Кластерная система химических элементов
Хорошавин Лев Борисович
Докт. техн. наук
Реферат
Разработана кластерная восемнадцатигрупповая система химических элементов до
N
220, 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 -10-24
м, 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
|
-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
|
4,0 2
2,0 He
гелий
1s2
|
6,94 3
2,31 Li
литий
2s1
|
9,01 4
2,25 Be
бериллий
2s2
|
10,81 5
2,16 B
бор
2s2
|
12,01 6
2,0 C
углерод
2s2
|
14,00 7
2,0 N
азот
2s2
|
15,99 8
1,99 О
кислород
2s2
|
18,99 9
2,99 F
фтор
2s2
|
||||
| 2
|
39,09 19
2,05 К
калий
4s1
|
40,07 20
2,0 Са
кальций
4s2
|
44,95 21
2,14 Sc
скандий
3d1
|
47,88 2
2,17 Ti
титан
3d2
|
50,94 23
2,21 V
ванадий
3d3
|
51,99 24
2,16 Cr
хром
3d4
|
54,93 25
2,19 Mn
марганец
3d5
|
55,84 26
2,14 Fe
железо
3d6
|
58,93 27
2,18 С
кобальт
3d7
|
||||
| 3
|
85,47 37
2,31 Rb
рубидий
5s1
|
87,62 38
2,0 Sr
стронций
5s2
|
88,90 39
2,27 Y
иттрий
4d1
|
91,22 40
2,28 Zr
цирконий
4d2
|
92,90 41
2,26 Nb
ниобий
4d4
|
95,94 42
2,28 Mo
молибден
4d5
|
97,90 43
2,27 Tc
технеций
4d5
|
101,07 44
2,29 Ru
рутений
4d7
|
102,9 4
2,28 Rh
родий
4d8
|
||||
| 4
|
132,9 55
2,41 Cs
цезий
6s1
|
137,32 56
2,45 Ba
барий
6s2
|
138,95 57
2,43 La
лантан
5d1
|
140,12 58
2,41 Ce
церий
4f1
|
140,9 59
2,38 Pr
празеодим
4f3
|
144,24 60
2,40 Nd
неодим
4f4
|
145,0 61
2,45 Pm
прометий
4f5
|
150,4 62
2,42 Sm
самарий
4f6
|
151,96 63
2,41 Eu
европий
4f7
|
||||
| 5
|
180,94 73
2,47 Ta
тантал
5d3
|
183,85 74
2,48 W
вольфрам
5d4
|
186,2 75
2,48 Re
рений
5d5
|
190,2 76
2,50 Os
осми
5d6
|
192,22 77
2,49 Ir
иридий
5d7
|
195,09 78
2,50 Р
платина
5d8
|
196,96 79
2,50 Au
золото
5d10
|
200,59 80
2,50 Hg
ртуть
5d10
|
204,38 81
2,52 Tl
таллий
6s2
|
||||
| 6
|
231,03 91
2,53 Pa
протактиний
5f2
|
238,02 92
2,58 U
уран
5f3
|
237,04 93
2,54 Np
нептуний
5f4
|
244,06 94
2,59 Pu
плутоний
4f1
|
243,06 95
2,55 Am
америций
5f7
|
247,07 96
2,57 Cm
кюрий
5
|
247,07 97
2,54 Bk
берклий
5f8
|
251,08 98
2,56 Cf
калифорний
5f1
|
252,08 9
2,54 Es
эйнштейн
5f1
|
||||
| 7
|
266,0 109
2,44 Mt
мейтнерий
6d7
|
267,14 110
2,42 Ds
дармштадтий
6d8
|
268,14 111
2,41 -
6d10
|
269,15 112
2,40 -
6d10
|
270,15 113
2,39 -
7s2
|
271,16 11
2,37 -
7s2
|
272,16 11
2,36 -
7s2
|
273,17 11
2,35 -
7s2
|
274,17 117
2,34 -
7s2
|
||||
| 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
| Ряды
|
Группы элементов
|
||||||||
| X
|
XI
|
XII
|
XIII
|
XIV
|
XV
|
XVI
|
XVII
|
XVIII
|
|
| 1
|
20,17 1
2,01 Ne
неон
2s2
|
22,99 11
2,09 Na
натрий
3s1
|
6,94 12
2,02 Mg
