Кластерная система химических элементов
Хорошавин Лев Борисович
Докт. техн. наук
Реферат
Разработана кластерная восемнадцатигрупповая система химических элементов до
N
220, в основу которой положен кластерный принцип строения электронных оболочек элементов с сохранением известной зависимости их свойств от атомной массы. Кластерная система химических элементов позволит изучать изменение свойств элементов не только по периодам и группам в Периодической системе элементов, но и дополнительно по кластерам химических элементов, определять прогнозные свойства новых элементов и создавать новые кластерные материалы и изделия.
Существующая длиннопериодная Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева исследована крайне недостаточно. Хотя и существуют более 500 производных систем от Периодической системы, но все они до сих пор не систематизированы, не проанализированы и недостаточно практически используются [1].
Автором для разработки новых систем химических элементов использовано два фундаментальных положения:
1. Строгой неизменности существующей Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, недопустимости внесения в нее каких-либо изменений, кроме добавления новых элементов. Главная особенность Периодической системы – неизвестность впередистоящих до водорода элементов и последних элементов. Можно предполагать, что до водорода могут стоять элементарные частицы, объединенные в кластеры-изотопические мультиплеты, с массой и зарядом менее 1 с уменьшающимися размерами в данное время до иокточастиц -10-24
м, а в конце – бесконечное количество новых элементов с переходом их количества в новое качество по волновым функциям. Это предположение основано на том, что в данное время известно только около 5% материи, а 95% материи неизвестна до сих пор – в этой темной материи может быть всё, в т.ч. и новые элементы с новой структурой и новой периодичностью.
Следовательно, Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева бесконечна в начале системы до водорода и в конце с определенными условиями стабильности новых элементов.
2. Целесообразности разработок новых производных систем элементов для исследования взаимосвязи между свойствами элементов, прогнозирования новых элементов и решения конкретных практических задач. Для этих целей авторами создан ряд новых производных систем химических элементов, в т.ч. и с разделением элементов на нечетные и четные по атомным номерам [2-12].
Два положения о неизменности Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева и целесообразности разработок новых производных систем элементов полностью соответствуют объективным диалектическим законам познания Природного мира.
Известна зависимость свойств элементов от их атомной массы и электронной конфигурации в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева по периодам и группам. Предлагается дополнительно
рассматривать изменение свойств элементов по их кластерам (группировкам), основанным на количестве внешних электронов в каждой электронной конфигурации с целью:
- определить зависимости изменения свойств элементов в каждом кластере и между ними от четырех квантовых чисел: главного (n), орбитального (l), магнитного (ml
) и спинового (ms
);
- рассчитывать прогнозные свойства новых элементов на основе кластеров и электронных ячеек для их экспериментальной проверки;
- создать новые кластерные материалы и изделия по микро-, нано- и пикотехнологиям.
Постановка задачи в данной работе – определить кластеры химических элементов по количеству внешних электронов в каждой электронной конфигурации s-, p-, d-, f-, g-элементов (орбитальному квантовому числу l) при неизменности порядка их атомных масс и атомных номеров, равных количеству протонов в ядре и, соответственно, электронов в оболочках. Систематизировать кластеры химических элементов, определить электронные ячейки в кластерной системе элементов и изучить свойства ячеек.
Ранее авторами статьи установлены кластеры (группировки) химических элементов по структуре их внешних электронных оболочек и количеству в них внешних электронов [13].
Химическое взаимодействие элементов определяется преимущественно внешними электронами элементов, т.е. их количеством и структурой внешних электронных оболочек элементов. Также строение внешних электронных оболочек и связанные с ними большинство химических и физических свойств элементов определяются электромагнитным взаимодействием электронов с ядром – в основном кулоновскими силами и в меньшей степени друг с другом.
Количество внешних электронов и структура оболочек изменяются по группам элементов с определенным их чередованием в виде группировок, названных кластерами элементов.
Известно, что относительно небольшие группы частиц, объединенных теми или иными силами, относительно слабыми, называются кластерами (кластер, англ. cluster – группировка, скопление, сгусток, связка, пучок, группа атомов или других структурных элементов, агрегаты и др.). Виды кластеров многочисленны: нанокластеры (группировки, агрегаты ионов, атомов, молекул и отдельных частиц), металлические, магнитные, молекулярные, углеродные, водные, кластеры благородных газов и др.
Кластеры химических элементов –
это группировки элементов с одинаковой электронной конфигурацией, с одинаковым интервалом изменения количества внешних электронов и границами между ними, определенными постоянным количеством внешних элементов в каждой группировке.
