BIČANŮV MODEL ATOMU VODÍKU



© Rostislav Bičan, Ostrava




Mezi významné modely atomu vodíku se řadí Rydbergův a Bohrův model. Rydbergův model je modelem spektrálním. Rydbergův model atomu vodíku objasňuje spektrální čáry atomu vodíku. Na jeho základě byla určena hodnota ionizační resp. vazebné energie vodíku v základním stavu a kvantování energie pro excitované stavy atomu. Bohrův model atomu vodíku je modelem elektrodynamickým. Bohrův model atomu vodíku má objasňovat kvantování dynamických veličin a charakteristiky jeho oběžných drah kolem jádra atomu vodíku.


Příliš mnoho indicií však ukazuje na to, že Bohrův elektrodynamický model atomu vodíku je chybný. V práci [ 1 ] jsem dokázal, že je chybná nynější hodnota konstanty elementárního elektrického náboje, chybný je také vzorec pro Coulombovu dostředivou sílu. V současné, uzavřené soustavě elektromagnetických veličin SI dospěl sice N. Bohr k určitým dynamickým charakteristikám pro atom vodíku, ale tyto charakteristiky jsou veskrze chybné. Navíc N. Bohr přehlédl, že jeho a Rydbergův model atomu vodíku se musí shodovat v hodnotách vazebné energie.


Rydbergova vazebná energie v současné fyzikální soustavě SI má hodnotu 2,1797E-18 J ( 13,6 eV ). V Bohrově modelu je vazebná energie představována energií dostředivé Coulombovy síly 4,3594E-18 J ( 27,2 eV ). Poněvadž se tyto energie nerovnají je Bohrův model atomu vodíku neplatný a to od samého počátku.


Pro nejmladší studenty rozvedu důkaz o neplatnosti Bohrova modelu atomu vodíku podrobněji:


V dosavadní Mezinárodní soustavě jednotek SI platí tyto hodnoty :


- Planckova konstanta h = 6,6261 x 10-34 kg x m2 x s-1 ,

- Rydbergova frekvence fR = 3,2896 x 1015 s-1 ,

- elementární el. náboj e = 1,6021 x 10-19 C,

a. Rydbergova vazebná energie je energie, kterou nutno vynaložit, aby se elektron ze základní dráhy stal v nekonečnu volným elektronem. Rydbergova vazebná energie zA pro vodík:


..............zA = h x fR = 6,6261 x 10-34 x 3,2896 x 1015 = 2,1797 x 10-18 [ J ]........................( 1 )


b. Coulombova vazebná energie je energie, kterou nutno vynaložit, aby se elektron ze základní dráhy vzdálil do nekonečna. Vazební energie Coulombovy dostředivé síly:


zA = r1 F x dr = e2 x ( 4 x π x εo x r1 )-1 = ( 1,6021 x 10-19 )2 x ( 4 x 3,14159 x 8,8542 x 10-12 x 5,2919 x 10-11 )-1 = 4,3594 x 10-18 [ J ]..................................................................................................................( 2 )


Poněvadž se obě vazebné energie elektronu nerovnají je Bohrův model atomu vodíku neplatný a to od samého počátku. Ve smyslu Popperovy filosofie věd je Bohrův model atomu vodíku touto prací falsifikován, byla prokázaná jeho neplatnost. Jest s podivem jak může taková obrovská chyba přetrvávat ve fyzice bez povšimnutí 100 let.







RYDBERGŮV SPEKTRÁLNÍ MODEL VODÍKU



Švýcarský fyzik J. Balmer v roce 1885 objevil vztah pro výpočet vlnové délky spektrálních čar atomu vodíku ve viditelné části spektra. Tato série čar byla nazvána po svém objeviteli - Balmerova série spektrálních čar. O něco později byl empirický vztah zevšeobecněn i pro frekvenci fotonů jiných sérií spektrálních čar vodíku a nazývá se Rydbergova rovnice :


...................................................f n,m= fR x ( 1/ m2 - 1/ n2 ) [ s-1 ] .....................................................( 3 )


kde fn,m je frekvence fotonů spektrální čáry při přechodu elektronu mezi dvěma energetickými hladinami,

fR je Rydbergova frekvence,

m je číslo nižší energetické hladiny elektronu vodíku,

n je číslo vyšší energetické hladiny.


