Kernmechanik
Kernmechanische Elektronenringe und Atomspektren
Kernmechanische Elektronenringe u. Atomspektren
Die Kernmechanik beschreibt ganz detailliert das
PERIODENSYSTEM der chemischen Elemente, die Strukturen der Elektronenringe
im Atom und die daraus abzuleitenden Atomspektren
Kernmechanische Elektronenringe und Atomspektren
Wenn im Rahmen der Kernmechanischen Chemie die Rede war von Elektronenringen mit mehr als zwei Elektronen und jeweils besonderen Eigenschaften (aromatischer 6-Elektronenring, Oktett-Ringstruktur), muß man sich irgendwann natürlich auch die Frage stellen, wie real ist das alles? In der Physikalischen Chemie spricht man ja zum Beispiel nur von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten oder “delokalisierten” Elektronen usw..
Der schwierigste aber wohl auch überzeugendste Weg bestünde darin, einen Zusammenhang mit den charakteristischen Atomspektren der chemischen Elemente aufzuzeigen oder gar die dahinter verborgene Mechanik. Genau dies soll hier nun versucht werden, - wobei das größte Hindernis in der quasi selbstverständlich angewendeten, etablierten Quantenmechanik liegt.
In Kenntnis all dieser Gegebenheiten liegt es nun ziemlich nahe, hier einen Kernmechanischen Zusammenhang herzustellen und die Kernringe mit den spektroskopisch ermittelten Energieniveaus zu verbinden, was ja a priori schon mal logischer erscheint, als Niels Bohrs erlaubte und verbotene Elektronenbahnen oder die sodann rein mathematisch begründeten durch die jeweiligen Quantenzahlen festgelegten Elektronen-Orbitale, die letztlich ebenfalls zum gewünschten Ergebnis führen.
Setzt man dagegen für die dimensionslose Hauptquantenzahl “n” nunmehr n Elektronen in die Rechnung ein, ergeben sich die beobachteten Spektrallinien ganz zwanglos fast von selbst. Trotzdem geht die Rechnung scheinbar nicht ohne weiteres gleich auf: Die Atomspektren werden ja jeweils dem neutralen Atom (hier: Lithium) zugeschrieben, während die so genannten Funkenspektren auf Grund des scheinbaren Elektronenmangels und der positiv geladenen Ionen in ihrer Struktur um eine Kernladung, also um Z = -1, (“nach links”) verschoben erscheinen. Die Alkalispektren gleichen dann denen der vorangehenden Edelgase und beim ionisierten Wasserstoff - ohne “Leuchtelektron” - gibt es überhaupt kein Spektrum. –
So weit, so logisch aber vermutlich dennoch falsch: Vielmehr sind die Funkenspektren nämlich die neutralen, während die Entladungsspektren auf Grund der stattfindenden Ionisierung mit hohen Elektronenüberschüssen in Verbindung gebracht werden müssen. Dann enthielte etwa der leuchtende Wasserstoff folglich einen Elektronenring mit mindestens zwei, in höher angeregten Zustanden aber noch weitaus mehr Elektronen; siehe auch die (wasserstoffähnlichen): Rydberg-Atome! Das gilt analog ganz ähnlich ebenso für die Alkalimetalle.
Offenbar wird die Photonenemission bei den Atomspektren nicht dadurch bewirkt, dass Elektronen von einer höheren Bahn in einem “Quantensprung” auf eine niedrigere Bahn springen, sondern weil diese die in Elektronenringen gespeicherte elektrostatische Energie beim Absprengen als Photonen dann wieder abgeben!
