Глава 2. Межатомные расстояния

Глава 2

Межатомные расстояния

Уравнение 1 – 10 указывает, что расстояние между любыми двумя атомами в твердой совокупности – функция определенных вращений атомов. Поскольку каждый атом способен принимать любое из нескольких разных относительных ориентаций вращательных движений, из этого следует, что для каждой комбинации атомов имеется ряд определенных возможных вращений. Число возможных альтернатив увеличивается за счет двух дополнительных факторов, которые уже обсуждались. Как отмечалось в главе 10 тома 1, атом обладает вариантом вращения с обычным магнитным смещением и положительным электрическим смещением или со следующим более высоким магнитным смещением и отрицательным электрическим приращением. В любом случае, действующую величину, удельное вращение, можно изменить расширением движения на вторую единицу вибрации, как говорилось в главе 1.

При надлежащих условиях, можно реально осознавать каждый из многих вариантов величины удельного вращения и соответствующие величины межатомных расстояний. Но в любом конкретном наборе обстоятельств, одни комбинации вращений более вероятны, чем другие. В обычной практике число разных величин расстояния между одними и теми же двумя атомами относительно невелико, кроме каких-то особых случаев. Сейчас дела обстоят так, что из теоретических допущений мы можем вычислить небольшой набор вероятных межатомных расстояний для каждого элемента и соединения.

Бесспорно, было бы желательно детально оценить вероятные отношения так, чтобы результаты вычислений были как можно более индивидуальными, но предпринимать полное исследование вероятности отношений в этой работе было бы не осуществимо. В исследовании такой обширной области как структура физической вселенной, приходится не только отбирать раскрываемые темы, но и решать, до какой степени они будут освещаться. Возможно полезно скрупулезное рассмотрение отношений вероятности, входящих в физические ситуации, но время и усилие, требующиеся для выполнения этого проекта, бесспорно, будут огромными, а вклад в основные цели этого труда недостаточным, чтобы оправдать размещение таких больших ресурсов. Решения, насколько далеко должно заходить исследование в конкретных областях, должны приниматься время от времени по ходу работы, чтобы ограничить ее конечный объем.

В этой связи, хорошо бы указать, что вычисление уникального межатомного расстояния для каждого элемента или комбинации элементов никогда не будет возможно, даже когда будут четко установлены отношения вероятности, поскольку во многих случаях выбор из возможных альтернатив – это не только вопрос относительной вероятности, но и истории конкретного образца. Если в области физических условий, при которых выполняется эмпирическое исследование, устойчивы две или больше альтернативные формы, обработка, которой уже подвергался образец, играет важную роль в определении структуры.

Однако из этого не следует, что мы полностью препятствуем получению определенных величин межатомных расстояний. Хотя еще не существует количественной оценки относительных вероятностей, природа главных факторов, включенных в их определение, может быть выведена теоретически. В большинстве случаев, качественной информации достаточно, чтобы исключить все, кроме нескольких величин возможных вариаций конкретных вращений. Кроме того, имеется ряд отношений, посредством которых область изменчивости может быть сужена еще больше. Эти паттерны станут очевидными, когда в следующей главе мы будем исследовать расстояния в соединениях; они будут рассматриваться более детально.

Поскольку мы начинаем анализ факторов, определяющих межатомное расстояние, первое, что следует подчеркнуть, - мы имеем дело не с размерами атомов, мы оцениваем расстояние между положениями равновесия, которые занимают атомы при конкретных условиях. В главе 1 мы исследовали общую природу атомного равновесия. В этой и следующей главе мы увидим, как разные факторы, включенные в отношения между вращениями взаимодействующих атомов, влияют на точку равновесия; мы придем к величинам межатомных расстояний при статических условиях. Затем, в главах 5 и 6, мы будем развивать количественные отношения, которые позволят определить, какие изменения происходят в расстояниях равновесия, когда вмешиваются внешние силы в виде давления и температуры.

Как мы видели в предыдущем томе, все атомы и совокупности материи подвергаются действию двух противоположных сил общей природы: гравитации и последовательности естественной системы отсчета. Это и есть те первичные силы (или движения), которые определяют ход физических событий. Вне гравитационных пределов самых больших совокупностей, движение наружу за счет последовательности естественной системы отсчета превышает движение вовнутрь под действием гравитации. Такие совокупности, главные галактики, удаляются друг от друга со скоростями, увеличивающимися с расстоянием. Внутри гравитационных пределов, гравитационное движение больше, и все атомы и молекулы движутся вовнутрь. В конечном счете, если ничего не вмешивается, движение вовнутрь несет каждый атом в пределах единицы расстояния другого атома, и перевороты направления, совершающиеся на границе единицы, приводят к установлению равновесия между движениями двух атомов. Межатомное расстояние – это расстояние между центрами атомов в состоянии равновесия. Это не определение размеров атомов, как считают сейчас.