магний
3s2
|
26,98 13
2,07 Al
алюминий
3s2
|
28,08 14
2,0 Si
кремний
3s2
|
30,97 15
2,06 P
фосфор
3s2
|
32,06 16
2,0 S
сера
3s2
|
35,45 17
2,08 Cl
хлор
3s2
|
39,94 18
2,21 Ar
аргон
3s2
|
| 2
|
58,34 28
2,08 Ni
никель
3d8
|
63,54 2
2,19 С
медь
3d10
|
65,39 30
2,17 Zn
цинк
3d10
|
69,72 31
2,24 Ga
галлий
4s2
|
72,61 32
2,26 Ge
германий
4s2
|
74,92 33
2,27 As
мышьяк
4s2
|
78,96 34
2,32 Se
селен
4s2
|
79,90 3
2,28 Br
бром
4s2
|
83,8 36
2,32 К
криптон
3s2
|
| 3
|
106,4 46
2,31 Pd
палладий
4d10
|
107,86 47
2,29 Ag
серебро
4d10
|
112,41 48
2,34 Cd
кадмий
4d10
|
114,81 49
2,34 In
индий
5s2
|
118,71 50
2,37 Sn
олово
5s2
|
121,75 51
2,38 Sb
сурьма
5s2
|
127,6 52
2,45 Te
теллур
5s2
|
126,9 53
2,39 I
йод
5s2
|
131,29 54
2,43 Xe
ксенон
5s2
|
| 4
|
157,25 64
2,45 Gd
гадолиний
4f7
|
153,92 65
2,36 Tb
тербий
4f9
|
162,5 66
2,46 Dy
диспрозий
4f1
|
164,93 67
2,46 Ho
гольмий
4f1
|
167,26 68
2,46 Er
эрбий
4f12
|
168,93 69
2,44 Tm
тулий
4f13
|
173,04 70
2,47 Yb
иттербий
4f14
|
174,97 71
2,46 Lu
лютеций
5d1
|
178,49 72
2,47 Hf
гафний
5d2
|
| 5
|
207,2 82
2,52 Pb
свинец
6s2
|
208,98 83
2,51 Bi
висмут
6s2
|
208,98 84
2,48 Po
полоний
6s2
|
209,98 85
2,47 At
астат
6s2
|
221,01 86
2,58 Rn
радон
6s2
|
223,02 87
2,56 Fr
франций
7s1
|
226,02 88
2,56 Ra
радий
7s2
|
227,02 89
2,55 Ac
актиний
6d1
|
232,03 90
2,57 Th
торий
6d2
|
| 6
|
257,09100
2,57 Fm
фермий
4f12
|
258,09 101
2,55 Md
менделеевий
5
|
259,1 102
2,54 No
нобелий
5f14
|
260,1 103
2,52 Lr
лоуренсий
6d1
|
261,11 104
2,51 Rf
резерфордийий
6d2
|
262,11 105
2,49 Db
дубний
6d3
|
263,12 106
2,48 Sg
сиборгий
6d4
|
264,1 107
2,46 Bh
борий
6d5
|
265,13 108
2,45 Hs
хассий
6d6
|
| 7
|
275,18118
2,33 -
7s2
|
276,18 11
2,32 -
8s1
|
277,19 1
2,30 -
8s2
|
278,19 1
2,29 -
3 |
279,2 1
2,28 -
4 |
280,2 1
2,27 -
5 |
281,21 1
2,26 -
6 |
282,22 1
2,25 -
7 |
283,23 1
2,24 -
8 |
| 8
|
1
- 18 |
1
-
19 |
1
-
20 |
1
-
3 |
1
-
4 |
1
-
5 |
142
-
6 |
1
-
7 |
1
-
8 |
| 9
|
1
-
4 |
1
-
5 |
1
-
6 |
1
-
7 |
1
-
8 |
15
-
9 |
1
-
10 |
1
- 11 |
162
- 12 |
| 10
|
1
-
4 |
1
-
5 |
1
-
6 |
1
-
6 |
1
-
8 |
1
-
9 |
1
-
10 |
17
-
11 |
1
-
12 |
| 11
|
19
-
4 |
191
-
5 |
192
-
6 |
193
-
7 |
194
-
8 |
195
-
9 |
196
-
10 |
197
-
11 |
198
-
12 |
| 12
|
2
-
8 |
2
-
9 |
21
-
10 |
2
-
11 |
212
-
12 |
213
-
3 |
214
-
4 |
215
- 5 |
216
- 6 |
| 13
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
| 14
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Таблица 2. Разделение химических элементов на
s
,
p
,
d
,
f
,
g
-элементы и кластеры в кластерной системе химических элементов
