В Химии до сих пор много таинственного и неизвестного. Эта мысль нет-нет да проскальзывает в последнем издании Н.Л. Глинки ОБЩАЯ ХИМИЯ. Ни раз, и ни два возникает желание задать детский вопрос: «почему?». Предлагаемые рассуждения значительно проясняют сложившуюся картину и могли быть сформулированы ещё полвека назад. Первые попытки в этом направлении прозвучали в работах (1, 2), но в них логика не везде безупречна, а также принципы химических связей совсем не рассматривались.
Для начала более полно опишем состояние электрона в атоме.

Автор отталкивается от теории электронной оболочки атома по Бору. Она опирается на три постулата.

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определённым круговым орбитам. Эти орбиты получили название – стационарные.
2. Двигаясь по стационарной орбите, электрон не излучает электромагнитной энергии.
3. Излучение происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом, испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.
   

Дальнейшие развитие понимания шло через ВОЛНОВУЮ ФУНКЦИЮ, предложенную Э. Шредингером.
В лекциях по квантовой физике Н. Бор приводит диаграммы стоячих волн вдоль стационарных орбит. Именно этот момент является ключом для всех дальнейших рассуждений и выводов.

1. Стоячие волны образуются в результате интерференции встречных волн. Таким образом, электрон на стационарных орбитах представлен двумя встречными волнами! Кроме электрона на стационарных орбитах интерферировать нечему! Это основополагающий вывод! Тем самым первый, второй и частично третий постулаты Н. Бора становятся лишними и являются следствием, в них пропадает смысл! Заряд электрона пропорционален интенсивности излучения. При стоячих волнах заряд электрона локализован в местах пучности волн, в пространстве не перемещается и по определению не излучает! На нестационарных орбитах встречные волны также интерферируют, но места пучности волн всё время перемещаются, заряд электрона также всё время перемещается, имеет место излучение, и электрон опускается на ближайшую стационарную орбиту!
2. На основании п.1 легко вычисляется распределение заряда электрона на стационарных сферах. Оно описывается тригонометрическими функциями. Тут необходимо учитывать двойственную природу электрона. Она распространяется на путь движения электрона. Если для частицы это орбита, то для волны это сфера. Если частица движется в одном направлении, то волна движется во все разрешённые направления. Поясним, что же происходит, на примере. Для этого возьмём произвольную точку на стационарной сфере в атоме и рассмотрим её как источник излучения с частотой электрона (назовём её полюсом). Волна начинает распространяться по всем возможным направлениям (360 градусов) вдоль поверхности разрешённой сферы. Полагаем длину орбиты равной длине электрона. Через четверть длины волны излучение равно нулю и совпадает с экватором. Ещё через четверть длины волны излучение собирается в точке, соответствующей противоположенному полюсу. Пройдя противоположенный полюс, излучение движется навстречу исходному. Возникают стоячие волны. У нас получился аналог сферического замкнутого лазерного резонатора. Заряд и масса электрона пропорциональны интенсивности излучения. В приведённых рассуждениях нет ничего необычного (широко применяется в оптике), однако применительно к атому приводилось впервые в работе (2) и не привлекло к себе внимание научной общественности. В том случае, когда длина орбиты в несколько раз превышает длину электрона, помимо полюсов, на поверхности разрешенной сферы, имеют место кольца. Возможно, именно они вызывают негативное восприятие, ведь большинство людей интуитивно воспринимают электрон как частицу, вращающуюся вокруг атома. Точное знание о распределении заряда и массы электрона в пространстве относительно атома по поверхности разрешённой сферы - огромное достижение! Не менее важно, что заряд и масса электрона меняются во времени с удвоенной частотой электрона, т.к. пропорциональны не амплитуде, а интенсивности излучения, и не зависят от сложности орбиты (сферы)! Посредством электрических, магнитных, гравитационных полей электрон взаимодействует с другими объектами на удалённом расстоянии и определяет химические свойства атома (молекулы).
3. Электроны, что в атоме, что в молекуле стремятся образовывать стабильные пары - подобное утверждение постулируется (многократно подтверждено практикой) и является одним из столпов химии. Чтобы понять этот механизм рассмотрим более детально интерференцию встречных волн электрона на стационарных сферах, а именно, ориентацию магнитной и электрической составляющих волн. Возможно два варианта.
   

