Плотность химических элементов

 

Плотность химических элементов

 

В физике плотностью вещества называют массу этого вещества, содержащуюся в единице объема при нормальных условиях.

Плотность вещества зависит от температуры. Так в подавляющем большинстве случаев при снижении температуры плотность увеличивается. Исключение составляют вода, чугун, бронза и некоторые другие вещества, которые в определенном температурном диапазоне проявляют себя иначе. Вода, например, имеет максимальную плотность при 4 °C. При повышении или понижении температуры плотность будет, уменьшатся.

Плотность вещества меняется и при изменении его агрегатного состояния. Она скачкообразно растет при переходе вещества с газообразного в жидкое состояние, и далее  в твёрдое. Здесь также есть исключения: плотность воды, висмута, кремния и некоторых других веществ снижается при затвердевании.

Плотность вещества зависит от внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее, следовательно, плотность тоже увеличивается. 

 

 

Этот график плотности химических элементов дает нам общее представление о строении атомов. Конфигурация графика выявляет ряд особенностей плотности вещества химических элементов это:

1. Химические элементы с порядковыми номерами (3, 11, 19, 37, 55, 87) щелочные металлы имеют самую низкую плотность и создают на графике строгую периодичность значении плотности всех химических элементов, состав периодов (8+8+18+18+ 32);

2. Экстраполируя, мы можем определить номер последнего химического элемента (87+32-1= 118) периодической таблицы;

3. На графике значения плотности химических элементов с одинаковыми химическими свойствами (щелочные металлы, галогены, инертные химические элементы и т.д.) можно соединить прямой линией;

4. Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается инертными химическими элементами.

5. Щелочноземельные химические элементы (20Ca Кальций и 38Sr Стронций) являются переходными от химических элементов основной группы к первой тыловой группе (скандий и иттрий).

6. Следующие щелочноземельные элементы (56Ba Барий и 88Ra Радий) являются переходными от химических элементов основной группы ко второй тыловой группе (лантан, актиний). 

7. Химические элементы 1 Водород 1Н и 2 Гелий 4Не в таблице занимают особое место отличное от других химических элементов. 

Общая картина каждого периода представляет собой картину графика.

 Для анализа плотности химических элементов рассмотрим таблицу, построенную по химическим свойствам.

 

 

Все модели химических элементов таблицы можно вписать в структуру Универсальной среды химических элементов (УСХЭ).

Универсальная среда химических элементов (УСХЭ) представляет собой правильную четырехугольную пирамиду, вписанную в сферу Универсальной среды электронного поля. 

Универсальная среда химических элементов состоит из 8-ми сферических плоскостей и 8-ми четырехугольных плоскостей, которые образуют периоды и ряды периодической таблицы. 

При рассмотрении периодической таблицы элементов, зная химические и физические свойства каждого элемента, можно сделать выводы о закономерностях изменения этих свойств:

1. Каждый химический элемент имеет свое индивидуальное строение и занимает свое постоянное, четко определенное место в Универсальной среде химических элементов; 

2. Каждый химический элемент может существовать только в ограниченном объеме периодов УСХЭ. То есть частицы химических элементов не должны выходить за приделы УСХЭ.

3. Каждый химический элемент в УСХЭ имеет свою активную зону, которая отвечает за все химические и физические свойства этого химического элемента.

4. Активную зону химических элементов определяет сферическая плоскость периода УСХЭ, которая является границей любого химического элемента.
   
   

Плотности всех отдельно взятых химических элементов (одного атома вещества) примерно одинаковы, а плотности вещества в целом химических элементов разные. Это предполагает наличие, какого-то дискретного пространства, которое занимает каждый атом. Притом это пространство должно иметь свое индивидуальное строение и занимать свое постоянное, четко организованное, определенное место в ячейке пространственной кристаллической решетки. В ячейках кристаллической решетки с узлами, совмещенными с центрами УСХЭ входящих в кристалл, либо с узлами симметрии относительно УСХЭ находящихся на линиях связи.

 

 

Когда атомы в УСХЭ на линиях связи кристаллической решетки для химических элементов, в частности для металлов, применить нельзя. Такие кристаллические решетки подходят для кристаллов сложных молекул, когда центры сложных молекул находятся на линиях связи решетки.

Линией связи кристаллической решётки в природе не существует, а существует вспомогательный геометрический образ линии связи, вводимый для анализа строения кристалла. Линии связи собой представляют силы электромагнитного взаимодействия активных зон атомов.

Кристаллические решетки химических элементов имеют вид, когда УСХЭ находятся в узлах решетки. 