| s-
|
p-
|
d-
|
f-
|
g-
|
|||||||||||||||||
| Но-мер |
Сим-вол |
К-во внешних электронов |
Но-мер |
Сим-вол |
К-во внешних электронов |
Но-мер |
Сим-вол |
К-во внешних электронов |
Но-мер |
Сим-вол |
К-во внешних электронов |
Но-мер |
Сим-вол |
К-во внешних электронов |
|||||||
| 1 |
H
|
1 |
5 |
B
|
3 |
21 |
Sc
|
3 |
57 |
La
|
3 |
121 |
- |
3 |
|||||||
| 2 |
He
|
2 |
6 |
C
|
4 |
22 |
Ti
|
4 |
58 |
Ce
|
4 |
122 |
- |
4 |
|||||||
| 3 |
Li
|
1 |
7 |
N
|
5 |
23 |
V
|
5 |
59 |
Pr
|
5 |
123 |
- |
5 |
|||||||
| 4 |
Be
|
2 |
8 |
O
|
6 |
24 |
Cr
|
6 |
60 |
Nd
|
6 |
124 |
- |
6 |
|||||||
| 11 |
Na
|
1 |
9 |
F
|
7 |
25 |
Mn
|
7 |
61 |
Pm
|
7 |
125 |
- |
7 |
|||||||
| 12 |
Mg
|
2 |
10 |
Ne
|
8 |
26 |
Fe
|
8 |
62 |
Sm
|
8 |
126 |
- |
8 |
|||||||
| 19 |
K
|
1 |
13 |
Al
|
3 |
27 |
Co
|
9 |
63 |
Eu
|
9 |
127 |
- |
9 |
|||||||
| 20 |
Ca
|
2 |
14 |
Si
|
4 |
28 |
Ni
|
10 |
64 |
Gd
|
10 |
128 |
- |
10 |
|||||||
| 37 |
Rb
|
1 |
15 |
P
|
5 |
29 |
Cu
|
11 |
65 |
Tb
|
11 |
129 |
- |
11 |
|||||||
| 38 |
Sr |
2 |
16 |
S
|
6 |
30 |
Zn
|
12 |
66 |
Dy
|
12 |
130 |
- |
12 |
|||||||
| 55 |
Cs
|
1 |
17 |
Cl
|
7 |
39 |
Y
|
3 |
67 |
Ho
|
13 |
131 |
- |
13 |
|||||||
| 56 |
Ba |
2 |
18 |
Ar
|
8 |
40 |
Zr
|
4 |
68 |
Er
|
14 |
132 |
- |
14 |
|||||||
| 87 |
Fr
|
1 |
31 |
Ga
|
3 |
41 |
Nb
|
5 |
69 |
Tm
|
15 |
133 |
- |
15 |
|||||||
| 88 |
Ra
|
2 |
32 |
Ge
|
4 |
42 |
Mo
|
6 |
70 |
Yb
|
16 |
134 |
- |
16 |
|||||||
| 119 |
-
|
1 |
33 |
As
|
5 |
43 |
Tc
|
7 |
89 |
Ac
|
3 |
135 |
- |
17 |
|||||||
| 120 |
-
|
2 |
34 |
Se
|
6 |
44 |
Ru
|
8 |
90 |
Th
|
4 |
136 |
- |
18 |
|||||||
| 169 |
-
|
1 |
35 |
Br
|
7 |
45 |
Rh
|
9 |
91 |
Pa
|
5 |
137 |
- |
19 |
|||||||
| 170 |
-
|
2 |
36 |
Kr
|
8 |
46 |
Pd
|
10 |
92 |
U
|
6 |
138 |
- |
20 |
|||||||
| 219 |
-
|
1 |
49 |
In
|
3 |
47 |
Ag
|
11 |
93 |
Np
|
7 |
171 |
- |
3 |
|||||||
| 220 |
-
|
2 |
50 |
Sn
|
4 |
48 |
Cd
|
12 |
94 |
Pu
|
8 |
172 |
- |
4 |
|||||||
| 10 кластеров |
51 |
Sb
|
5 |
71 |
Lu
|
3 |
95 |
Am
|
9 |
173 |
- |
5 |
|||||||||
| 52 |
Te
|
6 |
72 |
Hf
|
4 |
96 |
Cm
|
10 |
174 |
- |
6 |
||||||||||
| 53 |
I
|
7 |
73 |
Ta
|
5 |
97 |
Bk
|
11 |
175 |
- |
7 |
||||||||||
| 54 |
Xe
|
8 |
74 |
W
|
6 |
98 |
Cf
|
12 |
176 |
- |
8 |
||||||||||
| 81 |
Tl
|
3 |
75 |
Re
|
7 |
99 |
Es
|
13 |
177 |
- |
9 |
||||||||||
| 82 |
Pb
|
4 |
76 |
Os
|
8 |
100 |
Fm
|
14 |
178 |
- |
10 |
||||||||||
| 83 |
Bi
|
5 |
77 |
Ir
|
9 |
101 |
Md
|
15 |
179 |
- |
11 |
||||||||||
| 84 |
Po
|
6 |
78 |
Pt
|
10 |
102 |
No
|
16 |
180 |
- |
12 |
||||||||||
| 85 |
At
|
7 |