Кластерная система химических элементов
(табл.1) основана на их разделении на s, p, d, f, g-элементы и кластеры.
Таблица 1. Кластерная система химических элементов
Атомная масса –
Удельная атомная масса –
Распределение внешних электронов -
|
6,94 3
2,31 Li
литий
2s1
1
|
-Атомный номер
- Название элемента
- Количество внешних электронов
|
Количество элементов в одном кластере:
|
2-ð s-элементы
6-ð p-элементы
10-ð d-элементы
14-ð f-элементы
18-ð g-элементы
|
Ряды
|
Группы элементов
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
1
|
1,0 1
1,0 H
водород
1s1
1
|
4,0 2
2,0 He
гелий
1s2
2
|
6,94 3
2,31 Li
литий
2s1
1
|
9,01 4
2,25 Be
бериллий
2s2
2
|
10,81 5
2,16 B
бор
2s2
2p1
3
|
12,01 6
2,0 C
углерод
2s2
2p2
4
|
14,00 7
2,0 N
азот
2s2
2p3
5
|
15,99 8
1,99 О
кислород
2s2
2p4
6
|
18,99 9
2,99 F
фтор
2s2
2p5
7
|
2
|
39,09
19
2,05 К
калий
4s1
1
|
40,07
20
2,0 Са
кальций
4s2
2
|
44,95
21
2,14 Sc
скандий
3d1
4s2
3
|
47,88 2
2
2,17 Ti
титан
3d2
4s2
4
|
50,94
23
2,21 V
ванадий
3d3
4s2
5
|
51,99 24
2,16 Cr
хром
3d4
4s2
6
|
54,93 25
2,19 Mn
марганец
3d5
4s2
7
|
55,84 26
2,14 Fe
железо
3d6
4s2
8
|
58,93 27
2,18 С
o
кобальт
3d7
4s2
9
|
3
|
85,47 37
2,31 Rb
рубидий
5s1
1
|
87,62 38
2,0 Sr
стронций
5s2
2
|
88,90 39
2,27 Y
иттрий
4d1
5s2
3
|
91,22 40
2,28 Zr
цирконий
4d2
5s2
4
|
92,90 41
2,26 Nb
ниобий
4d4
5s1
5
|
95,94 42
2,28 Mo
молибден
4d5
5s1
6
|
97,90 43
2,27 Tc
технеций
4d5
5s2
7
|
101,07 44
2,29 Ru
рутений
4d7
5s1
8
|
102,9
4
5
2,28 Rh
родий
4d8
5s1
9
|
4
|
132,9 55
2,41 Cs
цезий
6s1
1
|
137,32 56
2,45 Ba
барий
6s2
2
|
138,95 57
2,43 La
лантан
5d1
6s2
3
|
140,12 58
2,41 Ce
церий
4f1
5d1
6s2
4
|
140,9 59
2,38 Pr
празеодим
4f3
6s2
5
|
144,24 60
2,40 Nd
неодим
4f4
6s2
6
|
145,0 61
2,45 Pm
прометий
4f5
6s2
7
|
150,4 62
2,42 Sm
самарий
4f6
6s2
8
|
151,96 63
2,41 Eu
европий
4f7
6s2
9
|
5
|
180,94 73
2,47 Ta
тантал
5d3
6s2
5
|
183,85 74
2,48 W
вольфрам
5d4
6s2
6
|
186,2 75
2,48 Re
рений
5d5
6s2
7
|
190,2 76
2,50 Os
осми
5d6
6s2
8
|
192,22 77
2,49 Ir
иридий
5d7
6s2
9
|
195,09 78
2,50 Р
t
платина
5d8
6s2
10
|
196,96 79
2,50 Au
золото
5d10
6s1
11
|
200,59 80
2,50 Hg
ртуть
5d10
6s2
12
|
204,38 81
2,52 Tl
таллий
6s2
6p1
3
|
6
|
231,03 91
2,53 Pa
протактиний
5f2
6d1
7s2
5
|
238,02 92
2,58 U
уран
5f3
6d1
7s2
6
|
237,04 93
2,54 Np
нептуний
5f4