 

 

Каждый узел кристаллической решетки Универсальной среды Вселенной (УСВ) представляет собой электронное поле  пространства – времени заполненное группой из  шести атомов. Которые взаимодействуют с другими атомами этой кристаллической решетки. Притом каждый атом взаимодействует только c одним атомом этой кристаллической решетки.    

 

 

Атомы в узлах кристаллической решетки взаимодействуют и удерживаются электромагнитными силами электронного поля УСВ. 

Структура Универсальной среды химических элементов (УСХЭ) вписывается в структуру электронного поля УСВ. 

Если систему структуры Универсальной среды Вселенной  представить в виде сферы, где изменение электромагнитных состояний поляризации зависит от их фазовой скорости вращения. Скорости, которая зависит от тормозного потенциала УСХЭ электронного поля УСХЭ, которая находится в резонансе с атомом.

 

 

 

Линия связи является осью электромагнитного взаимодействия двух атомов кристаллической решетки химического элемента. В кристаллической решетке два атома имеет только одну линию связи. 

 

 

На линии связи между атомами находится барьерная молекулярная зона равная радиусу электронного поля УСВ. Эта барьерная зона является радиусом нулевого периода молекулярного поля УСВ.   

 

 

Для пятого периода размер решетки будет r = (2 х 6/9 + 1)R.  

Каждый узел в ячейке решетки имеет по три связи, а узлов в ячейке восемь. Общее количество связей в каждой ячейке 8 х 3 = 24, следовательно, каждая ячейка будет иметь 24 атома.

Значение плотности вещества это скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы вещества к занимаемому этим веществом объёму. Для химических элементов.      

 рх.э. = 24mатома / Vячейки.

 

mатома = а. е. м. * 1,6605655*10-27кг.

 

Vячейки = abc = r3 - объем кубической структуры кристаллической решетки.

Vячейки = abc1-cos2α-cos2β-cos2γ+2cosα cosβ cosγ  -- объем триклинной структуры кристаллической решетки.

 

Зная плотность химического элемента, можем вычислить размеры ячейки (a, b, c). 

 

Кубическая структура образуется при полной симметрии расположения частиц в активной зоне атома. Для химических элементов a = b = c = r. r – размер решетки. 

 

 

Трикинная структура образуется при нарушенной симметрии расположения частиц в активной зоне атома.

Состав частиц в активной зоне УСХЭ. 

   

Сравнивая плотности химических элементов таких как, например, химический элемент 87 Франций  223Fr (8 период, 8 ряд УСХЭ), к химическому элементу 77 Иридий 193Ir (7 период, 6 ряд УСХЭ) получим соотношение их плотности как 1:12.

  

 

Плотность любого химического элемента зависит от состава частиц в активной зоне УСХЭ. Активную зону определяет сферическая плоскость периода, которая является границей любого химического элемента. Состав активной зоны химического элемента является своеобразным генетическим (атомным) кодом любого химического элемента.   

 

 

 

 

Атом 193Ir атомной массой 192,963280 а. е. м. имеет плотность 22,65 г/см3.

Атом 223Fr атомной массой 223,019802 а, е, м. имеет плотность 1,87 г/см3.

В активной зоне атома 223Fr имеем 1р протон и 1-р антипротон, а у атома 193Ir имеем 19 р протонов и 2 –р антипротона. Соотношение количества частиц в активной зоне УСХЭ этих атомов 1:10,5 почти совпадает с соотношением их плотностей. 

Сравнивать плотности этих химических элементов не следует т. к. они находятся в разных группах, активная зона атома 223Fr находится в 8 периоде основной группы, активная зона атома 193Ir находится в 7 периоде и в 6 ряду первой тыловой группы тулий. Структура активной зоны атомов в этих группах разная значит химические и физические свойства этих атомов разные. Это как сравнивать слона и моську.    

В таблице химические элементы располагаются группами.

Для наглядности построим график плотности химических элементов по данным на таблице.

На графике мы отчетливо видим периодичность химических элементов это: 

• пять групп элементов одинаковые по силуэту, которые составляют ряды в таблице (группы по горизонтали);

• графически интерполируя, можем выделить восемь групп (группы по вертикали);

• по химическим свойствам можем выделить пять групп  (основная группа, группа скандий, группа иттрий, группа тулий, группа лантан и переходная группа).

 

 Как видим на графике для всех этих групп соблюдается один общий признак, а именно периодичность.

 

 

Итак, по химическим свойствам можем выделить пять групп:  

• Основная группа;

• Группа скандий; 

• Группа иттрий; 

• Группа тулий; 

• Группа лантан; 

• Переходная группа.

 

Основная группа.

 

Водород 1Н находится в первом периоде УСХЭ и относится группе инертных химических элементов, поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами. 

Например, с кальцием, образуя гидрид кальция.