79 |
Au
|
11 |
139 |
-
|
3 |
181 |
- |
13 |
||||||||||
| 86 |
Rn
|
8 |
80 |
Hg
|
12 |
140 |
-
|
4 |
182 |
- |
14 |
||||||||||
| 113 |
- |
3 |
103 |
Lr
|
3 |
141 |
-
|
5 |
183 |
- |
15 |
||||||||||
| 114 |
- |
4 |
104 |
Rf
|
4 |
142 |
-
|
6 |
184 |
- |
16 |
||||||||||
| 115 |
- |
5 |
105 |
Db
|
5 |
143 |
-
|
7 |
185 |
- |
17 |
||||||||||
| 116 |
- |
6 |
106 |
Sg
|
6 |
144 |
-
|
8 |
186 |
- |
18 |
||||||||||
| 117 |
- |
7 |
107 |
Bh
|
7 |
145 |
-
|
9 |
187 |
- |
19 |
||||||||||
| 118 |
- |
8 |
108 |
Hs
|
8 |
146 |
-
|
10 |
188 |
- |
20 |
||||||||||
| 163 |
- |
3 |
109 |
Mt
|
9 |
147 |
-
|
11 |
2 кластера |
||||||||||||
| 164 |
- |
4 |
110 |
Ds
|
10 |
148 |
-
|
12 |
|||||||||||||
| 165 |
- |
5 |
111 |
-
|
11 |
149 |
-
|
13 |
|||||||||||||
| 166 |
- |
6 |
112 |
-
|
12 |
150 |
-
|
14 |
|||||||||||||
| 167 |
- |
7 |
153 |
-
|
3 |
151 |
-
|
15 |
|||||||||||||
| 168 |
- |
8 |
154 |
-
|
4 |
152 |
-
|
16 |
|||||||||||||
| 213 |
- |
3 |
155 |
-
|
5 |
189 |
-
|
3 |
|||||||||||||
| 214 |
- |
4 |
156 |
-
|
6 |
190 |
-
|
4 |
|||||||||||||
| 215 |
- |
5 |
157 |
-
|
7 |
191 |
-
|
5 |
|||||||||||||
| 216 |
- |
6 |
158 |
-
|
8 |
192 |
- |
6 |
|||||||||||||
| 217 |
- |
7 |
159 |
-
|
9 |
193 |
- |
7 |
|||||||||||||
| 218 |
- |
8 |
160 |
-
|
10 |
194 |
- |
8 |
|||||||||||||
| 8 кластеров |
161 |
-
|
11 |
195 |
- |
9 |
|||||||||||||||
| 162 |
-
|
12 |
196 |
- |
10 |
||||||||||||||||
| 203 |
-
|
3 |
197 |
- |
11 |
||||||||||||||||
| 204 |
-
|
4 |
198 |
- |
12 |
||||||||||||||||
| 205 |
-
|
5 |
199 |
- |
13 |
||||||||||||||||
| 206 |
-
|
6 |
200 |
- |
14 |
||||||||||||||||
| 207 |
-
|
7 |
201 |
- |
15 |
||||||||||||||||
| 208 |
-
|
8 |
202 |
- |
16 |
||||||||||||||||
| 209 |
-
|
9 |
4 кластера |
||||||||||||||||||
| 210 |
-
|
10 |
|||||||||||||||||||
| 211 |
-
|
11 |
|||||||||||||||||||
| 212 |
-
|
12 |
|||||||||||||||||||
| 6 кластеров |
|||||||||||||||||||||
| Итого: s - 20 |
p - 48 |
d - 60 |
f - 56 |
g - 36 |
|||||||||||||||||
| Всего: 220 элементов |
|||||||||||||||||||||
Так, в кластерной системе внешние электроны образуют в s-, p-,d-,f-, g-элементах следующие кластеры (табл.2, рис.1):
| - по 2 -s-элементов, - по 6 –р-элементов, - по 10 -d-элементов |
- по 14 –f-элементов, - по 18-g-элементов. |
Рис.2. Распределение s-, p-, d-, f-, g-элементов и кластеров по атомным номерам в кластерной системе химических элементов. Цифра – количество элементов в кластере:2,6,10,14,18 с разностью между ними по 4 элемента и парностью по 2 элемента