6d1
7s2
7
|
244,06 94
2,59 Pu
плутоний
4f1
5d1
6s2
4
|
243,06 95
2,55 Am
америций
5f7
7s2
9
|
247,07 96
2,57 Cm
кюрий
5
f
7
6
d1
7
s2
10
|
247,07 97
2,54 Bk
берклий
5f8
6d1
7s2
11
|
251,08 98
2,56 Cf
калифорний
5f1
0
7s2
12
|
252,08 9
9
2,54 Es
эйнштейн
5f1
1
7s2
13
|
7
|
266,0 109
2,44 Mt
мейтнерий
6d7
7s2
9
|
267,14 110
2,42 Ds
дармштадтий
6d8
7s2
10
|
268,14 111
2,41 -
6d10
7s1
11
|
269,15 112
2,40 -
6d10
7s2
12
|
270,15 113
2,39 -
7s2
7p1
3
|
271,16 11
4
2,37 -
7s2
7p2
4
|
272,16 11
5
2,36 -
7s2
7p3
4
|
273,17
11
6
2,35 -
7s2
7p4
5
|
274,17 117
2,34 -
7s2
7p5
7
|
8
|
284,42 127
2,23 -
9
|
285,25 128
2,22 -
10
|
286,26 129
2,22 -
11
|
287,27 130
2,20 -
12
|
131
-
13
|
132
-
14
|
133
-
15
|
134
-
16
|
135
-
17
|
9
|
145
-
9
|
146
-
10
|
147
-
11
|
148
-
12
|
149
-
13
|
150
-
14
|
151
-
15
|
152
-
16
|
153
-
3
|
10
|
163
-
3
|
164
-
4
|
165
-
5
|
166
-
6
|
167
-
7
|
168
-
8
|
169
-
1
|
170
-
2
|
171
-
3
|
11
|
181
-
13
|
182
-
14
|
183
-
15
|
184
-
16
|
185
-
17
|
186
-
18
|
87
-
19
|
88
-
20
|
189
-
3
|
12
|
199
-
13
|
200
-
14
|
201
-
15
|
202
-
16
|
203
-
3
|
204
-
4
|
205
-
5
|
206
-
6
|
207
-
7
|
13
|
217
-
7
|
218
-
8
|
219
-
1
|
220
-
2
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
14
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Продолжение таблицы 1
Ряды
|
Группы элементов
|
X
|
XI
|
XII
|
XIII
|
XIV
|
XV
|
XVI
|
XVII
|
XVIII
|
1
|
20,17 1
0
2,01 Ne
неон
2s2
2p6
8
|
22,99 11
2,09 Na
натрий
3s1
1
|
6,94 12
2,02 Mg
магний
3s2
2
|
26,98 13
2,07 Al
алюминий
3s2
3p1 3
|
28,08 14
2,0 Si
кремний
3s2
2p2
4
|
30,97 15
2,06 P
фосфор
3s2
3p3
5
|
32,06 16
2,0 S
сера
3s2
3p4
6
|
35,45 17
2,08 Cl
хлор
3s2
3p5
7
|
39,94 18
2,21 Ar
аргон
3s2
3p6
8
|
2
|
58,34 28
2,08 Ni
никель
3d8
4s2
10
|
63,54 2
9
2,19 С
u
медь
3d10
4s1
11
|
65,39 30
2,17 Zn
цинк
3d10
4s2
12
|
69,72 31
2,24 Ga
галлий
4s2
4p1
3
|
72,61 32
2,26 Ge
германий
4s2
4p2
4
|
74,92 33
2,27 As
мышьяк
4s2
4p3
5
|
78,96 34
2,32 Se
селен
4s2
4p4
6
|
79,90 3
5
2,28 Br
бром
4s2
4p5
7
|
83,8 36
2,32 К
r
криптон
3s2
4p6
8
|
3
|
106,4 46
2,31 Pd
палладий
4d10
5s0
10
|
107,86 47
2,29 Ag
серебро
4d10
5s1
11
|
112,41 48
2,34 Cd
кадмий
4d10
5s2
12
|
114,81 49
2,34 In
индий
5s2
5p1
3
|
118,71 50
2,37 Sn
олово
5s2
5p2
4
|
121,75 51
2,38 Sb
сурьма
5s2
5p3
5
|
127,6 52
