Пограничные Аспекты Химии.
Ордин С.В.
Институт Иоффе РАН.
Ordin S.V., "Frontier Chemistry Aspects", GJSFR Volume 20 Issue 2 Version 1.0, pp. 1-11,
Абстракт.
Химия заложила основы широкого круга разделов науки от физики, до биологии. Более того её основной алгоритм – химическая формула, можно сказать легла в основу построения математических графов и квантово-механического описания с их помощью (Ричардом Фейнманом) взаимодействия элементарных частиц. И сама Химия получила научное обоснование из этих разделов Физики. Но при анализе пропущенного физикой НАНО-масштаба стало очевидно, эти обоснования, ставшие догматизированными постулатами, вывели не только саму Физику, но и Химию на насыщение в приближении к Истине. Это и привело к различным «аномалиям», которые являются просто выходом за пределы используемых моделей. В первую очередь это относится к «пониманию» химических связей – фактически к канонизации орбиталей, рассчитанных на базе уравнения Шредингера. Но как было показано ранее, само уравнение Шредингера описывает не ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ случай, а ПРИМИТИВНЫЙ, т.е. неинвариантный для всех химических элементов. Поэтому ограничиваться эрзац-представлениями Паулинга (от которых он сам-то потом отказался, но которые были канонизированы) это тупик в химическом конструировании новых материалов. Для выхода из этого тупика в химических формулах надо делать допущение на ранее не идентифицированные химические связи за счёт неучтённых ранее в водородоподобной модели атома электронных орбиталей.
Ключевые слова: химическая связь, атомные электронные орбитали, классический гармонический осциллятор, квантовый осциллятор, Принцип Неопределённости, Логарифмическая Относительность.
Введение.
От общего определения Химии Ломоносовым как Науке о Смешивании-сплаве (металлов) и Разделении прошло немало времени. И за это время произошла существенная детализация процессов смешивания/разделения в жидких, газообразных и даже в твёрдых растворах. И были найдены и достаточно строго описаны общие закономерности «смешивания/разделения» и в равновесных, и в неравновесных процессах. В первоначально, в рамках равновесной термодинамики, выделившейся в самостоятельных раздел науки. А затем и в неравновесной термодинамике, ставшей уже продолжением возникшего раздела, который правильнее назвать термостатикой, как занимавшуюся в расчётах термодинамического равновесия. Тогда как даже в стационарных потоках возможно возникновение и концентрационных солитонов [1], и диссипативных структур в потоке энергии химика Пригожина [2]. Так что для описания процессов смешивания/разделения сформировался набор специфических инвариантов, и пространственных, и временных. Эти инварианты по-своему, именно химически отражали буквально суть/квинтэссенцию понимания Природы, что изначально подразумевалось под словом Химия. Но, при этом детализация и расширение Химии шли не только в описанном выше функциональном плане, но и в направлении определения ЭЛЕМЕНТОВ СМЕШИВАНИЯ. Не всегда эта дорога шла прямо – бывали и фантазии, как те же частички флогистона. Хотя и их анализ был совсем не бесполезен и, можно сказать, лёг в основу той части термодинамики, которая перекочевала потом в физику. Но реинкарнация ещё древнегреческих представлений об атомах была дополнена принципиально новым инвариантом молекулой, формула которой и стала основным «математическим» инструментом, выделившим собственно Химию из порождённых ею теорий, ставших разделами физики. Систематизация атомов периодической таблицей Менделеева и введение понятия химическая связь позволили описать практически все наблюдаемые вещества. Именно ВЕРА в Химическую Формулу позволила даже создать несуществующие на Земле типа нитрида бора, созданного на лабораторной работе студентом 3 курса Ленинградского Технологического Института Б.Н. Шарупиным [3].
