ФОТО ОБИТАТЕЛЕЙ МИКРОМИРА Канарёв Ф.М. Анонс.

ФОТО ОБИТАТЕЛЕЙ МИКРОМИРА
Канарёв Ф.М.
Анонс. Современные сканирующие микроскопы позволяют получать визуальную
информацию об обитателях микромира, но старая теория этого мира полностью
исключает возможность правильной интерпретации такой информации. Новая теория
микромира позволяет увидеть обитателей микромира с разрешающей способностью на 3-5
порядков глубже, чем это делают электронные микроскопы.
Наиболее чёткую визуальную информацию с помощью сканирующего микроскопа
удалось получить о структурах обитателей микромира, состоящих из атомов и молекул
углерода. На рис. 1, b) представлена фотография слоя графита, который назван графеном,
а на рис. 1, а – результат компьютерной обработки этой фотографии. Новая теория
микромира представляет графен с разрешающей способностью на несколько порядков
большей достижений экспериментаторов. Теоретическая структура графена представлена
на
рис. 1, с).
Рис. 1. а) воображаемая структура графена;
b) фото графена; с) теоретическая структура графена
2
Европейские исследователи попытались сфотографировать кластер бензола Ñ 6 H 6 ,
в состав которого входит атом водорода (рис. 2).
Рис. 2. а), с) – фото кластера бензола;
b) и d) – компьютерная обработка фото кластеров бензола; e) – теоретическая
молекула бензола Ñ 6 H 6 ; j) – теоретическая структура кластера бензола
Японские исследователи дерзнули сфотографировать самый маленький атом – атом
водорода (рис.3). Об этом сообщил ИТАР-ТАСС
http://www.glubinnaya.info/modules.php?name=News&file=article&sid=994
Впервые в истории группа специалистов Токийского университета сумела
сфотографировать отдельный атом водорода — самый легкий и самый маленький из всех
атомов (рис. 3). Исследователи во главе с профессором Юити Икухарой сообщили, что
для этого был использован принципиально новый сканирующий электронный микроскоп.
Диаметр атома водорода — примерно одна десятимиллиардная часть метра. Ранее
считалось, что сфотографировать его современным оборудованием практически
невозможно. Вместе с атомом водорода японскими учеными был сфотографирован и
отдельный атом ванадия. Таким же способом можно запечатлеть и другие элементарные
частицы. «Теперь мы можем увидеть все атомы, из которых состоит наш мир, — заявил
профессор Икухара. — Это прорыв к новым формам производства, когда в будущем
можно будет принимать решения на уровне отдельных атомов и молекул» (рис. 3).
3
Рис. 3. Японское фото атомов водорода Н
Проанализируем
достижения экспериментаторов с помощью новой теории
микромира. Начнём с самого простого – атома водорода.
Уважаемый Юити Икухара!
Я вспоминаю первую японскую сенсацию о создании электронного микроскопа с
разрешающей способностью 1 ангстрем (10 10 ì ) , которая появилась в начале 70-х годов
прошлого века. Тогда эта информация произвела на меня сильное впечатление о
достижениях Ваших учёных. Почему же им не удалось ещё тогда сфотографировать атом
водорода, размер которого в невозбуждённом состоянии близок к одному ангстрему? У
Вас, конечно, нет ответа на этот вопрос, так как его невозможно получить из старых
научных знаний, которыми Вы владеете. Поэтому позвольте мне ответить за Вас.