• Электрическая составляющая расположена перпендикулярно направлению распространения волны и перпендикулярно поверхности разрешённой сферы. Имеет место необычный эффект (ранее нигде не упоминался). Направление электрического поля над полюсами совпадают и усиливают друг друга! Что наиболее просто наблюдать при длине орбиты равной длине волны электрона (волна, дойдя до противоположенного полюса, изменяет ориентацию полей на 180 градусов - в силу колебательного процесса и ещё на 180 градусов изменится электрическая составляющая из-за траектории движения). Подобное поле (электрический аналог ядерного магнитного спина) будет взаимодействовать с положительно заряженным ядром, но это отдельный вопрос. (Магнитные составляющие на противоположенных полюсах взаимно противоположены.)

• Магнитная составляющая расположена перпендикулярно направлению распространения волны и перпендикулярно поверхности разрешённой сферы. Направления магнитного поля над полюсами совпадают и усиливают друг друга! Что наиболее просто наблюдать при длине орбиты равной длине волны электрона (волна, дойдя до противоположенного полюса, изменяет ориентацию полей на 180 градусов - в силу колебательного процесса и ещё на 180 градусов изменится магнитная составляющая из-за траектории движения). Подобное поле не будет взаимодействовать с положительно заряженным ядром и состояние системы ядро-электрон можно считать стабильным. По сути, мы получили аналог ядерного магнитного спина электрона! Но с весомым довеском! Электрические составляющие на противоположенных полюсах взаимно противоположны и ориентированы под углом 90 градусов по направлению к ядру. Их необходимо учитывать, по крайней мере, они влияют на скорость образования электронной пары. Зная, откуда «растут уши» у ядерного магнитного спина, можно не только оценить, но и точно рассчитать значения напряжённости электромагнитных полей в атоме!

Пара электронов на одной орбите (сфере или ещё более сложной поверхности) могут взаимно компенсировать как собственное магнитное поле, так и довесок из электрических составляющих. Такое состояние с энергетической точки зрения более выгодное, система стремится к нему и нет никакого волшебства.
Подведём итоги. В приведённых рассуждениях нет никакого идеологического конфликта с ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИЕЙ Э. Шредингера. Квантовые числа всё также описывают электрон из встречных волн! Орбитальное квантовое число всё также описывает форму электронного облака. Однако мы получили много нового! Только описание одного ядерного магнитного спина электрона дорого стоит! Каждая форма электронного облака соответствует своему значению магнитного спина электрона, которое можно легко вычислить!
Перечитывая учебное пособие «ОБШАЯ ХИМИЯ» Н.Л. Глинки, мы встречаем описание различных химических связей между атомами и молекулами, однако нигде не рассматривается возможность образования химических связей между электронами в атоме! Это следствие неполных знаний о структуре электрона в атоме.
Сформулируем, что достаточно для теоретического обоснования таблицы Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА.

1. Распределение заряда электрона по поверхности разрешённых сфер образует два противоположенных симметричных полюса.
2. Электрический заряд изменяется во времени с удвоенной частотой электрона.
3. Два электрона на одной орбите (сфере) образуют устойчивую химическую связь.
4. Электрон (пара электронов) на разрешённой орбите (сфере) представляет аналог сферического замкнутого лазерного резонатора.
   

Всё вышеперечисленное является следствием того, что электрон на разрешённых орбитах (сферах) представлен встречными волнами.

Начнём с анализа одного электрона во внешнем слое и будем последовательно увеличивать их число.