2,45 Te
теллур
5s2
5p4
6
|
126,9 53
2,39 I
йод
5s2
5p5
7
|
131,29 54
2,43 Xe
ксенон
5s2
5p6
8
|
4
|
157,25 64
2,45 Gd
гадолиний
4f7
5d1
6s10
|
153,92 65
2,36 Tb
тербий
4f9
6s2
11
|
162,5 66
2,46 Dy
диспрозий
4f1
0
6s2
12
|
164,93 67
2,46 Ho
гольмий
4f1
1
6s2
13
|
167,26 68
2,46 Er
эрбий
4f12
6s2
14
|
168,93 69
2,44 Tm
тулий
4f13
6s2
15
|
173,04 70
2,47 Yb
иттербий
4f14
6s2
16
|
174,97 71
2,46 Lu
лютеций
5d1
6s2
3
|
178,49 72
2,47 Hf
гафний
5d2
6s2
4
|
5
|
207,2 82
2,52 Pb
свинец
6s2
6p2
4
|
208,98 83
2,51 Bi
висмут
6s2
6p3
5
|
208,98 84
2,48 Po
полоний
6s2
6p4
6
|
209,98 85
2,47 At
астат
6s2
6p5
7
|
221,01 86
2,58 Rn
радон
6s2
6p2
8
|
223,02 87
2,56 Fr
франций
7s1
1
|
226,02 88
2,56 Ra
радий
7s2
2
|
227,02 89
2,55 Ac
актиний
6d1
7s2
3
|
232,03 90
2,57 Th
торий
6d2
7s2
4
|
6
|
257,09100
2,57 Fm
фермий
4f12
7s2
14
|
258,09 101
2,55 Md
менделеевий
5
f
3
6
d1
7
s2
15
|
259,1 102
2,54 No
нобелий
5f14
7s2
16
|
260,1 103
2,52 Lr
лоуренсий
6d1
7s2
3
|
261,11 104
2,51 Rf
резерфордийий
6d2
7s2
4
|
262,11 105
2,49 Db
дубний
6d3
7s2
5
|
263,12 106
2,48 Sg
сиборгий
6d4
7s2
6
|
264,1 107
2,46 Bh
борий
6d5
7s2
7
|
265,13 108
2,45 Hs
хассий
6d6
7s2
8
|
7
|
275,18118
2,33 -
7s2
7p6
8
|
276,18 11
9
2,32 -
8s1
1
|
277,19 1
20
2,30 -
8s2
2
|
278,19 1
21
2,29 -
3
|
279,2 1
22
2,28 -
4
|
280,2 1
23
2,27 -
5
|
281,21 1
24
2,26 -
6
|
282,22 1
25
2,25 -
7
|
283,23 1
26
2,24 -
8
|
8
|
1
36
-
18
|
1
37
-
19
|
1
38
-
20
|
1
39
-
3
|
1
40
-
4
|
1
41
-
5
|
142
-
6
|
1
43
-
7
|
1
44
-
8
|
9
|
1
54
-
4
|
1
55
-
5
|
1
56
-
6
|
1
57
-
7
|
1
58
-
8
|
15
9
-
9
|
1
60
-
10
|
1
61
-
11
|
162
-
12
|
10
|
1
72
-
4
|
1
73
-
5
|
1
74
-
6
|
1
75
-
6
|
1
76
-
8
|
1
77
-
9
|
1
78
-
10
|
17
9
-
11
|
1
80
-
12
|
11
|
19
0
-
4
|
191
-
5
|
192
-
6
|
193
-
7
|
194
-
8
|
195
-
9
|
196
-
10
|
197
-
11
|
198
-
12
|
12
|
2
08
-
8
|
2
09
-
9
|
21
0
-
10
|
2
11
-
11
|
212
-
12
|
213
-
3
|
214
-
4
|
215
-
5
|
216
-
6
|
13
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
14
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Таблица 2. Разделение химических элементов на
s
,
p
,
d
,
f
,
g
-элементы и кластеры в кластерной системе химических элементов
s-
элементы
|
p-
элементы
|
d-
элементы
|
f-
элементы
|
g-
элементы
|
Но-мер
|
Сим-вол
|
К-во внешних электронов
|
Но-мер
|
Сим-вол