Прежде чем анализировать фото атома водорода, которое Вы опубликовали по
адресу: http://search.japantimes.co.jp/cgi-bin/nn20101105a1.html (рис. 3), надо знать, что
атомы водорода существуют
только в плазменном состоянии при минимальной
температуре около 2700К и максимальной, достигающей 10000К. При указанных
температурах электрон атома водорода находится в возбуждённом состоянии и
непрерывно переходит между энергетическими уровнями, меняя размер атома и излучая,
и поглощая фотоны. Из этого следует невозможность сфотографировать атом водорода в
свободном состоянии. В свободном состоянии его можно представить только
теоретически. Теоретическая модель атома водорода (рис. 4) следует из математической
модели (1) закона формирования спектров атомов и ионов, открытого в 1995 г [3]. В этом
законе нет энергии орбитального движения электронов, но есть энергия Eb линейного
взаимодействия электронов с протонами ядер атомов (2) [1], [2], [3]
E
(1)
E f  Ei  21 ,
n
где E f - энергия фотона, излучённого электроном; E i - энергия ионизации атома
водорода; E1 - энергия связи электрона атома водорода с его протоном, соответствующая
первому (невозбуждённому) энергетическому уровню атома водорода; n  1,2,3,.... главное квантовое число.
Энергия связи электрона с протоном, соответствующая любому энергетическому
уровню любого атома, определяется по формуле [1], [2], [3]
4
Eb 
E1 h 1
 2 .
n2
n
(2)
Энергии фотонов, излучаемых электроном атома водорода и электронами других
атомов при переходах их между энергетическими уровнями, рассчитываются по формуле
[1], [2], [3]
1
1
(3)
E f  E f  E1   2  2 .
 n1 n2 
В соответствии с законом Кулона, если электрон атома водорода находится на
первом энергетическом уровне (в невозбуждённом состоянии), то расстояние между
протоном и электроном равно [1], [2], [3]
(1,602  10 19 ) 2
R1 

 1,059  10 10 ì .
12
19
4   o  E1 4  3,142  8,854  10  13,598  1,602  10
e2
(4)
Таблица 1. Спектр атома водорода, энергии связи Eb между протоном и электроном, и
расстояния Ri между ними [1], [2]
Знач.
n
2
3
4
5
eV
10,20
12,09
12,75
13,05
E f (эксп)
E f (теор)
eV
10,198
12,087
12,748
13,054
Eb (теор)
eV
3,40
1,51
0,85
0,54
Ri (теор)
 10 10 ì
4,23
9,54
16,94
26,67
Рис. 4. Теоретическая модель атома водорода и его размеры в невозбуждённом состоянии
Уважаемый Юити Икухара!
Результаты расчётов по приведённым формулам, представлены в табл. 1. Из
приведённых формул и результатов расчётов по этим формулам следует модель атома
водорода (рис. 4). Как видно (рис. 4), электрон атома водорода взаимодействует с его
протоном не орбитально, а линейно. Это - следствие отсутствия энергии орбитального
5
движения электронов в атомах, следующее из законов формирования спектров атомов и
ионов, выраженных математическими моделями (1), (2), (3).
Уважаемый Юити Икухара!
Надеюсь, Вы понимаете причину невозможности сфотографировать атом водорода
в свободном состоянии. Его можно сфотографировать только в составе молекулы, что и
сделали европейские исследователи (рис. 2, а, с), пытаясь сфотографировать кластер из
молекул бензола Ñ 6 Í 6 . Как видите (рис. 2, е), молекула бензола состоит из шести атомов
углерода и шести атомов водорода. Фотографии (рис. 2, а, с) убедительно доказывают
достоверность линейного взаимодействия электронов атома углерода и атомов водорода и
достоверность теоретической модели атома водорода (рис. 4). Результаты (рис. 2, b, d)
компьютерной обработки фотографий (рис. 2, а, с),
выполненные европейцами,
убедительно доказывают достоверность наших теоретических моделей атомов водорода
(рис. 4) и углерода (рис. 5, b), а также молекул бензола (рис. 2, е) и его кластеров (рис. 2,
j).