1. Один электрон обладает высокой подвижностью, образует два отрицательно заряженных полюса, жестко связанных между собой. Имеет место ось, проходящая через центры полюсов. Ориентация оси в пространстве и фаза колебаний произвольны, что определяет металлические свойства веществ. Присутствует магнитный спин.
2. Два электрона представляют связанную пару, образуют два отрицательно заряженных полюса, жестко связанных между собой (см. работу 1). Имеет место ось, проходящая через центры полюсов. Ориентация оси в пространстве и фаза колебаний произвольны, что определяет металлические свойства веществ. Магнитный спин отсутствует.
3. Три электрона образуют более сложную конструкцию из двух пар отрицательно заряженных полюсов. Имеют место две оси, проходящие через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания, оси полюсов располагаются под углом в 90 градусов относительно друг друга. Подвижность такой структуры понижена. Каждая пара жёстко связанных между собой полюсов соответствует своему замкнутому сферическому резонатору. Наличие общих зон перекрытия полей зарядов формирует систему из двух связанных между собой резонаторов! В этой системе электрон одного резонатора может меняться местами с электроном другого резонатора, что является аналогом химической связи. На разрыв этой связи требуется энергия. Присутствует магнитный спин.
4. Четыре электрона также образуют конструкцию из двух пар отрицательно заряженных полюсов. Имеют место две оси, проходящие через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания, оси полюсов располагаются под углом в 90 градусов относительно друг друга. Подвижность такой структуры понижена. Каждая пара жёстко связанных между собой полюсов соответствует своему замкнутому сферическому резонатору. Наличие общих зон перекрытия полей зарядов формирует систему из двух связанных между собой резонаторов! В этой системе электрон одного резонатора может меняться местами с электроном другого резонатора, что является аналогом химической связи. На разрыв этой связи требуется энергия. Магнитный спин отсутствует.
5. Пять электронов образуют конструкцию из трёх пар отрицательно заряженных полюсов. Имеют место три оси, проходящие через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания, оси полюсов располагаются под углом в 90 градусов относительно друг друга. Подвижность такой структуры ещё более понижена. Каждая пара, жёстко связанных между собой полюсов, соответствует своему замкнутому сферическому резонатору. Наличие общих зон перекрытия полей зарядов формирует систему из трёх связанных между собой резонаторов! В этой системе электрон одного резонатора может меняться местами с электроном другого резонатора, что является аналогом химической связи. На разрыв этой связи требуется энергия. Присутствует магнитный спин.
6. Шесть электронов также образуют конструкцию из трёх пар отрицательно заряженных полюсов. Имеют место три оси, проходящие через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания, оси полюсов располагаются под углом в 90 градусов относительно друг друга. Подвижность такой структуры ещё более понижена. Каждая пара, жёстко связанных между собой полюсов, соответствует своему замкнутому сферическому резонатору. Наличие общих зон перекрытия полей зарядов формирует систему из трёх связанных между собой резонаторов! В этой системе электрон одного резонатора может меняться местами с электроном другого резонатора, что является аналогом химической связи. На разрыв этой связи требуется энергия. Магнитный спин отсутствует.
7. Семь электронов образуют конструкцию из четырёх пар отрицательно заряженных полюсов. Имеют место четыре оси, проходящие через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания оси полюсов располагаются относительно друг друга под одинаковыми углами. Подобное условие выполняется, если оси полюсов проходят через противоположные вершины куба. Каждая пара жёстко связанных между собой полюсов соответствует своему замкнутому сферическому резонатору. Наличие общих зон перекрытия полей зарядов формирует систему из четырёх связанных между собой резонаторов! В этой системе электрон одного резонатора может меняться местами с электроном другого резонатора, что является аналогом химической связи. На разрыв этой связи требуется энергия. Подвижность такой структуры очень низкая. Присутствует магнитный спин.
8. Восемь электронов также образуют конструкцию из четырёх пар отрицательно заряженных полюсов. Имеют место четыре оси, проходящие через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания, оси полюсов располагаются относительно друг друга под одинаковыми углами. Подобное условие выполняется, если оси полюсов проходят через противоположенные вершины куба. Каждая пара жёстко связанных между собой полюсов соответствует своему замкнутому сферическому резонатору. Наличие общих зон перекрытия полей зарядов формирует систему из четырёх связанных между собой резонаторов! В этой системе электрон одного резонатора может меняться местами с электроном другого резонатора, что является аналогом химической связи. На разрыв этой связи требуется энергия. Подвижность такой структуры очень низкая. Магнитный спин отсутствует.
9. Девять электронов образуют конструкцию из пяти пар отрицательно заряженных полюсов. Имеет место пять осей, проходящих через противоположенные полюса. Под действием электростатических сил отталкивания оси полюсов должны располагаться под одинаковыми углами! Подобное условие обязательно приводит к возникновению того или иного правильного многоугольника. Однако в ближайшем обозримом окружении таких правильных многоугольников нет. В трёхмерном пространстве существует всего пять правильных многоугольников - тетраэдр, октаэдр, икосаэдр, гексаэдр, додекаэдр. (С древности они считаются священными символами.) Мы вынуждены констатировать, что система из пяти осей расположенных под одинаковыми углами в природе невозможна! (Например, в додекаэдре 20 вершин и 12 граней). В результате электростатические силы отталкивания, образованные конструкцией из восьми электронов, выталкивают девятый электрон на внешний уровень, и процесс формирования внешнего слоя повторяется вновь!
   