|
К-во внешних электронов
|
Но-мер
|
Сим-вол
|
К-во внешних электронов
|
Но-мер
|
Сим-вол
|
К-во внешних электронов
|
Но-мер
|
Сим-вол
|
К-во внешних электронов
|
1
|
H
|
1
|
5
|
B
|
3
|
21
|
Sc
|
3
|
57
|
La
|
3
|
121
|
-
|
3
|
2
|
He
|
2
|
6
|
C
|
4
|
22
|
Ti
|
4
|
58
|
Ce
|
4
|
122
|
-
|
4
|
3
|
Li
|
1
|
7
|
N
|
5
|
23
|
V
|
5
|
59
|
Pr
|
5
|
123
|
-
|
5
|
4
|
Be
|
2
|
8
|
O
|
6
|
24
|
Cr
|
6
|
60
|
Nd
|
6
|
124
|
-
|
6
|
11
|
Na
|
1
|
9
|
F
|
7
|
25
|
Mn
|
7
|
61
|
Pm
|
7
|
125
|
-
|
7
|
12
|
Mg
|
2
|
10
|
Ne
|
8
|
26
|
Fe
|
8
|
62
|
Sm
|
8
|
126
|
-
|
8
|
19
|
K
|
1
|
13
|
Al
|
3
|
27
|
Co
|
9
|
63
|
Eu
|
9
|
127
|
-
|
9
|
20
|
Ca
|
2
|
14
|
Si
|
4
|
28
|
Ni
|
10
|
64
|
Gd
|
10
|
128
|
-
|
10
|
37
|
Rb
|
1
|
15
|
P
|
5
|
29
|
Cu
|
11
|
65
|
Tb
|
11
|
129
|
-
|
11
|
38
|
Sr
|
2
|
16
|
S
|
6
|
30
|
Zn
|
12
|
66
|
Dy
|
12
|
130
|
-
|
12
|
55
|
Cs
|
1
|
17
|
Cl
|
7
|
39
|
Y
|
3
|
67
|
Ho
|
13
|
131
|
-
|
13
|
56
|
Ba
|
2
|
18
|
Ar
|
8
|
40
|
Zr
|
4
|
68
|
Er
|
14
|
132
|
-
|
14
|
87
|
Fr
|
1
|
31
|
Ga
|
3
|
41
|
Nb
|
5
|
69
|
Tm
|
15
|
133
|
-
|
15
|
88
|
Ra
|
2
|
32
|
Ge
|
4
|
42
|
Mo
|
6
|
70
|
Yb
|
16
|
134
|
-
|
16
|
119
|
-
|
1
|
33
|
As
|
5
|
43
|
Tc
|
7
|
89
|
Ac
|
3
|
135
|
-
|
17
|
120
|
-
|
2
|
34
|
Se
|
6
|
44
|
Ru
|
8
|
90
|
Th
|
4
|
136
|
-
|
18
|
169
|
-
|
1
|
35
|
Br
|
7
|
45
|
Rh
|
9
|
91
|
Pa
|
5
|
137
|
-
|
19
|
170
|
-
|
2
|
36
|
Kr
|
8
|
46
|
Pd
|
10
|
92
|
U
|
6
|
138
|
-
|
20
|
219
|
-
|
1
|
49
|
In
|
3
|
47
|
Ag
|
11
|
93
|
Np
|
7
|
171
|
-
|
3
|
220
|
-
|
2
|
50
|
Sn
|
4
|
48
|
Cd
|
12
|
94
|
Pu
|
8
|
172
|
-
|
4
|
10 кластеров
|
51
|
Sb
|
5
|
71
|
Lu
|
3
|
95
|
Am
|
9
|
173
|
-
|
5
|
52
|
Te
|
6
|
72
|
Hf
|
4
|
96
|
Cm
|
10
|
174
|
-
|
6
|
53
|
I
|
7
|
73
|
Ta
|
5
|
97
|
Bk
|
11
|
175
|
-
|
7
|
54
|
Xe
|
8
|
74
|
W
|
6
|
98
|
Cf
|
12
|
176
|
-
|
8
|
81
|
Tl
|
3
|
75
|
Re
|
7
|
99
|
Es
|
13
|
177
|
-
|
9
|
82
|
Pb
|
4
|
76
|
Os
|
8
|
100
|
Fm
|
14
|
178
|
-
|
10
|
83
|
Bi
|
5
|
77
|
Ir
|
9
|
101
|
Md
|
15
|
179
|
-
|
11
|
84
|
Po
|
6
|
78
|
Pt
|
10
|
102
|
No
|
16
|
180
|
-
|
12
|
85
|
At
|
7
|
79
|
Au
|
11
|
139
|
-
|
3
|
181
|
-
|
13
|
86
|
Rn
|
8
|
80
|
Hg
|
12
|
140
|
-
|
4
|
182
|
-
|
14
|
113
|
-
|
3
|
103
|
Lr
|
3
|
141
|
-
|
5
|
183
|
-
|
15
|
114
|
-
|
4
|
104
|
Rf
|
4
|
142
|
-
|
6
|
|