Но эта Вера в Химическую Формулу воспринималась уже как Научная Истина благодаря обширным и глубоким физическим исследованиям, и атомов, и молекул, и кластеров, и монокристаллов. Даже макроскопический монокристалл, скажем кремния, можно задать элементарной химической формулой Sin. А точнее формулой (Sik)n, где k – число атомов в формуле - в элементарной ячейке. Так что именно химический подход фактически определил связь квантово-механических расчётов [4, 5] с макроскопическими свойствами материалов [6]. И наоборот, физические исследования динамики, в первую очередь колебаний атомов и электронов в различных веществах позволили понять, почему и как атомы образуют молекулы, т.е. понять сами химические связи, приводящие к формированию исследуемых веществ [7, 8, 9].
Заключение.
Занимающимся прикладными исследованиями химикам обычно просто достаточно знать, что есть там какая-то Квантовая Механика, которая описывает теоретически химические связи. А на практике, они просто используют чисто химически установленные эти связи при атомно-молекулярном конструировании новых веществ и материалов. И во многом опираются не на теорию, а на своё чутьё экспериментатора. Таким великолепным чутьём технолога обладал и Борис Николаевич Шарупин, выращивающий мне для исследований великолепные высокоупорядоченные кристаллы нитрида бора и графита, а для промышленности – великолепные изделия из них. Но этот замечательный учёный (посмертно мною включённый в соавторы статьи) когда-то первым меня пригласил на конференцию с докладом, опровергающим декоративную науку, приведённую и в его книге. Так что видимо он понимал, что одного чутья недостаточно для получения новых материалов. И это ЕГО понимание значимости Науки и подтолкнуло меня глубоко разобраться с накопившихся в ней за сто лет противоречиях. И собственное понимание, что без единой картины в Сознании (в теории) мы не получим надёжный инструмент для практики, как для Химии, так и для технологии.
Но как было показано ранее, уравнение Шредингера, на котором построены практически все квантово-механические расчёты не просто описывает лишь атом водорода, а неинвариантное и даёт катастрофические расхождения для всех других атомов, которые пытаются «исправить» методами приближений. Принципиальное «исправление» потребовало как устранение ошибки Шредингера по сопоставлению разновеликие величин, так и исправление самого «Квантования», продолженного вопреки Идеям Планка.
Квантование Макс Планк, в принципе, рассчитал для электромагнитного поля. И, следуя строго Планку, надо было изначально строить на базе электрических моделей Квантовую Электродинамику. Или, по крайней мере, Квантовую НЕМЕХАНИКУ или Квантовую ЭЛЕКТРОМЕХАНИКУ. И естественно на базе электрических моделей, в частности, на базе хорошо описывающего результаты электрических измерений импеданса.
Но об этом подробно будет в следующих работах: «Импеданс Скин-Плазменного Эффекта» и «Квантовая Немеханика».
Ссылки.
1. S.V. Ordin, “Giant spatial dispersion in the region of plasmon-phonon interaction in one-dimensional- incommensurate crystal the higher silicide of manganese (HSM)”, Book: Optical Lattices: Structures, Atoms and Solitons, Editors: Benjamin J. Fuentes, Nova Sc. Publ. Inc., 2011, pp. 101-130.
2. Prigogine, D. Kondepudi, "MODERN THERMODYNAMICS, From Heat Engines to Dissipative Structures, John Wiley & Sons, Chichester-New York, World, Moscow, 2002, 462 pp.
3. B.N. Sharupin "Structure and properties of boron pyronitride", in the book. Ed. V.S. Shpak and R.G. Avarbe "Chemical gas-phase deposition of refractory inorganic materials", 1976, Leningrad, State Institute of Applied Chemistry, 104 p.
4. George . Pimentel, Richard D. Spratley, "Chemical bonding clarified through Quantum Mechanics”, HOLDEN – DAY, INC, Cambridge, 1970, 332 pp.
5. Walter A. Harrison, ELECTRONIC STRUCTURE and the Properties of Solids (The Physics of the Chemical Bond), 2 V., W.H. Freeman and Company, 1980, 673 PP.
6. Grigorovich V.K., “Periodic Law of Mendeleev and the electronic structure of metals”, Publishing House “Nauka”, Moscow, 1966, 288 pp.