Современная теория, рассматривающая межатомное расстояние как измерение “размера”, во многих отношениях схожа с теорией электронной “связи” молекулярной структуры. Подобно электронной теории, она базируется на ошибочном допущении. В данном случае, это допущение, что в твердом состоянии атомы пребывают в контакте. Как и электронная теория, она годится лишь для относительно небольшого числа веществ в их простой форме. Поэтому для объяснения отклонений наблюдаемых расстояний от тех, какими им положено быть, приходится прибегать к изобилию дополнительных и вспомогательных гипотез. Как говорится в учебниках, даже в металлах, которые с точки зрения теории являются самыми простыми структурами, имеется много трудных проблем, включая тот факт, что допускаемый “размер” меняется в зависимости от кристаллической структуры. Некоторые дальнейшие аспекты этой ситуации будут рассматриваться в главе 3.  

Сходство между этими двумя ошибочными теориями не связано с отсутствием адекватных основ и природой трудностей, с которыми они сталкиваются. Оно расширяется до решения этих трудностей, в то время как те же принципы, выведенные из постулатов Обратной Системы для рассмотрения образования молекул химических соединений, будучи приложены другим способом, являются общими рассуждениями, управляющими величиной внутриатомного расстояния в элементах и соединениях. Бесспорно, все совокупности электроотрицательных элементов обладают скорее молекулярным составом, чем атомным, поскольку молекулярное требование - отрицательное электрическое смещение атома такого элемента должно уравновешиваться эквивалентным, положительным смещением для достижения устойчивого равновесия в пространстве - должно применяться и к комбинации с подобным атомом. Как мы видели при исследовании структурной ситуации, электроположительные элементы не подвергаются такому ограничению, но во многих случаях, молекулярный (со сбалансированной ориентацией) вид структуры превалирует над электроположительной структурой по причине сопутствующих факторов, влияющих на относительную вероятность. Вследствие того факта, что расстояния следуют структурному паттерну, разные способы ориентирования атомных вращений, которые обсуждались в главе 18 тома 1, с небольшими модификациями за счет конкретных условий, существующих в совокупностях элементов, определяют способ, как атомы элемента могут комбинироваться друг с другом и действующие величины конкретных вращений в этих комбинациях.

На первый взгляд, конкретные вращения электроположительных элементов основываются на смещениях вращения, описанных в главе 10 тома 1. Там где межатомная ориентация представляет собой обычную положительную компоновку, смещения напрямую переводятся в конкретные вращения путем прибавления первичной единицы, и уменьшения величин приращения там, где вращение распространяется на вибрацию два. За исключением элементов группы 2А, которые, как уже отмечалось, являются предметом особых соображений из-за их низких магнитных смещений, все элементы Деления I следуют регулярному электроположительному паттерну конкретных вращений. Единственные нарушения - электрические вращения вторых и третьих элементов каждой группы, где точка перехода к вибрации два меняется между группами. Внутриатомные расстояния в этом делении приводятся в таблице 2.

Регулярный электроположительный паттерн относится и к Делению II, и ряд элементов группы 3А Деления II кристаллизуется на этой основе, с межатомными расстояниями, определяемыми так же, как и для Деления I. Однако, как отмечалось в томе 1, элементы Деления II обычно благоприятствуют магнитному типу ориентации в химических соединениях, потому что при увеличении смещения, обычная положительная ориентация становится менее вероятной. Те же соображения вероятности работают против положительной ориентации в элементах этого деления, но вместо использования в качестве альтернативы магнитной ориентации, эти элементы пользуются видом ориентации, доступным лишь тогда, когда все вращения каждого участника соединения идентичны друг другу. Такая компоновка переворачивает действующие направления вращений альтернативных атомов. Итоговое относительное вращение является комбинацией x и 8-x (или 4-x), как при нейтральной ориентации, а действующие конкретные вращения: 10 для вибрации один и 5 для вибрации два. Также обычна величина комбинации 5-10.