котором между протонами обязательно должны быть нейтроны.
Далее, нейтроны, по-видимому, проницаемы для магнитных полей протонов и непроницаемы или слабо проницаемы для их электрических полей. Экранируя одноименные электрические поля протонов, нейтроны создают условия, при которых магнитные полюса протонов взаимодействуют с противоположными магнитными полюсами нейтронов.
Электрон и протон имеют заряды и магнитные моменты. Мы уже установили, что магнитное поле электрона подобно магнитному полю стержневого магнита. Можно полагать, что заряд протона способствует формированию у него такого же магнитного поля, как и у электрона, то есть структура магнитного поля протона подобна структуре магнитного поля стержневого магнита. Назовем такое магнитное поле простым.
Нейтрон также имеет магнитный момент, а значит и магнитное поле. Но о структуре его магнитного поля нам ничего неизвестно (?). Если оно также подобно магнитному полю стержневого магнита, то протон и нейтрон соединяются между собой как стержневые магниты и тогда структура ядер должна быть линейной. Если же нейтрон имеет сложное магнитное поле, состоящее из нескольких магнитных полюсов, то возможно построение ядер атомов с более сложной пространственной конфигурацией.
Силы, действующие между нуклонами в ядре, называются ядерными силами. Они являются силами притяжения и действуют на очень коротких расстояниях . Ядерные силы, действующие между протоном и нейтроном, а также между двумя нейтронами, считаются одинаковыми. Это свойство называется зарядовой независимостью ядерных сил.Каждый нуклон взаимодействует не со всеми нуклонами ядра, а только - с ближайшими к нему. Такое свойство ядерных сил названо свойством насыщения.
Модель ядра, подобная капле жидкости, долго считалась наиболее близкой к реальности. Однако, эта модель, как и капля жидкости, не раскрывает её внутреннюю структуру. Поэтому выявление структуры ядер атомов химических элементов остаётся актуальной задачей.
Начнем с анализа структуры ядра атома самого простого химического элемента – водорода. Поскольку мы будем пытаться выявить принцип, руководствуясь которым, Природа формирует ядра атомов, то изложенная нами информация о моделях протона и нейтрона указывает на то, что основными свойствами этих частиц, которые управляют формированием ядер атомов, являются: заряд и магнитный момент протона, а также магнитный момент нейтрона и отсутствие у него заряда. Наличие магнитных моментов у этих частиц дает нам основание представлять наличие у них магнитных полюсов.
Магнитные силы разноименных полюсов магнитных полей протона и нейтрона являются единственными силами, способными соединять эти частицы друг с другом в ядре. Электростатические силы протонов – единственные силы, которые ограничивают сближение протонов в ядре.
Тем не менее, как мы уже отметили, экспериментально установлено существование ещё и ядерных сил, соединяющих протоны и нейтроны в ядрах атомов. Величина этих сил на два порядка больше электростатических сил отталкивания протонов. Силы, генерирующие такое взаимодействие, названы ядерными силами. Природа их остаётся неизвестной.
Если учесть большую напряженность магнитных полей вблизи центра симметрии протона и предположить, что у нейтрона она примерно такая же, то появляются основания полагать, что магнитные силы протона и нейтрона, действующие на расстояниях, близких к их геометрическим центрам, и являются теми силами, которые названы ядерными.
Таким образом, у нас появляется возможность предположить, что ядерные силы являются на самом деле магнитными силами, действующими на предельно малых расстояниях между центрами масс протонов и нейтронов.
Поскольку ядра являются основой формирования атомов, то различия в механических свойствах некоторых тел, состоящих из одного и того же химического элемента, скрыто в различиях структур их ядер. Например, графит и алмаз, состоят из одного и того же химического элемента – углерода, но имеют радикально различные механические свойства. Графитовый карандаш пишет на бумаге, а алмаз режет не только бумагу, но и стекло. Эти различия должны следовать из различий структур ядер графита и алмаза. Известно, что ядро атома водорода состоит из одного протона (белый шарик на рисунке) (рис. 1).