При этом разность между каждым кластером равна 4 элементам (2-6-10-14-18) и парностью по 2 элемента.
В каждом элементе количество внешних электронов изменяется так:
- в s – элементах внешние электроны изменяются от 1 до 2;
| - в р -элементах -3-8; - в d -элементах -3-12; |
- в f –элементах – 3-16; -в g –элементах – 3-20; |
Количество пар элементов в s-,p-,d-,f-,g-группах и кластеров элементов в кластерной системе приведено в табл.3
Таблица 3. Количество пар элементов
s
-,
p
-,
d
-,
f
-,
g
-группах и кластеров в кластерной системе
| Группы элементов |
Общее количество элементов |
Количество пар элементов |
Количество кластеров элементов |
| s – элементы |
20 |
10 |
10 |
| р – элементы |
48 |
24 |
8 |
| d – элементы |
60 |
30 |
6 |
| f – элементы |
56 |
28 |
4 |
| g – элементы |
36 |
18 |
2 |
| Всего: |
220 |
110 |
30 |
В системе количество пар нечетных - четных элементов сначала возрастает в группах от s
–
элементов к d –
элементам, а затем снижается к g – элементам. Количество кластеров уменьшается от s к g- элементам.
Границы кластеров элементов повторяются через определенное количество атомных номеров N:
- по первичной разности ∆Nп
между конечным номером Nк
одного кластера и начальным номером Nн
другого кластера по группам s-,p-,d-,f-,g-элементов - ∆Nп
= Nк
- Nн
;
- по вторичной разность ∆Nв
между первичной разностью соседних кластеров - ∆Nв
=∆Nп1
-∆Nп2
(Табл.4)
Таблица 4. Первичная и вторичная разность между кластерами элементов
| s-элементы |
p-элементы |
d-элементы |
f-элементы |
g-элементы |
||||||||||
| Nк
|
∆Nп
|
∆Nв
|
Nк
|
∆Nп
|
∆Nв
|
Nк
|
∆Nп
|
∆Nв
|
Nк
|
∆Nп
|
∆Nв
|
Nк
|
∆Nп
|
∆Nв
|
| 2-3 |
1 |
- |
10-13 |
3 |
- |
30-39 |
9 |
- |
70-89 |
19 |
- |
138-171
|
33
|
0 |
| 4-11 |
7 |
6 |
18-31 |
13 |
10 |
48-71 |
23 |
14 |
102-139
|
37
|
18 |
188-
|
||
| 12-19 |
7 |
0 |
36-49 |
13 |
0 |
80-103 |
23 |
0 |
152-189
|
37
|
0
|
|||
| 20-37 |
17 |
10 |
54-81 |
27 |
14 |
112-153
|
41
|
18
|
202-
|
|||||
| 38-55 |
17 |
0 |
86-113
|
27
|
0
|
162-203
|
41
|
0
|
||||||
| 56-87 |
31 |
14 |
118-163
|
45
|
18
|
212-
|
||||||||
| 88-119 |
31 |
0 |
168-213
|
45
|
0
|
|||||||||
| 120-169
|
49
|
18
|
218-
|
|||||||||||
| 170-219
|
49
|
0
|
||||||||||||
| 220-
|
||||||||||||||
Примечание. Исходные данные табл.2, жирным шрифтом – прогнозные данные. Nк
, Nн
- атомные номера элементов соответственно конечного и начального кластера; ∆Nп
- первичная разность между кластерами; ∆Nв
- вторичная разность между первичной разностью соседних кластеров. Так, например, ∆Nп
=∆Nк
-∆Nн
=[2-3]=1; ∆Nв
=7-1=6 и т.д.