Das wird besonders deutlich, wenn man zunächst einmal von Natrium mit seiner auffälligen und charakteristischen Dublettstruktur des Spektrums ausgeht, welche bereits beim Übergang zwischen dem Grundzustand und dem ersten angeregten Zustand (gelbe Doppellinie) zu beobachten ist, Abb
Beim Natrium-Spektrum, welches ja anders als die Edelgase Helium, Neon, usw. nun auf einer abgeschlossenen inneren Schale (eigentlich einem - inaktiven -Ring) aufsetzt, kommen die unterschiedlichen Energieniveaus nur dadurch zustande, wie der aus einem oder mehr Elektronen bestehende Leuchtelektronenring zum anderen orientiert ist. Bei den so genannten 3P-Niveaus ist, abgesehen von der Elektronenzahl, allein entscheidend, daß sie sich in der gleichen Ebene wie der Edelgasring befinden und ob die Orientierung der Drehringe gleichsinnig oder gegenläufig zueinander ist. Beim niedrigsten Energieniveau, speziell im Grundzustand, stehen die Ringe senkrecht aufeinander.
Den Vorgang der Strahlungsemission kann man sich - ganz konkret(!)- so vorstellen, dass der rechte Leuchtelektronenring spontan oder induziert um die horizontale Längsachse verdreht wird, wodurch dann eines oder mehrere äußere Elektronen abgesprengt werden und dann mit Lichtgeschwindigkeit als Photonen das Atom verlassen. Somit ist auch unmittelbar einsichtig, dass die gegenseitige Ankopplung der beiden Ringe durch starke Magnetfelder beeinflußt wird, siehe: anomale Dublett-Aufspaltung.
Nach den beim Natrium-Atom neu gewonnenen Erkenntnissen soll nun die Singulett- und die Triplett-Struktur beim Heliumatom nochmals kritisch betrachtet werden - und das Erstaunliche dabei: In beiden Fällen ist es (trotz Interkombinationsverbot) d a s s e l b e ; - es kommt nur darauf an, wie rum man es betrachtet! - Es ist quasi eine Kerze, die auf beiden Seiten angezündet werden kann, aber jeweils ein unterschiedliches Licht abgibt. Das Singulett-Spektrum muß man eigentlich nicht weiter erklären: Es spiegelt praktisch 1:1 die Anordnung der Elektronenringe beim Heliumatom wider, wo der rechte Ring - Abbildung unten - nur in kernnaher Position (Grundzustand) - ein sehr hohes bzw. tiefes Energieniveau aufweist, - was beim Triplett-Spektrum natürlich ganz anders ist.
Etwas, das die eigentlich längst überholte und obsolete Quantenphysik nicht wirklich erklären kann - dort gibt es nur empirische Auswahlregeln, etwa für erlaubte (beobachtete) Übergänge zwischen den benachbarten Leitern des Grotrian-Spektrums, die aber nur sagen, was ist und nicht warum das so ist, wird erst bei einer detaillierteren Betrachtung offenbar. Scheinbar ist ja beim Natrium-Spektrum alles in Ordnung: Übergänge gibt es nur zwischen benachbarten Leitern; - aber warum gibt es an dieser Stelle Übergänge zwischen den 4P-Niveaus zum 4S-Niveau und dann (schon) wieder zurück zu den 3P-Niveaus? Derartiges ist ja beim Helium nicht zu beobachten!
Kernmechanisch gibt es aber einen wichtigen Unterschied zwischen He und Na: Damit das Heliumatom nicht einfach ein energiereicheres H-Spekrum abstrahlt, gibt es hier nun einen zweiten (“angeregten”) Elektronenring. Der ist aber, anders als beim Natrium, im Grundzustand nicht mehr vorhanden. Natrium benötigt den Ein- oder Mehrelektronenring auch im Grundzustand und ist so bei der Strahlungsemission bis zuletzt damit verbunden, während er beim Helium am Ende komplett abgesprengt wird.
