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元素周期为什么是8进制

已有 779 次阅读 2019-7-22 21:43 |个人分类:物理新视点|系统分类:论文交流

核外电子为什么8个最稳定

                      晏成和(yych66@126.com)

元素周期律简洁天成,以核外电子自然数的排列,揭示了大自然内在的简单、规律、秩序和逻辑。在敬佩自然造物精妙之余、领悟:这应该是引领科学探讨的思路和方向。

科学在逐渐地进步发展之中,门捷列夫当年周期表只按原子性质和核外电子的总的数目的排列,谁也不知道原子内层电子是怎样排布。开始的这个8为周期,只是按原子特性的推理,也没有确切的实验证实。

 

在门捷列夫大师去世16年之后,光谱分析的精确谱线与计算结果珠联璧合,得出所有元素原子内层电子是严格按能级分层(K/L/M/N)分布,每个能级的电子按2、8、18…的个数规则排布,这才有了今天的元素周期表右边理直气壮的数字。

 

元素周期表告诉我们:构成原子的基材就只是质子、电子。就这两子建立的元素周期表为什么是8进制,核外电子为什么8个最稳定?为什么不是十进制?为此,我们就从核内、核外,从几何、物理机制的多个方面探讨这个稳定的8。那还是从周期表的开头说起。

 

1号元素  氢。氢原子由一个质子与一个核外电子组成。一个电子在核外高速运转很不稳定,所以氢原子不能单个存在,原子核就相互吸引相邻氢原子的电子,形成了两电子围绕两原子核高速运转,构成了氢气分子。

常温下,氢分子的两个核外电子速率极高、由于电子运转伴生的磁场滞留,使得电子运转线路扭转、形成椭圆球壳(有点像蚕茧)。电子与电子的场相斥,这个斥力很重要,在原子内:斥力推开形成支撑,不会被吸入原子核,并且维持距离以保持分子大小;斥力对原子外:使氢分子推开距离,形成氢气。这也是同种原子形成分子的主要方式,如:氧气、氮气。

 

2号元素  氦。氦原子由2个电子高速围绕4个质子构成了氦核;由此,氦核还能够吸引两个核外电子组成氦分子。两个电子在核外对称分布、绕核高速稳定旋转。由于电子运转伴生的磁场滞留,导致电子运转线路扭曲、呈包围原子核的电子球壳,电子与电子的伴生场相斥,使得氦原子相互推开距离,形成氦气。

 

说到了氦气、氦核,有必要到原子核内去看看,因为放射性元素原子核内放射出的三种射线,其中就有氦核,如下:

α射线,氦原子核结构(氦核)的粒子流。

β射线,高速的电子流。

γ射线,频率极高的电磁波。

其中α射线就是氦核,由2电子以极高速率环绕4个叠加的质子组成(图一),结合能极大、稳固,甚至是核爆炸也不分离。说明:氦核的质子、电子的运转速率极大,因此有很强的自组织能力,能以一定的结构动态存在着。核内粒子首先是以氦核状态存在着,再组合成原子核。

核外电子是规律排列、有序运转的。那么可以推理,原子核内的氦核、质子、中子可有类似的逻辑、也存在规律排列和运转。

氦核在极小的核内既有4个质子场引力、又有2个电子的斥力,所以原子核内的氦核肯定不是简单的堆垒、拥挤、混乱,必定是自组织能力极强,按一定自利的规则在原子核内精确排布。 

氦核是4个质子紧密结合形成四面体。在其质子引力、电子斥力的环境中,这个氦核四面体的4个平面可以均匀环绕4个氦核。在这4个氦核的外层,较大的球面上在引力、斥力作用下,可以均布9个氦核高速运转。这样的自组织就形成了原子核内氦核1,4,9,…几何分布。因为有“能力”,这些均匀分布的氦核是以极高速率运转着。(图一)