Обращают на себя внимание двойственная однотипность первичной разности элементов ∆Nп
между кластерами и строгая последовательность изменения вторичной разности ∆Nв
: 6-0-10-0-14-0-18-0. Эти закономерности позволили привести прогнозные данные по группам s-,p-,d-,f-,g-элементов и количеству внешних электронов до №220 (табл.1,2, рис.2)
При этом количество внешних электронов в системе распределяется одинаково по отдельным областям.
В дальнейшем целесообразно исследовать изменение свойств химических элементов по кластерам с целью познания и созидания новых химических соединений и веществ – новых кластерных материалов и изделий.
Действительно, если фундаментальным принципом построения Периодической системы элементов является выделение в ней периодов (горизонтального ряда) и групп (вертикальные столбцы) элементов с изучением изменения в них свойств элементов, то в кластерной системе (производной от Периодической системы) рассматриваются кластеры элементов. При этом Периодическая система носит расчетный характер по периодам и группам, а кластерная система – тоже расчетный характер по кластерам элементов и электронным ячейкам.
В данное время известно 118 элементов. В кластерной системе содержится пока 220 элементов, в т.ч. 20-s-элементов, 48-р-элементов, 60-d-элементов, 56-f элементов и 36-g-элементов.
Известно, что любой элемент в Периодической системе имеет свойства, промежуточные между свойствами соседних с ним элементов по горизонтали, вертикали, и диагонали [14].
Кластерная система химических элементов имеет одинаковую, ячеистую, электронную структуру - разность между количеством электронов любых близлежащих элементов в разных частях системы одинакова. Так, в любых электронных ячейках 2х2 элемента разность между количеством электронов, равного атомному номеру элемента, всегда равна (рис.2,а):
| - по горизонтали – 1 - по вертикали - 18 |
- по диагонали сверху виз – 19; - по диагонали снизу вверх – 17. |
Аналогично изменяется количество электронов в любых электронных ячейках 3х3, 4х4 и т.д. в разных частях системы (рис.2,б).
Следовательно, кластерная система химических элементов имеет ячеистую структуру, состоящую из одинаковых электронных ячеек. Свойства электронных ячеек следующие (рис.1,в):
а б в
Рис.2.
Электронные ячейки кластерной системы химических элементов
- противоположные стороны электронных ячеек всегда равна между собой: А=С; D=B; а=с; d=b. Поэтому и сумма или разность противоположных сторон ячеек равна между собой А±С=D±B; а±с=d±b;
- суммы диагональных номеров элементов (количество электронов) всегда равна между собой : Е1
=Н+Х; F1
=R+L; Е1
= F1
; е1
=0+х; f1
=S+P; е1
= f1
;
- сумма или разность диагональных номеров элементов равна сумме или разности соответствующих сторон треугольников в ячейках – их общей гипотенузе:
Е=А± B=D±С; е=а±b=d±с; Е=D±А=С±B; f=d±а=с±b;
- сумма диагоналей, поделена на 2, равна вертикальным сторонам ячеек: (Е+F)/2=B=D;
- разность диагоналей ячеек, поделена на 2, равна горизонтальным сторонам ячеек: (Е-F)/2=A=C;
- каждый атомный номер элемента, т.е. количество электронов у элемента, равен сумме двух противоположных диагональных элементов с минусом другого диагонального элемента: Х= (R+L)-H; О=(M+J)-H; S=(R+O)-M; Р=(О+L)-J и т.д.