Однако существуют и изотопы атома водорода, в ядрах которых к протону добавлены один (рис.1 b) или два нейтрона (рис.1 с). Водород, в ядре которого один протон и один нейтрон, назван дейтерием (рис.1 b). Если в атоме водорода один протон и два нейтрона, то такой атом называется тритием (рис.1 c). Проследим за процессом формирования ядер дейтерия и трития с учетом изложенного нами принципа соединения протонов с нейтронами. Сближение протона P и нейтрона N происходит за счет действия магнитных сил, формируемых магнитными полями разноименных магнитных полюсов протона и нейтрона. Здесь нет сил, которые препятствовали бы сближению этих частиц. В результате получается ядро дейтерия (рис.1 b). Если магнитные поля протона и нейтрона симметричны, то такая структура должна быть устойчивой. В Природе существует лишь 0,015% ядер дейтерия. На (рис.1 с) показано ядро атома трития. В Природе существует лишь ядер трития.Если учесть очень большую напряженность магнитных полей протона и нейтрона вблизи их геометрических центров, то при компоновке ядер, показанных на (рис.1 b и c), магнитные силы, сближающие эти частицы, и будут соответствовать ядерным силам.
Обратим внимание на очень важное различие между электрическими и магнитными полями. Известно, что электрические поля легко экранируются. Экранировать же магнитные поля значительно труднее.
Какие же частицы экранируют электростатические силы протонов в ядрах атомов? Нейтроны, конечно, нейтроны, больше некому. Тогда простейшая схема ядра атома гелия может быть такой, как показана на (рис.2 а).
Если нейтрон окажется между двумя протонами (рис.2 а), то он будет экранировать их электрические поля и таким образом ослаблять электростатические силы отталкивания. Поскольку магнитные поля проницаемы для нейтрона, то присутствие нейтрона между двумя протонами ослабит электростатические силы, отталкивающие протоны, но не ослабит магнитные силы, сближающие их, так как протоны и нейтроны соединяют их разноимённые магнитные полюса. Так формируется структура из двух протонов и одного нейтрона, которая является ядром изотопа атома гелия (рис.2 а). В Природе существует 0,000138% атомов гелия, которые имеют такое ядро. На (рис.2 b) показан второй вариант формирования ядра атома гелия. Здесь два нейтрона экранируют электрические поля двух протонов. Такую схему ядра атома гелия можно считать более предпочтительной, так как при такой схеме компоновки ядра электростатические силы отталкивания, действующие между двумя протонами, ослаблены сильнее, чем в схеме, показанной на (рис.2 а). Количество атомов гелия, ядра которых состоят из двух протонов и двух нейтронов (рис.2 b, c), составляет 99,999862%. Время жизни атомов гелия, в ядрах которых 4 или 6 нейтронов, исчисляется миллисекундами.
Если при формировании ядер атомов Природа руководствуется принципом геометрической симметрии, то в какой последовательности она строит ядро атома лития? Конечно, основой при построении ядра лития является ядро более простого атома гелия. Чтобы из ядра атома гелия получилось ядро атома лития достаточно к ядру атома гелия прибавить один протон и один нейтрон. Если компоновка ядра будет идти за счет симметричных магнитных полей протона и нейтрона, то схемы ядра атома лития окажутся такими, как показаны на (рис.3 а,b.)
В Природе 92,50% ядер атомов лития имеют три протона и четыре нейтрона (рис.3 а). Остальные 7,50% ядер лития имеют по три нейтрона и три протона (рис.3 b).
По гипотезе Ф.М.Канарёва получается линейная структура ядра атома. В ответ на критику линейного строения ядра атома могу сказать, что в ядре атома, даже при 100 нуклонах в одну линию, размеры ядра будут в 10 раз меньше диаметра электрона. И располагаться электрон будет в 1000 раз дальше.
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 Е1 = Еi = e2/ R1 = 13,6 еV, то имеем:
R1 =e2/4ε0πЕ1 = (1,602·10*-19)2/4·3,1415·8,854·10*-12·13,6·1,602·10*-19 = 1,058·10*-10 м
В связи с тем, что я не согласен с профессором Канарёвым по устройству нейтрона, то на рисунках я изобразил своё видение устройства атомов.
Почему ядро трития устроено так? Потому что к южному полюсу протона “прикреплён” северный полюс электрона.
Силы Кулона отталкивают протоны, а магнитные силы притягивают.
Ссылки:
1. И снова об электроне https://zen.yandex.ru/media/id/5f3d596680add71080a4ec65/i-snova-ob-elektrone-617eacb7ab571f215052ed18
2. И снова о протоне
https://zen.yandex.ru/media/id/5f3d596680add71080a4ec65/i-snova-o-protone-ch2-617fb04144fa1208afb46d1b
3. И снова о нейтроне
https://zen.yandex.ru/media/id/5f3d596680add71080a4ec65/i-snova-o-neitrone-61891311e4f3d104b86cffd3
4. И снова о нейтроне. Выводы https://zen.yandex.ru/media/id/5f3d596680add71080a4ec65/i-snova-o-neitrone-vyvody-618b71c9fbafb94d5b200e7f