晏成和
化学键理论的乌龙
2021-12-7 12:23
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原子如何连接、分子怎样构成

                                    晏成和

拙文《结构元-自然奥秘的重大发现》发表后,至今点击已达2798次,有19名网友推荐进入博客首页,评论高达86条,在此对所有推荐人、评论者、阅读者表达感谢!对于重要的批评在此列出,然后做一些简单解答。

#乱造新概念结构元,结构元是怎么形成的!科学网不要宣扬为(伪)科学!

#晏老师的工作很像伪科学,太直白了。量子力学能够对科学实验中详细数据进行解释与预见岂是你的文字表述能够推翻的!

#对结构元的描绘存在问题。一对价电子包围两个核心、不会促使两核心紧密结合。两个原子实(核心)由于相互排斥而远离,不会结合(成为)叫做结构元的整体。

#价和电子的轨道是什么样的?

#按量子理论,原子(应该是电子)轨道有s轨道,p轨道,d轨道等等……譬如s轨道是圆形,p轨道是哑铃形,d轨道是四叶草形状等。

#当然形成固体后,这些原子轨道会有扭曲变形,但总不至于是单一的椭圆轨道吧。或者你不承认原子的量子理论?

#但我相信轨道形状是量子力学算出的结果给出的形状(如d轨道为四叶草等)。否则根据这些结果计算的大量关于物质态(比如晶态物质)中电子的分布为什么与实验观察一致而得到合理解释呢?

# 我想你不拿出一个计算结果,你的所有的理论都是“瞎说”。

#……有的评论不是探讨原子之间连接的,在此省略。

 

原子的构成确立之后,原子之间是如何连接、如何构成物质?成为科学的一个最基本的问题,也是物理学、化学的核心问题。 有人会说,化学键理论已经建立一百多年,有共价键、离子键、金属键,各种原子就是由不同的键进行连接。深入一点的教科书还讲述了色散力、诱导力、取向力等等各种不同的分子力;还讲述了σ键分类、π键、氢键、配位键……

教科书上说:“共价键是原子间通过共用电子对、发生电子云重叠而偶合成的化学键。”如图:是现代教科书上对共价键成键的表达。

       

                   图1 近代教科书上的电子云成键

然而在大自然中,电子与电子相斥已是众所周知,电子之间最不可能发生的就是图中教材那样电子云重叠配对成键。实验事实和数据表明,电子与电子之间总是在有限的体积内达到距离的最大化,电子与电子总是在尽量相斥。既然电子之间总是在尽量相斥,那电子与电子如何重叠、如何共用、如何偶合?

 

本文探讨物质的构成,在中文里这个“构成”是把分散的部分有机地结合,成为一个功能整体、其中还蕴含着结合时必然存在的结合力。我们探讨构成,关键是要找到原子之间相结合的机理、及其中必不可少的结合力。化学键的败笔就在于;完全找不到原子间的结合力,只能颠倒黑白、把电子与电子的相斥说成是偶合、把斥力说成是结合力。

上一章讨论原子的构成,大自然赋予质子、电子各自伴生着场,在场的作用下,二子相互联系、运动。构成了质子对电子的引力;电子之间的斥力构成了原子空间。

原子之间的连接,是原子构成的继续。原子核内质子场对周围物质、对电子的引力是物质构成的主力,是最强大、最基本的聚合力。注意!这个聚合力是没有边界的,原子核的引力不会到了原子边缘就缘嘎然而止,而是超出了原子、向外无限延伸,原子之间的结合会巧妙地运用到这个基本聚合力

原子核引力向原子外的延伸,首先遇到的是相邻原子外的价电子,这是第一个“猎物”,但是原子核与核外电子数是有规定的,猎物不能收纳,只能暂时显示原子核的能力。相邻原子也有此能力,也能够吸引对方原子的价电子,尤其是在自身价电子将成为邻居猎物的时候。于是,两个原子相互吸引对方的价电子,形成两个价电子环绕两个原子旋转、合手言欢是和谐共处最佳方案,也就成为原子间联系、结合的最佳选择。


探讨原子之间的结合,就要探究质子、电子在结合中如何起作用?当然要关注、借鉴自然界原子间结合的信息:电子的运动是物质中最明显、最活跃、最有作为的存在。但是电子如何运动、怎样作为?却是未解之谜、令人困扰,不妨迂回到大自然的基本状态进行探讨。

自然原子最明显的结合就是分子,我们注意到:大气里的氢、氧、氮气等同种元素的原子,它们总是两两牢固地结合成分子,在化学方程式中,氢气、氧气也要写成H2、O2。这是典型的两个原子的结合。问题是这两个原子是怎样结合的?是化学键-电子偶合、还是另有蹊径?在常温下,这些结合总是呈现为气态。我们就来看看这些气体分子中的两个原子是怎样结合的?

