Кластерная система химических элементов
Хорошавин Лев Борисович
Докт. техн. наук
Реферат
Разработана кластерная восемнадцатигрупповая система химических элементов до N220, в основу которой положен кластерный принцип строения электронных оболочек элементов с сохранением известной зависимости их свойств от атомной массы. Кластерная система химических элементов позволит изучать изменение свойств элементов не только по периодам и группам в Периодической системе элементов, но и дополнительно по кластерам химических элементов, определять прогнозные свойства новых элементов и создавать новые кластерные материалы и изделия.
Существующая длиннопериодная Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева исследована крайне недостаточно. Хотя и существуют более 500 производных систем от Периодической системы, но все они до сих пор не систематизированы, не проанализированы и недостаточно практически используются [1].
Автором для разработки новых систем химических элементов использовано два фундаментальных положения:
1. Строгой неизменности существующей Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, недопустимости внесения в нее каких-либо изменений, кроме добавления новых элементов. Главная особенность Периодической системы – неизвестность впередистоящих до водорода элементов и последних элементов. Можно предполагать, что до водорода могут стоять элементарные частицы, объединенные в кластеры-изотопические мультиплеты, с массой и зарядом менее 1 с уменьшающимися размерами в данное время до иокточастиц -10-24м, а в конце – бесконечное количество новых элементов с переходом их количества в новое качество по волновым функциям. Это предположение основано на том, что в данное время известно только около 5% материи, а 95% материи неизвестна до сих пор – в этой темной материи может быть всё, в т.ч. и новые элементы с новой структурой и новой периодичностью.
Следовательно, Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева бесконечна в начале системы до водорода и в конце с определенными условиями стабильности новых элементов.
2. Целесообразности разработок новых производных систем элементов для исследования взаимосвязи между свойствами элементов, прогнозирования новых элементов и решения конкретных практических задач. Для этих целей авторами создан ряд новых производных систем химических элементов, в т.ч. и с разделением элементов на нечетные и четные по атомным номерам [2-12].
Два положения о неизменности Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева и целесообразности разработок новых производных систем элементов полностью соответствуют объективным диалектическим законам познания Природного мира.
Известна зависимость свойств элементов от их атомной массы и электронной конфигурации в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева по периодам и группам. Предлагается дополнительно рассматривать изменение свойств элементов по их кластерам (группировкам), основанным на количестве внешних электронов в каждой электронной конфигурации с целью:
- определить зависимости изменения свойств элементов в каждом кластере и между ними от четырех квантовых чисел: главного (n), орбитального (l), магнитного (ml) и спинового (ms);
- рассчитывать прогнозные свойства новых элементов на основе кластеров и электронных ячеек для их экспериментальной проверки;
- создать новые кластерные материалы и изделия по микро-, нано- и пикотехнологиям.
Постановка задачи в данной работе – определить кластеры химических элементов по количеству внешних электронов в каждой электронной конфигурации s-, p-, d-, f-, g-элементов (орбитальному квантовому числу l) при неизменности порядка их атомных масс и атомных номеров, равных количеству протонов в ядре и, соответственно, электронов в оболочках. Систематизировать кластеры химических элементов, определить электронные ячейки в кластерной системе элементов и изучить свойства ячеек.
Ранее авторами статьи установлены кластеры (группировки) химических элементов по структуре их внешних электронных оболочек и количеству в них внешних электронов [13].
Химическое взаимодействие элементов определяется преимущественно внешними электронами элементов, т.е. их количеством и структурой внешних электронных оболочек элементов. Также строение внешних электронных оболочек и связанные с ними большинство химических и физических свойств элементов определяются электромагнитным взаимодействием электронов с ядром – в основном кулоновскими силами и в меньшей степени друг с другом.
Количество внешних электронов и структура оболочек изменяются по группам элементов с определенным их чередованием в виде группировок, названных кластерами элементов.
Известно, что относительно небольшие группы частиц, объединенных теми или иными силами, относительно слабыми, называются кластерами (кластер, англ. cluster – группировка, скопление, сгусток, связка, пучок, группа атомов или других структурных элементов, агрегаты и др.). Виды кластеров многочисленны: нанокластеры (группировки, агрегаты ионов, атомов, молекул и отдельных частиц), металлические, магнитные, молекулярные, углеродные, водные, кластеры благородных газов и др.
Кластеры химических элементов – это группировки элементов с одинаковой электронной конфигурацией, с одинаковым интервалом изменения количества внешних электронов и границами между ними, определенными постоянным количеством внешних элементов в каждой группировке.
Кластерная система химических элементов (табл.1) основана на их разделении на s, p, d, f, g-элементы и кластеры.