Поэтому, зная свойства любых трех соседних элементов в прямоугольной ячейке можно по формуле Х=(R+L)-H определить свойства четвертого (нового) элемента.
Эти закономерности электронных ячеек при постановке электронов в ячейки, являются точными и могут быть использованы для расчета электронов новых элементов без поправочных коэффициентов.
Однако, при постановке в ячейки вместо электронов различных свойств элементов (атомной массы, атомных радиусов, плотности и др.) для расчета свойств новых элементов в закономерности ячеек требуется введение поправочных коэффициентов. Это вероятно, обусловлено неодинаковой удельной атомной массой в элементах (атомная масса элемента приходящаяся на 1 электрон) и недостаточной объективностью существующих показателей свойств элементов (в разных справочниках свойства элементов различны).
Другой особенностью кластерной системы химических элементов является то, что все элементы в ней связаны по парам, т.е все они парные – нечетные с четными. Парность (двоичность) элементов наглядно подтверждается в s-,p-,d-,f-,g-группах, в которых все элементы располагаются по парам: H с He, Li с Be, B с C,N с O и т.д. Это положение широко распространено в Природном и техногенном мире.
В данной работе использовано положение геохимии о распространенности и устойчивости нечетных и четных элементов в земной коре и метеоритах.
Д.И.Менделеев первым отметил сложение вещества земной коры в основном легкими элементами по Fe включительно, а элементы, стоящие в Периодической системе после Fe , в сумме составляют лишь доли процента. «Наибольшим распространением в Природе пользуются элементы лишь малого атомного веса» (1895 г.).
При этом четные элементы более устойчивы, чем нечетные, что определяется структурой ядер и электронных оболочек. Это положение подтверждается в геохимии правилом Оддо-Гаркинса, которые установили сильное преобладание четных элементов над нечетными на Земле и в метеоритах, возраст которых составляет 4,5 млрд.лет. Так, в земной коре четные элементы составляют 86,5% общей массы коры. В железных метеоритах четные элементы составляют 92,22%, а в каменных – 97,69% [2].
Правило Оддо-Гаркинса проявляется и в составе двух главнейших магм Земли: в кислой магме присутствуют преимущественно нечетные элементы: H(1), Li93), B(5), F(9), Na(11), Cl(17), K(19), а в основной магме преобладают четные элементы: Mg(12), Ca(20), Ti(22), Cr(24), Fe(26), Ni(28). В скобках приведены порядковые номера элементов в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева, которые неизменны. В целом распространенность элементов и их устойчивость уменьшается от более легких к более тяжелым почти по экспоненциальному закону, различному для элементов с нечетными и четными атомными номерами.
Кроме того, в работе использовано положение диалектики о том, что раздвоение единого целого является сущностью теории познания [15]. Для этого Периодическая система элементов Д.И.Менделеева была разделена на нечетные и четные элементы с определением по отдельности их свойств с использованием компьютерной программы искусственного интеллекта [3,4]. Установлены следующие зависимости изменения свойств нечетных и четных элементов:
1. Атомный радиус.
Общей закономерностью является уменьшение атомного радиуса в ряду s > p < d < f–элементов. При этом у четных элементов атомный радиус меньше, чем у нечетных (кроме р-элементов). Средний атомный радиус нечетных и четных элементов следующий (пм):
элементы нечетные четные
s – 203,12 176,00
p – 132,77 144,72
d – 148,05 142,20
f – 178,33
176,20
среднее: 165,56 159,78
2. Плотность.
В целом плотность в ряду s > p > d > f–элементов имеет тенденцию к возрастанию, особенно у четных элементов.
3. Температура плавления элементов.
В целом температура плавления элементов в ряду s > p > d > f возрастает, особенно у четных элементов.
4. Температура плавления оксидов.
Наиболее высокую температуру плавления имеют четные s, p, d, f-элементы, особенно после №100.
Таким образом, в зависимости от электронного строения внешних оболочек свойства элементов в общем зависят скачкообразно, но с тенденцией уменьшения атомного радиуса, увеличения плотности и температуры плавления оксидов. Анализ этих данных показывает, что, например, для техногенных материалов – огнеупоров – целесообразно использовать оксиды из четных s, p и d-элементов до №56 – бария, а для сверхпроводников – четные элементы в кластерах [17-19].