Při přechodu elektronu z vyšší energetické hladiny n na nižší hladinu m vyzařují elektrony fotony. Tyto fotony mají energii uvolněné vazebné energie dA:


.................................................dA = h x fR x ( 1/m2 - 1/n2 ) = Am - An [ J ] ........................................( 4 )



Z Lymanovy série spektrálních čar, pro m = 1 a pro n = ∞, dostáváme z rovnice ( 4 ) vztah pro výpočet energie elektronu v základním stavu, na první energetické hladině. Energii A1 klademe zápornou, neboť k uvolnění elektronu z atomu vodíku musíme tuto energii dodat:




................................................. A1 = - h x ( fR x ( 1 - 0 )) = - Am = - ( h x fR ) ...................................( 5 )



Pro hodnotu vazebné energie elektronu nacházejícího se na hladině n pak platí:


................................................ An = A1 x n-2 ..................................................................................... ( 6 )



Vzorec ( 6 ) zavádí do fyziky pojem kvantování energie a excitační hladiny energie elektronu vodíku.




Hodnotu Rydbergovy frekvence vodíku fR získáme z měření frekvence fotonu při přechodu elektronu mezi hladinami 2s a 1s. Nejnověji změřil tuto frekvenci Theodor W. Hänsch ( T. Haensch ):


...............................................f2,1 = 2, 466 061 413 187 34 E+15 [ s-1 ] ....................................( 7 )


T. Haensch je významný německý vědec. Byly mu udělena Nobelova cena v roce 2005 za rozvoj laserové spektrometrie. Zasloužil se o konstrukci femtosekundového generátoru hřebene optických kmitočtů.


Změřená frekvence přechodu vodíku 2s / 1s umožňovala velmi jednoduše upřesnit hodnotu Rydbergovy frekvence a potažmo i Rydbergův vlnočet. T. Haensch tuto příležitost nevyužil. Nejspíše si neuvědomil, že znalost hodnoty této frekvence umožňuje přímý výpočet hodnot Rydbergových parametrů pro vodík. Vsadil na platnost Bohrova vzorce se všemi v úvodu jmenovanými chybami . Následně skupina F. Birabena ustavila současnou hodnotu "Rydbergovy konstanty" na hodnotu 1,097 373 156 852 7 x 107 m-1 . Hodnota tohoto parametru je však platná pouze na dvě číslice za desetinnou čárkou.



Přímý výpočet Rydbergovy frekvence z dat spektrometrie pro přechod 2s/1s podle Rydbergovy rovnice dává:


...............fR = f2,1 x ( 1/1 - 1/4 )-1 = f2,1 x 4/3 = 3, 288 081 88 E+15 [ s-1 ] ................................( 8 )


Což je přesná hodnota Rydbergovy frekvence pro vodík na osm platných desetinných míst.





Jelikož platí, že podíl :


........................................................................ fR / VH = c ...........................................................( 9 ),


pak dostáváme pro Rydbergův vlnočet VH vodíku:



..............VH = 1 / R1 = fR / c = 1,096 786 05 E+07 .. [ m-1 ] .....................................................( 10 ).



Toto je přesná hodnota Rydbergova vlnočtu pro vodík na osm platných desetinných míst. Rydbergův vlnočet je parametr, jehož hodnota se zjišťuje měřením a výpočtem. Něco jako teoretická hodnota ( hodnota vypočítaná z rovnice fyzikálních konstant ) neexistuje.







BIČANŮV SPEKTRÁLNĚ - GRAVITAČNÍ MODEL ATOMU VODÍKU



Bičanův spektrálně - gravitační model atomu vodíku vychází z experimentálních dat spektroskopie a Bičanova objevu kvantové gravitační síly. Model nepracuje s žádnými elektromagnetickými veličinami. Gravitační vazebný vztah elektronu a protonu umožňuje objasnit správné mechanické a dynamické charakteristiky atomu vodíku.


Vodík je nejjednodušší a nejvíce zastoupený prvek ve vesmíru. Atom vodíku se skládá z jednoho protonu v jádře a jednoho elektronu v obalu atomu. Pokud elektron obsazuje nejnižší energetickou hladinu, pak je atom vodíku v základním stavu.