Таблица 1. Кластерная система химических элементов
| Атомная масса – Удельная атомная масса – Распределение внешних электронов - | 6,94 3 2,31 Li литий 2s1 1 | -Атомный номер - Название элемента - Количество внешних электронов | Количество элементов в одном кластере: | 2-ð s-элементы 6-ð p-элементы 10-ð d-элементы 14-ð f-элементы 18-ð g-элементы | |||||||||
| Ряды | Группы элементов | ||||||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | |||||
| 1 | 1,0 1 1,0 H водород 1s1 1 | 4,0 2 2,0 He гелий 1s2 2 | 6,94 3 2,31 Li литий 2s1 1 | 9,01 4 2,25 Be бериллий 2s2 2 | 10,81 5 2,16 B бор 2s22p1 3 | 12,01 6 2,0 C углерод 2s22p2 4 | 14,00 7 2,0 N азот 2s22p3 5 | 15,99 8 1,99 О кислород 2s22p4 6 | 18,99 9 2,99 F фтор 2s22p5 7 | ||||
| 2 | 39,09 19 2,05 К калий 4s1 1 | 40,07 20 2,0 Са кальций 4s2 2 | 44,95 21 2,14 Sc скандий 3d14s2 3 | 47,88 22 2,17 Ti титан 3d24s2 4 | 50,94 23 2,21 V ванадий 3d34s2 5 | 51,99 24 2,16 Cr хром 3d44s2 6 | 54,93 25 2,19 Mn марганец 3d54s2 7 | 55,84 26 2,14 Fe железо 3d64s2 8 | 58,93 27 2,18 Сo кобальт 3d74s2 9 | ||||
| 3 | 85,47 37 2,31 Rb рубидий 5s1 1 | 87,62 38 2,0 Sr стронций 5s2 2 | 88,90 39 2,27 Y иттрий 4d15s2 3 | 91,22 40 2,28 Zr цирконий 4d25s2 4 | 92,90 41 2,26 Nb ниобий 4d45s1 5 | 95,94 42 2,28 Mo молибден 4d55s1 6 | 97,90 43 2,27 Tc технеций 4d55s2 7 | 101,07 44 2,29 Ru рутений 4d75s1 8 | 102,9 45 2,28 Rh родий 4d85s1 9 | ||||
| 4 | 132,9 55 2,41 Cs цезий 6s1 1 | 137,32 56 2,45 Ba барий 6s2 2 | 138,95 57 2,43 La лантан 5d16s2 3 | 140,12 58 2,41 Ce церий 4f15d16s2 4 | 140,9 59 2,38 Pr празеодим 4f36s2 5 | 144,24 60 2,40 Nd неодим 4f46s2 6 | 145,0 61 2,45 Pm прометий 4f56s2 7 | 150,4 62 2,42 Sm самарий 4f66s2 8 | 151,96 63 2,41 Eu европий 4f76s2 9 | ||||
| 5 | 180,94 73 2,47 Ta тантал 5d36s2 5 | 183,85 74 2,48 W вольфрам 5d46s2 6 | 186,2 75 2,48 Re рений 5d56s2 7 | 190,2 76 2,50 Os осми 5d66s2 8 | 192,22 77 2,49 Ir иридий 5d76s2 9 | 195,09 78 2,50 Рt платина 5d86s2 10 | 196,96 79 2,50 Au золото 5d106s1 11 | 200,59 80 2,50 Hg ртуть 5d106s2 12 | 204,38 81 2,52 Tl таллий 6s26p1 3 | ||||
| 6 | 231,03 91 2,53 Pa протактиний 5f26d17s2 5 | 238,02 92 2,58 U уран 5f36d17s2 6 | 237,04 93 2,54 Np нептуний 5f46d17s2 7 | 244,06 94 2,59 Pu плутоний 4f15d16s2 4 | 243,06 95 2,55 Am америций 5f77s2 9 | 247,07 96 2,57 Cm кюрий 5f76d17s2 10 | 247,07 97 2,54 Bk берклий 5f86d17s2 11 | 251,08 98 2,56 Cf калифорний 5f107s2 12 | 252,08 99 2,54 Es эйнштейн 5f117s2 13 | ||||
| 7 | 266,0 109 2,44 Mt мейтнерий 6d77s2 9 | 267,14 110 2,42 Ds дармштадтий 6d87s2 10 | 268,14 111 2,41 - 6d107s1 11 | 269,15 112 2,40 - 6d107s2 12 | 270,15 113 2,39 - 7s27p1 3 | 271,16 114 2,37 - 7s27p2 4 | 272,16 115 2,36 - 7s27p3 4 | 273,17 116 2,35 - 7s27p4 5 | 274,17 117 2,34 - 7s27p5 7 | ||||
| 8 | 284,42 127 2,23 - 9 | 285,25 128 2,22 - 10 | 286,26 129 2,22 - 11 | 287,27 130 2,20 - 12 | 131 - 13 | 132 - 14 | 133 - 15 | 134 -
16 | 135 - 17 | ||||
| 9 | 145 - 9 | 146 - 10 | 147 - 11 | 148 - 12 | 149 - 13 | 150 - 14 | 151 - 15 | 152 - 16 | 153 - 3 | ||||
| 10 | 163 - 3 | 164 - 4 | 165 - 5 | 166 - 6 | 167 - 7 | 168 - 8 | 169 - 1 | 170 -
2 | 171 -
3 | ||||
| 11 | 181 -
13 | 182 -
14 | 183 - 15 | 184 - 16 | 185 - 17 | 186 - 18 | 87 - 19 | 88 -
20 | 189 - 3 | ||||
| 12 | 199 - 13 | 200 - 14 | 201 - 15 | 202 - 16 | 203 - 3 | 204 - 4 | 205 - 5 | 206 - 6 | 207 - 7 | ||||
| 13 | 217 - 7 | 218 - 8 | 219 - 1 | 220 - 2 | -
| -
| -
| - | - | ||||
| 14 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||
Продолжение таблицы 1