Обратим внимание на теоретические модели молекулы бензола (рис. 2, е), его
кластера (рис. 2, j) и на фотографии этого кластера (рис. 2, а, с). Атомы водорода
находятся на внешнем контуре молекулы бензола (рис. 2, е) и его кластера (рис. 2, j) и
связаны с электронами атомов углерода линейно. Супер современный европейский
электронный микроскоп увидел туманные контуры атомов углерода в молекуле бензола
(рис. 2, a, c) и туманные линейные выступы на внешнем контуре кластера бензола (рис. 2,
а, с), которые в теоретической его модели (рис. 2, е) принадлежат атомам водорода. А что
увидел японский микроскоп (рис. 3)? Туманные контуры структур, формы которых
близки к квадратной форме. Белые туманные вершины этих квадратов – атомы молекул,
которые формируют кластер, сфотографированный Вами. Середины квадратов – пустоты,
а Вы обозначили их атомами водорода и ванадия, полагая, видимо, что белые туманные
пятна – орбиты электронов, а в центрах квадратов – их ядра. Видите, как далеки Ваши
представления от более правильных представлений европейцев (рис. 2, а, b, c, d)?
А теперь, уважаемый Юити Икухара, прежде чем анализировать разрешающую
способность Вашего микроскопа, проверим эту способность у европейского электронного
микроскопа. Оставим в покое сказки релятивистов о том, что электроны приносят образы
объектов микромира на фото электронного микроскопа. Носителями визуальной
информации являются только фотоны.
На рис. 1, b фотография графена, на которой атомы углерода представлены в виде
туманных белых точек с туманными связями между ними, которые формируют
шестиугольники. Что связывает эти белые точки атомов углерода между собой? Орбиты
электронов? Если так, то как они формируют шестиугольную структуру ячейки графена?
Школьники и студенты ответы на эти вопросы, связывают с химическими понятиями
ковалентная полярная и неполярная связь. Приводим лучший интернетовский ответ на
вопрос: чем отличаются эти две связи?
«Полярная связь – связь, при которой общая электронная пара (общая электронная
плотность) смещается в сторону одного из атомов. При неполярной связи плотность
равномерно распределена между обоими атомами. Поляризация возникает вследствие
различия электроотрицательностей элементов в паре».
Бедные школьники и студенты! По заявлению Президента Д.А. Медведева,
академики тщательно проверяют все учебники. Но он до сих пор не знает, что целью этой
проверки является недопущение в школьные и вузовские учебники новых научных
знаний, родившихся за пределами РАН. В результате головы школьников и студентов
продолжают забиваться глубоко ошибочными физическими и химическими знаниями.
Будущие творцы научного прогресса до сих пор не знают, что электроны
взаимодействуют с протонами ядер не орбитально, а линейно. Это следует из нового
закона формирования спектров атомов и ионов, опубликованного в 1995г. Понимание
6
достоверности этого закона посильно школьнику, а академики делают вид, что ничего не
знают об этом, не боясь исторического позора и втягивая в него Президента страны.
Фотографии обитателей микромира (рис. 1, b; рис. 2, a, c; рис. 3) и результаты их
компьютерной обработки (рис. 1, а; рис. 2, b и d) убедительно доказывают связь
представленных на них обитателей микромира с их теоретическими моделями (рис. 1, с;
рис. 2, е и j; рис. 4, 5, 6 и 7)
На рис. 1, с - теоретическая структура графена, следующая из новой теории
микромира [1]. Проведём детальный анализ связи
этой структуры
со
сфотографированной структурой графена (рис. 1, b), поищем признаки орбитального
движения электронов атомов углерода
и проверим достоверность разрешающей
способности электронного микроскопа, который, по мнению авторов фотографии (рис. 1,
b), «увидел» туманные шестиугольники с белыми пятнами в вершинах с разрешающей
способностью 0,14nm  0,14  10 9 ì (рис. 1, b).
Известны два природных минеральных образования, состоящих из атомов углерода,
с радикально различными свойствами. Графит пишет по бумаге, а алмаз режет стекло.
Почему? Новая теория микромира даёт простой ответ на этот вопрос.
Углерод – шестой элемент в таблице Д.И. Менделеева. Его ядро имеет 6 протонов, а
количество нейтронов может быть разное. 98,90% ядер атомов углерода имеют 6
нейтронов (рис. 5, а), а 1,10% -7 (рис. 5, с). Атомы графита (рис. 5, b) имеют плоские ядра
(рис. 5, а), а ядра атомов алмаза (рис. 5, d) - пространственные (рис. 5, c).
