Разработана кластерная восемнадцатигрупповая система химических элементов до (стр. 6 из 7)

Обращают на себя внимание двойственная однотипность первичной разности элементов ∆N_п между кластерами и строгая последовательность изменения вторичной разности ∆N_в: 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.