Der Aufbau des PERIODENSYSTEMS der chemischen Elemente erforderte ebenfalls noch eine genauere Untersuchung, zumal mit der summarischen Aufzählung der Elektronenringe oder Schalen noch nicht alles gesagt ist, andererseits u. a. auch bestimmte Eigenschaften, wie die magnetische Suszeptibilität direkt aus den Ringstrukturen abgeleitet werden können
In der ganz konkreten Anordnung aller Ringelektronen erkennt man nun sofort, warum etwa der Atom- und Ionenradius beim Übergang von der Hauptgruppe VII zur Edelgasgruppe VIII sprunghaft zunimmt, was beim rein formalen und unlogischen quantenmechanischen Periodensystem nicht der Fall ist. Man sieht außerdem ebenfalls, was in der (Eisen-)Nebengruppe VIIa tatsächlich passiert, oder wann genau in einem Elektronenring die maximale Besetzungszahl erreicht ist und folglich ein Strukturwechsel stattfindet - das passiert schon bei 30 und nicht erst bei 32 Ringelektronen - oder wann bei den Lanthaniden und Actiniden erst einmal innere Elektronen-”Schalen” aufgefüllt werden, bevor es wieder normal weitergeht.
Überhaupt passiert das alles gar nicht streng systematisch oder gar chronologisch: Einmal besetzte Elektronenringe können bei Bedarf wieder aufgelöst oder reduziert werden, wenn dies für die energetische Gesamtbilanz des Atoms günstiger ist. Ähnliches gilt sinngemäß nun aber auch für die gewählte grafische Darstellung des Periodensystems, wo nun jedoch auf eine ökonomische Platznutzung und gute Erkennbarkeit der einzelnen Elemente geachtet werden muß.
Einige Kernmechanische Atomstruktur-Beschreibungen und Analysen sind zuvor offenbar allein darum komplizierter und umständlicher als nötig ausgefallen, weil ein quasi automatischer Rückfall in die Vorstellungen und Nomenklatur der Quantenmechanik allzu oft unvermeidlich schien. - Dabei unterscheiden sich Quantenmechanik und Kernmechanik in einigen wichtigen Punkten grundlegend voneinander: In der Quantenmechanik springen die Elektronen - unter Aussendung von Quanten - von einem höheren Energieniveau zu einem tieferen. Beim Kernmechanischen Modell werden äußere Elektronen vielmehr unter Mitnahme der gespeicherten Energie vom negativ ionisierten Atom nunmehr als Photonen ausgesendet.
In beiden Fällen - “sinngemäß” - gleich sind die Elektronenbahnen bzw. Elektronenringe der angeregten Zustände, welche analog zur “Berliner Ringbahn” Kernmechanisch gleichsinnig oder gegenläufig zum anderen Ring orientiert sein können, oder Quantenmechanisch mit einem größeren (oder kleineren) Bahndrehimpuls verbunden sind. Kernmechanisch gibt es keine “Spin-Bahnkopplung”, wo Bahndrehimpuls und Elektronenspin parallel oder antiparallel gekoppelt sind, sondern, da Spin und Bahn immer gleich sind, nur die jeweilige Ausrichtung gegenüber dem anderen Elektronenring, was auch in den unterschiedlichen Niveaus der beiden Leitern zum Ausdruck kommt. Allein das begründet die Feinstruktur!
Mit der Analyse der Elektronenorbitale, welche dann wie hier beschrieben zu den Atomspektren führen, ist es aber noch nicht getan. Eine wichtige neue Erkenntnis ist ja die, daß die Atome eben nicht quantenmechanisch, d. h. “klassisch” aufgebaut sind, wo sich der Atomkern anschaulich in der Mitte des Atoms befindet und die Elektronen nun um den Kern kreisen (siehe: animierte Abbildung am oberen Seitenrand), selbst dann nicht, wenn die Quantenphysiker selber dies nur rein statistisch - im Sinne einer mathematischen Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen - verstanden wissen wollen. - Gleichwohl soll aber auch hier der (Quanten-)Sprung eines Elektrons von einer höheren auf eine tiefere Bahn mit einer entsprechenden Potentialänderung und der Abgabe der Energie(-differenz) in Form von Photonen verbunden sein?!