О колебании заряда электрона во времени.

Благодаря колебаниям электрона во времени мы имеем в природе металлы! Максимум заряда электрона одного атома приходится на минимум заряда соседних электронов. Выполняется условие минимальных сил отталкивания и система стремится в подобное состояние. Если хорошо подумать, то именно этот сдвиг по фазе колебаний соседних электронов приводит к высокой электропроводности. Подобное возможно только для первого и второго столбца таблицы Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА, где ось, проходящая через противоположенные полюса, и фаза колебаний электрона в атоме произвольны. Остальные столбцы (3,4,5,6,7,8) имеют сложную структуру из электронов во внешнем слое и описываются другими законами.
Стремление электронов образовывать пары приводит к появлению ковалентных связей.
Рассмотрим молекулу из металла и неметалла. У неметаллов во внешнем слое электроны образуют систему связанных резонаторов (контуров). Одно из возможных применений связанных резонаторов в электротехнике это временная линия задержки. В реальности это приводит к тому, что электрон в молекуле, проходя атом неметалла, затрачивает больше времени, нежели проходя атом металла. Тем самым отрицательный заряд смещается в сторону неметалла, возникает полярная ковалентная связь и не нужно никакого волшебства.

И наконец, рассмотрим возможность ядерных реакций нового типа.

В пункте (А) описывается электрический аналог ядерного магнитного спина. Положительно заряженное ядро будет с ним взаимодействовать, а именно смещаться в сторону орбиты (сферы) электрона. К чему подобный процесс может привести? -

1. Первое, что приходит в голову - переориентация поляризации электрона. Однако механизм (наличие сил) переориентации непонятен.
2. Второе - возникновение эксцентрической орбиты. Однако механизм, останавливающий сближение ядра с электроном, непонятен.
3. Третье - ядро сближается с электроном до тех пор, пока протон и электрон не нейтрализуют друг друга с образованием нейтрона. Однако масса нейтрона ненамного превышает суммарную массу протона и электрона, а закон сохранения массы и энергии никто не отменял. Возможно, если учитывать энергию распада ядра, всё сойдётся.
   

Появляется большое желание поставить эксперимент. Самый простой и доступный объект - молекулы водорода. Молекула водорода существует за счёт стабильной пары электронов. Можно допустить, что помимо основной массы молекул, имеются молекулы с электронами на базе электрического аналога магнитного спина. В сильных электрических и магнитных полях их свойства отличаются и тогда возможна селекция молекул.

Поэтому первый этап эксперимента - выяснить, существуют ли в природе молекулы с электронной парой на основе электрического аналога магнитного спина. При наличии таковых нужно разработать и реализовать селекцию молекул. А затем разбить молекулы (разрушить связь электронной пары) и оценить результат.
На Земле и в Космосе много воды. Для возникновения жизни необходим углерод. Реакция преобразования кислорода в азот, а затем в углерод, тоже была бы весьма кстати. Возможно, эти реакции уже существуют - Всем известно, растения поглощают кислород и выделяют углекислый газ, часть углерода в составе органики идёт на строительство самого растения. Поставить эксперимент по контролю количества углерода, поступающего в растение и количества углерода, выделяемого и поглощаемого растением, не представляет труда. (Неплохо поставить аналогичный эксперимент с азотом.)

Трудно переоценить вклад уравнения Э. Шредингера в понимание и развитие физики. Имея неплохое математическое образование, должен отметить сложность процесса вычислений. Но сложность не беда, а вот если результат решения вследствие сделанных допущений не точен или не полон … Можно или нельзя описать электроны в атоме, как систему связанных резонаторов посредством решения уравнения Э. Шредингера? - Ответ дать в состоянии профессиональный математик, специализирующийся в данной области знаний.

Ссылки по тексту:

1. Емельянов С.А. Новый взгляд на квантовую механику, химию, их связь между собой
2. Емельянов С.А. Представление электрона в атоме в виде встречных волн и, как следствие,его неравномерное распределение в пространстве