             图一  核内结构

在核内有质子数4倍的组成氦核,那些没能组合成氦核的质子以中子、核元、或单个的“价质子”旋转在原子核的外层。核元、价质子牵动着原子的价电子。

 

几何上,最基本的平面体是四面体,核内的氦核就是四面体,一个中心氦核的4个平面可以连接4个氦核。一个氦核牵引着2个核外电子,于是,中心氦核牵引2个核外电子在K能级;中心氦核之外的4个氦核牵引着8个电子在L能级。

 

从核内出来,是“空荡”的原子空间,一个氦核由4个质子、2个电子构成,还可以吸引2个核外电子以达到平衡,即一个氦核联系着两个核外电子,那么,原子核外电子数正好是核内氦核的2倍。核外电子按能级呈2/8/18/32的排列,与之对应,核内的氦核应该是按层次呈1/4/9/16排列(正好是1/2/3/4的平方)。核外电子是氦核手里的风筝,核内核外存在着严格的系统性,核外电子的2/8/18分布、旋转运动,是氦核早在核内就已经决定了。

 

原子核内若干氦核按层次呈1/4/9排列的粒子组合体,可以看成一个球体,一个理想平面通过球心能把球体分成对称的两半,原子内层(K层)只能有2个电子对称运转(对称、稳定),已经达到了稳定。

到了L层及以上,球体增大、能够容纳较多的电子,三维XYZ三个平面通过球心,正好能把球体分成上下、左右、前后X2,这8个等分,均衡、对称、稳定, 8个电子正好能够等距离分布、匀速运转。之后,质子电子数量再多、层数增加,三维稳定的也只能是8个,于是原子的稳定性决定了元素周期的8进制。

 

回到周期表,第二周期由1-5个氦核和数个质子构成的原子核,由锂、铍、硼、碳……3-10个核外电子组成原子。由于两个电子在内(K)层高速稳定旋转,已经把内层占满,余下的1-8个价电子只能在外层(L层)。因为电子之间相斥,除了氖气,这些价电子在核外的分布不均匀、不稳定。相邻原子相互吸引对方的价电子,形成了气体分子或价电子数相应的各种晶体。(另外专题讨论)

 

10号元素  氖原子由5个氦核(1-4)构成的原子核、有10个核外电子组成。两个电子在内层(K层)高速运转稳定旋转,把内层占满,其余的8个电子只能在外层(L层)。电子之间的斥力使8个电子在核外均匀的分布、高速稳定旋转。8个均布的电子运动形成包围原子核的电子球壳,电子的球壳与电子球壳相斥,氖原子推开距离,形成氦气。

11号元素有两个电子在内层(K层),余下的9个电子如果在L层既挤不下,也不可能协调稳定,于是L层保留8个稳定的电子,多出的1个电子只能在最外层(M层)作为价电子。虽然不稳定,相邻原子相互吸引对方不稳定的价电子,形成了与价电子数相应的各种晶体,所以周期表上同一列元素有相同的价电子、有相似的理化特性。12号元素及更大数码的元素与此同理。

 

光谱分析的谱线与计算结果揭示所有元素的核外电子是严格按能级分层,每个能级的电子按2、8、18…的个数规则排布,价电子从1到8的周期。

核外电子为什么8个最稳定,从周期表事实上看,8个价电子是除氦气之外、稳定惰性气体的专属;从核内氦核来看,8是核内中心氦核这个四面体所连接的4个氦核、乘以2;从几何上看,这8是球体被三维平面的等分。大自然钟爱8,从核内到原子,从原子延伸到分子,化合物的稳定结合,都是使价电子之和达到8或n8.如水H2O(1+1+6),食盐NACL(1+7),二氧化碳CO2(4+6+6)等等。

看来大自然不是有5个手指。元素周期的8、核外价电子稳定的8,是几何、物理稳定、三维空间、四面体X2等等大自然因素的合力铸成。

                        2019/7/18




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