Kernmechanisch stehen die Atomkerne jetzt jedoch nicht mehr in der Mitte von einzelnen Elektronenringen, sondern nur von ihrer Gesamtheit. Die Ringe grenzen vielmehr direkt an den Kern, was aber nun nochmals eine ganz neue Analyse der chemischen Bindungsstrukturen erforderlich macht! Bei dem so genannten “Molekül der Wahrheit”, Wasser, kann es aus den eben besprochenen Gründen eben nicht so sein, dass das Sauerstoffnuklid sich in der Mitte von zwei Elektronenringen befindet. - Vielmehr gibt es nun ein neues modifiziertes Strukturmodell, mit den beiden Wasserstoff-Elektronenringen auf der einen und dem freien Elektronenpaar auf der anderen Seite. Ähnliches gilt ganz analog auch für Ozon. -
Zusätzliche Modellkorrekturen können sich ebenso bei anderen Molekülen ergeben; - aber nicht beim (geruchlosen) Stickstoff mit seiner besonders großen Bindungsenthalpie. Die angegebene Struktur mit zwei (nicht aromatischen!) 6-Elektronenringen, ist im Gegensatz zu Ethen und Ethin, quasi “aromatisch” riechenden Molekülen, deshalb stabil, weil die ineinander verschränkten Elektronenringe das Stickstoffmolekül hier fest umschließen, - vergl. hierzu das Ozon-(und Ethin-)molekül und andere Moleküle mit eher lose gebundenen inneren / äußeren Elektronenringen. >>> In ihrer Kolumne “Mathematische Fiktionen” bdw-01/2020 beschreibt Frau S. Hossenfelder (Buch: „Das Hässliche Universum“) die absurden Irrtümer am LHC und das komplette Versagen der quantenmechanischen Voraussagen. Trotzdem weiter so?!
Gerd Schulte
https://kernmechanik.de/Kernmechanische_Chemie/kernmechanische_chemie.html#Elektronenringe-und-Atomspektren
https://kernmechanik.de/Optimiertes_Modell/Wissenschaft_Zweifel/wissenschaft_zweifel.html#Kernmodell-Konsolidierung
https://kernmechanik.de/Optimiertes_Modell/Kernformen_und_Kernstrukturen/kernformen_und_kernstrukturen.html
Das wird besonders deutlich, wenn man zunächst einmal von Natrium mit seiner auffälligen und charakteristischen Dublettstruktur des Spektrums ausgeht, welche bereits beim Übergang zwischen dem Grundzustand und dem ersten angeregten Zustand (gelbe Doppellinie) zu beobachten ist, Abb
Beim Natrium-Spektrum, welches ja anders als die Edelgase Helium, Neon, usw. nun auf einer abgeschlossenen inneren Schale (eigentlich einem - inaktiven -Ring) aufsetzt, kommen die unterschiedlichen Energieniveaus nur dadurch zustande, wie der aus einem oder mehr Elektronen bestehende Leuchtelektronenring zum anderen orientiert ist. Bei den so genannten 3P-Niveaus ist, abgesehen von der Elektronenzahl, allein entscheidend, daß sie sich in der gleichen Ebene wie der Edelgasring befinden und ob die Orientierung der Drehringe gleichsinnig oder gegenläufig zueinander ist. Beim niedrigsten Energieniveau, speziell im Grundzustand, stehen die Ringe senkrecht aufeinander.
Den Vorgang der Strahlungsemission kann man sich - ganz konkret(!)- so vorstellen, dass der rechte Leuchtelektronenring spontan oder induziert um die horizontale Längsachse verdreht wird, wodurch dann eines oder mehrere äußere Elektronen abgesprengt werden und dann mit Lichtgeschwindigkeit als Photonen das Atom verlassen. Somit ist auch unmittelbar einsichtig, dass die gegenseitige Ankopplung der beiden Ringe durch starke Magnetfelder beeinflußt wird, siehe: anomale Dublett-Aufspaltung.