а) ядро атома графита
b) атом графита
c) ядро атома алмаза
d) атом алмаза
Рис. 5. а) - плоское ядро атома углерода; b) – плоский атом графита;
с) - пространственное ядро атома углерода;
d) – пространственный атом углерода, атом алмаза
Структура атома алмаза (рис. 5, d), которая формируется из пространственного
ядра (рис. 5, c) этого атома, имеет три оси симметрии. Это - оси декартовой системы
координат. Структура пространственного ядра (рис. 5, с) и пространственного атома
углерода (рис. 5, d) убедительно демонстрируют
главное свойство алмаза – его
прочность.
7
Из новой теории микромира следует, что протоны располагаются на поверхности
ядер (рис. 5, а и c), а электроны атомов взаимодействуют с ними не орбитально, а
линейно (рис. 5, b и d). В результате атом графита (рис. 5, b) – плоское образование, а
атом алмаза (рис. 5, d) – предельно симметричное, пространственное образование.
Теоретическая структура плоского атома углерода (графита) представлена на рис.
6. Она следует из нового закона формирования спектров атомов и ионов. В
математических моделях этого закона (1, 2, 3) нет энергии орбитального движения
e
электронов в атомах, но есть энергии линейного взаимодействия электронов
с
протонами p (2), которые располагаются на поверхности ядер, взаимодействуя с
нейтронами n также линейно (рис. 5, а, c и 6) [1].
Рис. 7. Схема молекулы углерода
Рис. 6. Схема ядра и атома углерода
Структура молекулы углерода представлена на рис. 7. Из неё следует, что
шестилучевые атомы углерода соединяют в шестиугольную структуру молекулы углерода
валентные электроны атомов не орбитально, а линейно.
Рис. 8. Кривые распределения энергии в спектре абсолютно черного тела
8
Из планковского закона излучения абсолютно чёрного тела следует, что закон
излучения этого тела не зависит от материала чёрного тела, то есть от его химического
состава (рис. 8). Из этого следует, что энергии связи валентных электронов у разных
молекул, твердых веществ из разных химических элементов имеют близкие значения при
одной и той же температуре. Следовательно, для проверки достоверности разрешающей
способности электронного микроскопа 0,14nm  0,14  10 9 ì (рис. 1, b)
можно
воспользоваться расчётными расстояниями между электроном атома водорода и его
протоном.
В соответствии с законом Кулона, если электрон атома водорода находится на
первом (невозбуждённом) энергетическом уровне, то расстояние между протоном и
электроном равно R1  0,106  10 9 ì (4)
В табл. 1 представлены расчёты энергий связи электрона атома водорода с
протоном ядра, соответствующие пребыванию его на различных энергетических уровнях,
и расстояния между электроном и протоном, соответствующие этим уровням.
Расстояние между протоном и электроном в атоме водорода зависит от
температуры. Анализ показывает, что при обычной температуре, устанавливая связь с
другим атомом и формируя молекулу водорода, электрон оказывается между вторым и
третьим энергетическими уровнями атомарного состояния (табл. 1). Это значит, что в
составе молекул расстояние между протоном и электроном в атоме водорода
увеличивается, примерно, на порядок и множитель 10 10 ì
в формуле (4) принимает
значение  10 9 ì .
Анализ фото графена (рис. 1, b) показывает, что расстояние между белыми пятнами
в вершинах шестиугольников (между атомами углерода, рис. 6) равно, примерно, размеру
самого белого пятна. Это значит, что величина стороны шестиугольника равна, примерно,
четырём радиусам белых пятен, то есть 4-м радиусам атомов углерода (рис. 6).
Как видно (рис. 7), атом углерода в молекуле углерода имеет две связи. Их общая
энергия известна и равна 615кДж/моль [3]. Переведём эту энергию в электрон вольты.
Eb 2 
615  1000
 6,377eV .