现代实验手段观察不到气体的电子位置及其运动状态,我们只能到气体最多的地方去看看气体构成的特征:在元素周期表的右边、常温下,此列元素全部都是气态,这就是著名的惰性气体。惰性元素的特征是:除了氦气之外,所有惰性元素的外围全是8个价电子整齐的包围并运转着,原子的外电子与相邻原子的外电子相斥,于是形成比液态分子距离大10倍、体积大近1000倍的分子气体,并且造就了阿伏伽德罗常数,外电子(像蛋壳)整体外包围以达到相斥、是气体形成的原理;外电子整体外包围是气体形成的充分必要条件。

那么,氢气分子之所以成为气体,肯定是两个电子包围在两个质子之外、形成缠绕式椭球形的高速运转。电子运转形成球状包围、才能形成分子之间电子相斥、形成空间距离很大的氢气。于是,在原子连接成分子的过程中、电子所在的部位和作用就很清楚了:是共有的价电子在外包围两个质子高速运转,使两个原子抱团结合。这是大自然对氢气电子线路的提示,不存在电子的偶合。

同理,氧气、氮气成为分子气体,也是因为共有的价电子包围在两个原子外呈椭球形运转,外表面电子与电子相斥,方能形成空间距离很大的气体分子。双原子气体的具体构造过程是:两个核心(原子实,即不包含价电子的原子)相互吸引对方的价电子,形成结构元,即共有价电子在外部包围着两核心高速运转,如同一个个双黄蛋,价电子的运转如同电子蛋壳相斥,分开距离形成气体。分子形成气体,不一定是像惰性气体那样外电子达到8个,如果速率极高形成间隙很小的壳层,也是能够形成气体,如:氦气、氧气。图2是氮气、氧气的核外电子的分布示意图。

氮气结构.png

                      图2

气体的存在是原子相互吸引对方价电子、形成共有价电子环绕两核心、把原子全面地包围方能外围电子相斥、形成气体。共有的价电子环绕两核心的运转,促成两原子结合、构成简单、普适的结构-结构元;共有价电子环绕运转让两原子紧密结合,把质子对电子的吸引力发挥到极致、也构成了两原子的结合力。可见两原子的结合是价电子包围运转的作为,不存在电子云重叠而偶合,没有化学键什么事。

如果笃信键理论,地球上就没有大气层!氧、氮、氢气、二氧化碳统统不存在,因为除了电子的包围运转,所有的键连接都不能把原子连接成为气体。也就是所有的化学键都是在两个原子中间起作用,不能全方位包围两个(数个)原子,所以不能构成电子壳层、不能形成气体。在键理论把持之下、除了惰性气体,所有的原子都不可能形成气体;蒸汽机、内燃机将不存在;地球上将没有植物、动物。

所有气体,包括多个不同元素的气体如,水蒸气、二氧化碳、甲烷等等,不管你是什么键、也必须是共有的价电子在外、形成壳层,要不然它们不会相斥、飞不起来。有人说我这个电子轨道太简单了,简单有什么不好?按原子理论,电子轨道有s轨道,p轨道,d轨道等等……可是,老天爷安排电子的运动不是做数学、也不是画美术,让原子结合成气体、能飞起来的电子运行线路就是这么简单。

原子结合成气体,是共有价电子运转线路的球状大包围。当原子结合成为液体、固体时,价电子的包围运转还是保持,不过包围的运转线路不是椭球形,包围运转线路是带状椭圆、或平面椭圆,这两种椭圆我会慢慢道来。这种公用价电子的包围运转是原子结合的最重要的运动,我称之为价和运转,名称怎么叫不重要,关键是这种运转能够实现相同和不同原子之间的结合,取代:金属键、共价键、离子键……等等七八种、所有化学键的全部功能;价和运转形成的力及其外延可以取代:色散力、诱导力、取向力等等四五种分子力;价和运转形式还能适应:固体、液态、气体的各种相态的结合、以及合理解读相态之间的变化(相变),化学键面对相变哑口无言。

现在你可以分辨谁简单、谁复杂;不用“剃刀原则”也能分辨孰真孰假。化学键发韧于200年前,修修补补100年、传承100年,但是对核外电子运动的猜想不符合事实、进展困难,牵强的理论肯定是要下课了。


2021/12/6

参考文章:

《结构元-自然奥秘的重大发现》

https://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1285467.html

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