 

Ca + H2 → CaH2  

Чтобы он мог вступить в реакцию с другими химическими элементами, должна быть затрачена большая энергия около 432 кДж.

Н-водород химический элемент, который может поместиться в нулевом периоде УСВ, образуя отрицательную частицу (-р) антипротон. 

 

 

Антипротон в активной зоне атома является частицей, которая определяет валентность химического элемента.

 

 

 

Гелий 4Не находится во втором периоде УСХЭ и относится к группе инертных химических элементов.   Гелий может образовать двухатомные молекулы He2+, фторид HeF, хлорид HeCl (образуются при действии электрического разряда на смесь гелия с фтором или хлором).

 

 

Гелий это второй (после водорода) по распространенности химический элемент во Вселенной. Солнце примерно на 10% состоит из гелия. Гелий был впервые обнаружен в 1868 году с помощью спектрального анализа на Солнце. 

 

  

Самую низкую плотность имеют группа атомов щелочных металлов, а максимальную плотность имеют атомы 3 группы (группы бора). В группах 2 и 3 плотность атомов резко повышается, а с 4 группы плотность уменьшается до 8 группы (инертные газы).

 

Х. э. 14N Азот на оси симметрии имеет частицу He с нулевым магнитным дипольным моментом (µ).

Магнитные дипольные моменты химических элементов 12C Углерод, 16O Кислород, 20Ne Неон равны нулю. Эти х. э. элементы имеют низкую плотность.

 

Химические элементы 23Na Натрий, 24Mg Магний, 27Al Алюминий активная зона которых заполнены протонами (+p) и антипротонами (-p). Плотности этих химических элементов увеличиваются. Химический элемент  28Si Кремний имеет полную симметрию и кубическую структуру решетки, значит, плотность уменьшается. Начиная х. э. 31P Фосфор до 40Ar Аргон в активной зоне заполняются частицами He с нулевым магнитным дипольным моментом (µ). Плотности этих х. э. будут уменьшаться.  

 

В таблице атом 40Ca Кальций оказался с незаполненным 4 четвертым рядом. Из-за этого между атомами 40Ca Кальций и 69Ga Галлий располагается группа атомов скандий. Группа, которая заполняет четвертый ряд. Начиная х. э. 69Ga Галлий до 84Kr Криптон в активной зоне много частиц He с нулевым магнитным дипольным моментом (µ). Плотности этих х. э. будут уменьшаться.  

 

Как и в пятом периоде между атомами 88Sr Стронций и 115In Индий располагается группа атомов иттрий. Начиная с х. э.  120Sn Олово активная зона постепенно заполняются частицами He, а плотности х. э. будут падать.

 

У атома 138Ba Барий не заполнены 5 пятый и 6 шестой ряды. Для заполнения этих рядов между атомами 138Ba Барий и 205Tl Таллий располагаются группы атомов лантан и туллий. Всего 22 атома группа лантан 12  и группа таллий 10. Начиная с х. э.  208Pb Свинец активная зона постепенно заполняются частицами He, а плотности х. э. будут падать. 

 

 

 

 

Для заполнения этих рядов между атомами 226Ra Радий и 286Nh Нихоний располагаются группы атомов актиний и менделевий. 

 

Первая тыловая группа.

 

 

ной

 

Все химические элементы первой тыловой группы образуются, заполняя тыловые ряды их активной зоны частицами (+р) протонами.

 

 

Каждый химический элемент группы образуется добавлением в активную зону х. э. частицы протона (+р). Х. э. 60Ni Никель имея кубическую структуру кристаллической решетки не добавляет плотности х. э. 59Co Кобальт.  

 

 

Химические элементы 102Ru Рутений, 103Rh Родий имеют одинаковую плотность. Причиной этого служит частица протон (+р) на диагональной оси атома 103Rh Родий  образует стабильную симметрию. Х. э. 106Pd Палладий имея кубическую структуру решетки уменьшает свою плотность.   

 

Асимметрия частиц в активной зоне х. э. 172Yb Иттербий уменьшает размер решетки и его плотность в группе. Максимальную плотность в группе имеют х. э. 190Os Осмий, 193Ir Иридий, у этих атомов неполная симметрия частиц в активной зоне. У х. э. 196Pt Платина имеет полную диагональную симметрию значит имеет кубическую структуру решетки и меньшую плотность. 

 

Вторая тыловая группа.

 

 

Группа химических элементов лантан образована в 5 пятом ряду таблицы с добавлением частиц антипротон (-р). График плотности является почти линейным плотности первого атома группы 139La Лантан и последнего атома 167Er Эрбий отличаются только на 3 г/см3. Х. э. 153Eu  Европий имеет полную асимметрию частиц в своей активной зоне, из-за этого имеет большие размеры, значит меньшую плотность.