6,02  10 23  1,602  10 19
(5)
Энергия одной связи равна 6,377/2=3,19eV. Расстояния между ядрами соседних
атомов углерода в молекуле углерода будут равны трём атомарным радиусам.
R3  3R1 
3  e2
3  (1,602  10 19 ) 2

 1,35  10 8 ì .
12
19
4   o  E1 4  3,142  8,854  10  3,19  1,602  10
(6)
Атом углерода в графене (рис. 1, а, b, c) имеет три связи. Энергия этих связей
известна и равна 812 кДж./моль [3]. Переведём эту энергию в электрон - вольты.
Eb 
812  1000
 8,42eV .
6,02  10 23  1,602  10 19
(5)
На одну связь приходится энергия Eb  8,42/3=2,81eV. Расстояние между атомами
углерода в графене (рис. 1, b) равно 4-м расстояниям между электроном атома углерода
и его протоном (рис. 6)
R4  4 R1 
4  e2
4  (1,602  10 19 ) 2

 5,76  10 9 ì .
12
19
4   o  E1 4  3,142  8,854  10  2,81  1,602  10
(6)
9
Это в 5,76  10 9 / 0,14  10 9  41,14 раз больше величины, указанной на рис. 1, b.
А теперь, уважаемый Юити Икухара, о разрешающей способности японского
электронного микроскопа. На Вашем рис. 3 показано, что сторона туманного квадрата
равна, примерно, 0,20  10 9 ì . Вы не написали химическую формулу, в которой атомы
водорода, соединяют атомы ванадия. Нам тоже пока неизвестна структура атома ванадия,
но его ядро уже имеется (рис. 9). Обращаем Ваше внимание на то, что новая теория
микромира уже позволяет видеть структуры ядер атомов с разрешающей способностью на
3-5 порядков большей, чем это демонстрируют современные электронные микроскопы.
Рис. 9. Схема ядра атома ванадия
Протоны обозначены светлыми сферами. Все они на поверхности ядра и с каждым
из них взаимодействует линейно электрон. Если рядом с ванадием будут атомы водорода,
то они будут выполнять роль соединительных звеньев между атомами ванадия. Вы
утверждаете, что на Вашем фото (рис. 3) атомы водорода и ванадия. Сразу возникает
вопрос: какое химическое соединение они образуют? Вы ничего не пишите об этом,
поэтому нет оснований доверять Вашей интерпретации визуальной информации,
представленной на Вашем фото (рис. 3).
Уже представленный нами размер стороны шестиугольника ячейки графена (рис.
1, b), равный 5,76  10 9 ì , даёт основание полагать, что размер стороны квадрата на Вашей
фотографии (рис. 3) больше, размера стороны шестиугольника в структуре графена. Если
экспериментальный размер стороны шестиугольника (рис. 1, b) отличается от
теоретической величины в 41,14 раза, то экспериментальный размер Вашего квадрата
будет отличаться от реального размера минимум в 100 раз. Поэтому возникает
необходимость повторить Ваш эксперимент и точнее определить размер, указанный
Вами.
Таким образом, российская теория микромира значительно опережает возможности
экспериментаторов представлять её результаты визуально.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Российская теория микромира позволяет видеть структуры обитателей микромира
на 3-5 порядков глубже, чем это делают современные микроскопы. Поскольку российская
компания НТ МДТ в числе ведущих разработчиков электронных микроскопов, то новая
российская теория микромира поможет ей укрепить свои позиции [5].
ЛИТЕРАТУРА
10
1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира». Монография. 15-е издание.
http://www.micro-world.su/
2. Канарёв Ф.М. Ответы на вопросы о микромире. Учебное пособие.
http://www.micro-world.su/
3. Полинг Л. Общая химия. Изд. «Мир». М.1974. 846с
4. Kanarev Ph. M. On The Way to The Physics of The XXI Century. Krasnodar 1995, 269c.
5. Канарёв Ф.М. Теоретические основы физхимии микромира. Учебник.
http://www.micro-world.su/