СТРУКТУРА ЯДРА АТОМА УГЛЕРОДА
Анонс. Почему алмаз и графит состоят из одного и того же химического элемента – углерода, но имеют радикально различные механические свойства? Ответ на этот вопрос был получен впервые в России в 2002 году и опубликован в книге Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. 1-е издание. Краснодар 2002. 334 с.
Структурные схемы ядра атома углерода: а) схема плоского ядра; b) и с) схемы пространственного ядра
Структура ядра атома углерода
Углерод считается основой жизни, так как формирует большое количество связей с атомами других химических элементов. Посмотрим на причину такой его активности .На рис. а
показано плоское ядро этого элемента. Тут невольно вспоминается чешуйчатое, плоское строение графита, состоящего из углерода. Такое вещество образуется из атомов углерода, ядра которых имеют плоскую структуру из шести протонов и шести нейтронов. Однако в Природе встречается углерод и с другой - пространственной компоновкой ядра. Механические свойства алмаза (рис. b), который также состоит из углерода, радикально отличаются от механических свойств графита.
Теперь мы видим, что форма ядра углерода определяет свойства вещества, состоящего из атомов этого химического элемента.
На рис. b показана структура другого ядра атома алмаза. У этой структуры 7 нейтронов. Один расположен в центре пространственной системы координат и три пары других нейтронов направлены вдоль трех координатных осей. Вдоль этих же осей к каждому наружному нейтрону присоединен протон. Таким образом, пространственное ядро такого атома углерода - идеальный узел кристаллической решетки. Такая конструкция ядра и обеспечивает прочность кристаллов алмаза.
Экспериментальная ядерная спектроскопия свидетельствует, что 98,90% ядер углерода содержат 6 протонов и 6 нейтронов и лишь 1,10% процента ядер этого элемента имеют лишний нейтрон. Теперь мы видим, что это ядра атомов алмаза (рис. b).
Обратим внимание на предельную симметричность обоих ядер атома углерода. Плоское симметричное ядро принадлежит углероду, формирующему органические соединения (рис. а). Из этого следует также, что силы связи, действующие между частицами этих ядер, примерно одинаковые
Из второй (рис. b) и третьей (рис. с) структурных схем ядер атома углерода следует, что нейтрон действительно имеет сложное магнитное поле, состоящее из шести магнитных полюсов. Магнитное же поле протона во всех рассмотренных нами случаях остаётся простым, подобным магнитному полю стержневого цилиндрического магнита .
А теперь учтём, что электроны взаимодействуют с протонами ядер линейно. Из этого следует, что все шесть электронов атома углерода находятся на одинаковых расстояниях от ядер и являются валентными. В результате плоские атомы углерода формируют органические молекулы и графит, а пространственные – алмазы.