Hmotnosti atomového jádra a elektronu v elektronovém obalu se gravitačně přitahují. Bičanova kvantová gravitace [ 6 ] určuje gravitační přitažlivou sílu mezi nukleony v jádře atomového prvku a obíhajícím elektronem v obalu atomu.


Bičanův kvantový gravitační zákon:


.................Fk = - kG x R-2 ...[ N ] …......................................................................................( 11 )


kde kG je Bičanova konstanta kvantové gravitace, R je poloměr dráhy obíhajícího elektronu.


Trajektorií dráhy elektronu je kružnice o poloměru R.




Charakteristiky elektronu vodíku v základním stavu:



vazebná energie elektronu...............................zA1 = fR x h = 2,1787E-18 …..[ J ] …............( 12 )


z Bičanova kvantového gravitačního zákona ( 11 ) :


poloměr základní dráhy...................................R1 = kG/zA1 = 9,1175E-08 ... [ m ] .................( 13 )


pak:


orbitální rychlost elektronu ..............................v1 = ( zA1/Me)0,5 =1,5465E+06... [ m x s-1 ] .. ( 14 )


hybnost elektronu …........................................p1 = 1,4088E-24 ... [ kg x m x s-1 ] …...............( 15 )


moment hybnosti elektronu ….........................L1 = 1,2845E-31 ...[ kg x m2 x s-1 ] ….............( 16 )


úhlová rychlost …..............................................ω1 = 1,6962E+13 ..[ rad x s-1 ] ….................( 17 )





Podíváte-li se pozorně na tyto data o pohybu elektronu vodíku, pak můžete konstatovat, že jsou to data překvapivá a diametrálně odlišná od dosavadního modelu atomu vodíku. Vodík je zde daleko více rozprostřen v rovině oběhu, než se dosud předpokládalo. Lze usuzovat, že další prvky budou sevřenější.


V této práci byla ve smyslu Popperovy falsifikace vyvrácena platnost Bohrova modelu atomu vodíku. Spolu s Bohrovým modelem atomu vodíku odchází Bohrova podmínka kvantování momentu hybnosti elektronu a další aspekty jeho modelu, jako například Bohrův poloměr atomu, poměr Bohrovy rychlosti elektronu ku rychlosti světla ve vakuu, bezrozměrná fyzikální konstanta Alfa i hodnota Bohrova magnetonu.


Nový Bičanův model atomu vodíku otevírá Kvantovou fyziku II. éry. Vracíme se zpět ke klasické fyzice. Zanecháváme za sebou pohled "Kodaňské interpretace kvantové fyziky" založené na představě pravděpodobnostní povahy pohybu elektronu, který s frekvencí deset na dvanáctou za sekundu, po miliardy let tuneluje všechny energetické hladiny, aby na konec s nenulovou pravděpodobností zmizel v nekonečnu. Navzdory tomu Země i po 4,6 miliardách let od svého vzniku má stále ještě své atomy s atomovým jádrem a elektronovým obalem v pořádku. Tato skutečnost ukazuje na to, že Schrödingerova vlnová funkce nehraje jí přidělenou roli v procesu konfigurace elektronových obalů atomů.


Bičanův model atomu vodíku dává nový pohled na charakteristiky a dynamiku elektronu v obalu atomu. Je v něm skryto tajemství struktury hmoty a plán výstavby prvků.




Děkuji za pozornost.


Copyright © 2010 by Rostislav Bičan. All right reserved.



Literatura:


[ 1 ] Bičan R. Bičanova soustava elementárních fyzikálních veličin, vl. vydání, Ostrava 2009

[ 2 ] Bičan R. Bičanovy fyzikální operátory, vl. vydání, Ostrava 2008

[ 3 ] Bičan R. Konfigurace elektronového obalu atomu, vl. vydání, Ostrava 2007

[ 4 ] Bičan R. Kvantová mechanika, vl. vydání, Ostrava 2007

[ 5 ] Bičan R. Rekviem pro konstantu Alfa, vl. vydání, Ostrava 2006

[ 6 ] Bičan R. Bičanova teorie gravitace, internet 2010