В целом изучение кластерной системы химически элементов позволит дополнительно расширить определение взаимосвязи свойств существующих и прогнозных элементов с использованием впервые кластеров элементов и электронных ячеек с целью создания новых кластерных содинений, веществ, материалов и изделий: кластерных сверхпроводников, топливных элементов, кластерных огнеупоров, спецкерамики и др.
Создание кластерных изделий необходимо производить по микро-, нано- и пикотехнологиям с использованием компьютерных программ искусственного интеллекта.
Выводы
1. Приведена кластерная система химических элементов до атомного номера №220. В ней определены свойства кластерных элементов и электронных ячеек.
2. Использование кластеров химических элементов и электронных ячеек открывает новые возможности дополнительного изучения взаимосвязи свойств элементов, расчета прогнозных свойств новых элементов и создания новых кластерных материалов и изделий.
Литература
1. Волков А.И.
Строение атомов и Периодический закон/-М.: Новое знание,2006.-196с.
2. Хорошавин Л.Б.
Оптимальная область огнеупоров в Периодической системе химических элементов/. Объединенный научный журнал.2005, №5, с.64-70. Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
3. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б.
Исследование взаимосвязи между свойствами химических элементов на основе Периодического закона./. Объединенный научный журнал. 2005, №5, с.71-81. Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
4. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б.
Исследование зависимости свойств химических элементов от их электронного строения на основе Периодического закона/. Объединенный научный журнал. 2005, №11, с.62-76. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
5. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б.
Элементы, стоящие до Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева/. Объединенный научный журнал. 2005, №12, с.77-85. Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
6. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б
. Управление электронами – основа изменения свойств химических элементов, соединений и веществ/. Объединенный научный журнал. 2005, №20, с.71-81. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
7. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б. Якушина Е.В.
Компьютерная гибридная модель расчета свойств химических элементов/. Объединенный научный журнал. 2005, №20, с.81-86. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
8. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б.
Электронная технология огнеупоров на основе Периодического закона/Журнал «Новые огнеупоры». 2005, №10, с.75-83. Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
9. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б. Якушина Е.В.
Октайдная и десятичная системы химических элементов/. Объединенный научный журнал. 2005, №30, с.60-67. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
10. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б. Якушина Е.В. Никитина Н.Ю.
От систем химических элементов до нанотехнологии материалов и изделий/. Объединенный научный журнал. 2005, №32, с.67-76. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
11. Хорошавин Л.Б.,
Щербатский В.Б. Якушина Е.В.
Сопоставление различных систем химических элементов/. Объединенный научный журнал. 2006, №3, с.88-100. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
12. Хорошавин Л.Б.,
Щербатский В.Б. Якушина Е.В.
Ячеистая структура десятичной системы химических элементов/. Объединенный научный журнал. 2006, №9, с.64-72. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
13. Хорошавин Л.Б.,
Щербатский В.Б.
Электронные ячейки и кластеры химических элементов./Объединенный научный журнал. 2008, №6, с.55-63. Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
14. Егоров В.В.
Теоретические основы неорганической химии. СПб.: Изд-во «Лань», 2005.- 192с.
15. Хорошавин Л.Б.
Диалектика огнеупоров./ Л.Б.Хорошавин. Екатеринбург: Изд-во Екатеринбургская Ассоциация Малого бизнеса, 1999. -359с.
16. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б.
Гармоничные кварки в электронах и протонах./Объединенный научный журнал. 2008, №10, с.51-53. Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
17. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б., Якушина Е.В.
Исследование свойств сверхпроводников на основе компьютерных программ/ Объединенный научный журнал. 2006, №24, с.62-69. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
18. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б., Якушина Е.В.
Мультиэлектрон – основа сверхпроводимости./ Объединенный научный журнал. 2007, №2, с.68-76. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
19. Хорошавин Л.Б., Щербатский В.Б., Якушина Е.В., Дьячкова Т.В.
Мультиэлектронная теория сверхпроводимости./ Объединенный научный журнал. 2007, №17, с43-56. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
20. Дерунов В.
Отзыв на мультиэлектронную теорию сверхпроводимости. . Сайт: http://refractoriesl.narod.ru
Уважаемая редакция!
Прошу опубликовать мою статью: «Кластерная система химических элементов».
С уважением Л.Б.Хорошавин
Тел. 8-922-13-33-862