Nach den beim Natrium-Atom neu gewonnenen Erkenntnissen soll nun die Singulett- und die Triplett-Struktur beim Heliumatom nochmals kritisch betrachtet werden - und das Erstaunliche dabei: In beiden Fällen ist es (trotz Interkombinationsverbot) d a s s e l b e ; - es kommt nur darauf an, wie rum man es betrachtet! - Es ist quasi eine Kerze, die auf beiden Seiten angezündet werden kann, aber jeweils ein unterschiedliches Licht abgibt. Das Singulett-Spektrum muß man eigentlich nicht weiter erklären: Es spiegelt praktisch 1:1 die Anordnung der Elektronenringe beim Heliumatom wider, wo der rechte Ring - Abbildung unten - nur in kernnaher Position (Grundzustand) - ein sehr hohes bzw. tiefes Energieniveau aufweist, - was beim Triplett-Spektrum natürlich ganz anders ist.
Etwas, das die eigentlich längst überholte und obsolete Quantenphysik nicht wirklich erklären kann - dort gibt es nur empirische Auswahlregeln, etwa für erlaubte (beobachtete) Übergänge zwischen den benachbarten Leitern des Grotrian-Spektrums, die aber nur sagen, was ist und nicht warum das so ist, wird erst bei einer detaillierteren Betrachtung offenbar. Scheinbar ist ja beim Natrium-Spektrum alles in Ordnung: Übergänge gibt es nur zwischen benachbarten Leitern; - aber warum gibt es an dieser Stelle Übergänge zwischen den 4P-Niveaus zum 4S-Niveau und dann (schon) wieder zurück zu den 3P-Niveaus? Derartiges ist ja beim Helium nicht zu beobachten!
Kernmechanisch gibt es aber einen wichtigen Unterschied zwischen He und Na: Damit das Heliumatom nicht einfach ein energiereicheres H-Spekrum abstrahlt, gibt es hier nun einen zweiten (“angeregten”) Elektronenring. Der ist aber, anders als beim Natrium, im Grundzustand nicht mehr vorhanden. Natrium benötigt den Ein- oder Mehrelektronenring auch im Grundzustand und ist so bei der Strahlungsemission bis zuletzt damit verbunden, während er beim Helium am Ende komplett abgesprengt wird.
Der Aufbau des PERIODENSYSTEMS der chemischen Elemente erforderte ebenfalls noch eine genauere Untersuchung, zumal mit der summarischen Aufzählung der Elektronenringe oder Schalen noch nicht alles gesagt ist, andererseits u. a. auch bestimmte Eigenschaften, wie die magnetische Suszeptibilität direkt aus den Ringstrukturen abgeleitet werden können
In der ganz konkreten Anordnung aller Ringelektronen erkennt man nun sofort, warum etwa der Atom- und Ionenradius beim Übergang von der Hauptgruppe VII zur Edelgasgruppe VIII sprunghaft zunimmt, was beim rein formalen und unlogischen quantenmechanischen Periodensystem nicht der Fall ist. Man sieht außerdem ebenfalls, was in der (Eisen-)Nebengruppe VIIa tatsächlich passiert, oder wann genau in einem Elektronenring die maximale Besetzungszahl erreicht ist und folglich ein Strukturwechsel stattfindet - das passiert schon bei 30 und nicht erst bei 32 Ringelektronen - oder wann bei den Lanthaniden und Actiniden erst einmal innere Elektronen-”Schalen” aufgefüllt werden, bevor es wieder normal weitergeht.
Überhaupt passiert das alles gar nicht streng systematisch oder gar chronologisch: Einmal besetzte Elektronenringe können bei Bedarf wieder aufgelöst oder reduziert werden, wenn dies für die energetische Gesamtbilanz des Atoms günstiger ist. Ähnliches gilt sinngemäß nun aber auch für die gewählte grafische Darstellung des Periodensystems, wo nun jedoch auf eine ökonomische Platznutzung und gute Erkennbarkeit der einzelnen Elemente geachtet werden muß.