7. Ordin S.V. Multidisciplinary approach // NBICS-Science.Technologies. 2018. Vol. 2, № 5, pp. 20-22. http://nbiks-nt.ru/wp-content/uploads...S-NT-5.pdf
8. Ordin S.V. Value of reasoning // NBICS-Science.Technologies. 2019. Vol. 3, № 6, pp. 131-136. http://nbiks-nt.ru/wp-content/uploads...NT-6-1.pdf
9. Stanislav Ordin, Book: “Refinement of basic physical models”, Lambert, 2017, Project № 163273, ISBN: 978-3-659-86149-9, 82 pp.
10. S.V. Ordin, Logarithmic relativity, 2017, http://www.rusnor.org/pubs/articles/15503.htm
11. A. Poulet, J.-P. Mathieu. Vibrational spectra and crystal symmetry (Moscow, Mir, 1973).
12. G.N. Zhizhin, G.N. Mavrin, V.F. Shabanov. Vibrational spectra of crystals (Moscow, Nauka, 1984).
13. S.V. Ordin, [B.N. Sharrupin], J. Semiconductors (FTP), 32(9), 924-932, 1998, Normal Lattice Oscillations and Crystalline Structure of Non-Isotropic Modifications of a Boron Nitride.
14. S.V. Ordin, A.S. Osmakov, V.I. Rumyantzev, E.V. Tupitsina, and A.I. Shelykh, REAL STRUCTURE AND TRANSITION OF THE ORDER-DISORDER TYPE IN MODIFICATIONS OF PYROLYTIC BORON NITRIDE, Surface, X-ray, synchrotron and neutron researches (Moscow), 5, 108, 2003.
15. F.Bassani, J. Pastori-Parravichini "Electronic states and optical transitions in solids", Moscow, 1983, Nauka, 392 p.
16. Ordin S.V., Sokolov I.A., SIZE EFFECT IS IN THE LATTICED ABSORPTION OF SIC, Proceedings of IX Interstate Seminar: Thermoelectrics and their applications, November, 2004, St.-Petersburg, RAS, pp.
17. S.V. Ordin, I.A. Sokolov, Dimension Effect in Lattice Absorption of Silicon Carbide, Sensors/Test 2005 (Nuremberg, Germany).
18. Ordin S.V., Sokolov I.A., Dimension Effect in Lattice Absorption of Silicon Carbide, Technical Digest of the 7th International Conference on Optical Technology, Optical Sensors and Measuring techniques 30 May-1 June 2005 Nuremberg Exhibition Centre, Germany, OPTO2005 conference paper 9, p. 121-124.
19. Pauling L. Nature of the chemical bond / under. Ed. Ya. K. Syrkin. - M.-L .: The Publishing House of Chemical Literature, 1947. - 440 p.
20. Ordin S.V., «Theoretical and practical aspects of the analysis of atomic-molecular bonds», Journal of Chemical Biology and Medicinal Chemistry, Pulsus Journals-18-1020, Apr. 30 2018
21. Stanislav Ordin, “ELECTRONIC LEVELS AND CRYSTAL STRUCTURE”, Journal of Modern Technology & Engineering {ISSN 2519-4836} Vol.3, No.2, 2018, pp.125-142
22. Ordin S.V., “C & BN-Foundation for Atomic-Crystalline Orbitals”, Global Journal of Science Frontier Research- Physics & Space Science (GJSFR-A), Volume 18, Issue 5, Version 1.0, pp. 16-47.
23. Ordin S.V., “Quasinuclear foundation for the expansion of quantum mechanics", International Journal of Advanced Research in Physical Science (IJARPS), Volume 5, Issue 6, 2018, PP 35-45.
24. N.F. Mott, E.A. Davis, ELECTRON PROCESSES IN NON-CRYSTALLINE MATERIALS, 2 V. Second Edition, Clarendon Press, Oxford, 1979, 664 PP.
25. A. Einstein, “Physics and Reality”, Science Press, Moscow, 1965, 358 pp.