Einige Kernmechanische Atomstruktur-Beschreibungen und Analysen sind zuvor offenbar allein darum komplizierter und umständlicher als nötig ausgefallen, weil ein quasi automatischer Rückfall in die Vorstellungen und Nomenklatur der Quantenmechanik allzu oft unvermeidlich schien. - Dabei unterscheiden sich Quantenmechanik und Kernmechanik in einigen wichtigen Punkten grundlegend voneinander: In der Quantenmechanik springen die Elektronen - unter Aussendung von Quanten - von einem höheren Energieniveau zu einem tieferen. Beim Kernmechanischen Modell werden äußere Elektronen vielmehr unter Mitnahme der gespeicherten Energie vom negativ ionisierten Atom nunmehr als Photonen ausgesendet.
In beiden Fällen - “sinngemäß” - gleich sind die Elektronenbahnen bzw. Elektronenringe der angeregten Zustände, welche analog zur “Berliner Ringbahn” Kernmechanisch gleichsinnig oder gegenläufig zum anderen Ring orientiert sein können, oder Quantenmechanisch mit einem größeren (oder kleineren) Bahndrehimpuls verbunden sind. Kernmechanisch gibt es keine “Spin-Bahnkopplung”, wo Bahndrehimpuls und Elektronenspin parallel oder antiparallel gekoppelt sind, sondern, da Spin und Bahn immer gleich sind, nur die jeweilige Ausrichtung gegenüber dem anderen Elektronenring, was auch in den unterschiedlichen Niveaus der beiden Leitern zum Ausdruck kommt. Allein das begründet die Feinstruktur!
Mit der Analyse der Elektronenorbitale, welche dann wie hier beschrieben zu den Atomspektren führen, ist es aber noch nicht getan. Eine wichtige neue Erkenntnis ist ja die, daß die Atome eben nicht quantenmechanisch, d. h. “klassisch” aufgebaut sind, wo sich der Atomkern anschaulich in der Mitte des Atoms befindet und die Elektronen nun um den Kern kreisen (siehe: animierte Abbildung am oberen Seitenrand), selbst dann nicht, wenn die Quantenphysiker selber dies nur rein statistisch - im Sinne einer mathematischen Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen - verstanden wissen wollen. - Gleichwohl soll aber auch hier der (Quanten-)Sprung eines Elektrons von einer höheren auf eine tiefere Bahn mit einer entsprechenden Potentialänderung und der Abgabe der Energie(-differenz) in Form von Photonen verbunden sein?!
Kernmechanisch stehen die Atomkerne jetzt jedoch nicht mehr in der Mitte von einzelnen Elektronenringen, sondern nur von ihrer Gesamtheit. Die Ringe grenzen vielmehr direkt an den Kern, was aber nun nochmals eine ganz neue Analyse der chemischen Bindungsstrukturen erforderlich macht! Bei dem so genannten “Molekül der Wahrheit”, Wasser, kann es aus den eben besprochenen Gründen eben nicht so sein, dass das Sauerstoffnuklid sich in der Mitte von zwei Elektronenringen befindet. - Vielmehr gibt es nun ein neues modifiziertes Strukturmodell, mit den beiden Wasserstoff-Elektronenringen auf der einen und dem freien Elektronenpaar auf der anderen Seite. Ähnliches gilt ganz analog auch für Ozon. -
Zusätzliche Modellkorrekturen können sich ebenso bei anderen Molekülen ergeben; - aber nicht beim (geruchlosen) Stickstoff mit seiner besonders großen Bindungsenthalpie. Die angegebene Struktur mit zwei (nicht aromatischen!) 6-Elektronenringen, ist im Gegensatz zu Ethen und Ethin, quasi “aromatisch” riechenden Molekülen, deshalb stabil, weil die ineinander verschränkten Elektronenringe das Stickstoffmolekül hier fest umschließen, - vergl. hierzu das Ozon-(und Ethin-)molekül und andere Moleküle mit eher lose gebundenen inneren / äußeren Elektronenringen. >>> In ihrer Kolumne “Mathematische Fiktionen” bdw-01/2020 beschreibt Frau S. Hossenfelder (Buch: „Das Hässliche Universum“) die absurden Irrtümer am LHC und das komplette Versagen der quantenmechanischen Voraussagen. Trotzdem weiter so?!
Gerd Schulte
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