Связь между электромагнитным взаимодействием и правилом октета-дуплета

Добрый день, уважаемые пользователи форума!

Я не являюсь специалистом в данной области и ознакамливаюсь с ней для расширения кругозора. В связи с этим хочу задать вопрос.

Как известно всего существует 4 вида взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное). Насколько я понимаю все связи между атомами происходят благодаря электромагнитному взаимодействию.

Рассмотрим простейшую молекулу Н2. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. Атом Н в целом не обладает зарядом, но между двумя такими атомами создаётся прочная связь именно благодаря электромагнитному взаимодействию. Почему?

Если говорить о том, что положительным зарядом обладает ядро атома, то получается, что оно имея в непосредственной близости "свой" электрон (что и даёт общей системе атома нулевой электрический заряд) почему-то притягивает ещё и электрон чужого Н вместе с его ядром. Почему тогда "чужой" электрон притягивает, а от "чужого" ядра-протона не отталкивается?

И почему тогда притягивает именно один электрон, а не два или три?

В общем резюмируя вопрос, хочу спросить как связано электромагнитное взаимодействие и правило октета-дуплета? Ведь, насколько я понимаю, именно благодаря этой фундаментальной силе правило октета-дуплета и выполняется.

0

Для простоты - водород. Один положительный заряд в центре и электрон вокруг. В квантовой механике рассматривают систему из притягивающего центра - потенциальной ямы ядра, и электрона, в поле этого центра. В стабильном состоянии атома электрон не может находится где угодно и с какой угодно энергией относительно потенциальной ямы ядра. Но он находится в состоянии с минимально возможной энергией. Уровни этой энергии дискретны - квантованы. Распределение электрона вокруг ядра в этом случае сферически симметричное. Атом в целом выглядит электрически нейтральным.
При достаточном сближении двух нейтральных в целом атомов их электронные оболочки могут перекрыться. Тогда каждый из электронов начинает чувствовать уже совсем другую потенциальную яму, из двух ядер. Уровни минимальной энергии в такой яме могут оказаться ниже, чем для одиночного атома. Тогда возникает связь. Паре ядер со сдвоенными электронами энергетически выгоднее быть вместе, чем порознь, свободными. Геометрическая форма распределения электронов в этом случае может быть уже совсем не сферически симметричная.
А если туда еще и третий атом? А вот тут будет не столь хорошо. Третий атом нарушает один из основополагающих законов квантовой механики о невозможности частице находится в одном и том-же состоянии с одним и тем-же набором квантовых чисел. Для третьего электрона и яма будет другой, и минимально возможная энергия тоже. Эта энергия может быть и вне уровня ямы, тогда никакого взаимного притяжения быть не может. Третий как прилетел, так и отлетел. Лишний оказался.

Атомы могут быть и разными. В химии все едино обычно взаимодействует самый крайний электрон одного ядра, с крайним электроном ядра другого. Что такое крайний? Ядро с зарядом больше единицы притягивает к себе все электроны до которых способно дотянуться до тех пор пока не станет выглядеть электрически нейтральным. Плюс и минус притягиваются по закону Кулона. Но с каждым новым электроном условия принятия следующего меняются. Тот же закон невозможности нескольким электронам находится в одном и том-же квантомеханическом состоянии. Для последних электронов многозарядного атома и потенциальная яма своя, и уровни допустимой энергии в ней свои. Обычно эти уровни много меньше чем у электронов "глубинных". Им гораздо легче оторваться от ядра. Но при сближении до перекрытия их оболочек, опять может случиться чудо и яма нескольких атомов впустит в себя пару электронов. Т.е. двум атомам энергетически выгоднее будет находится вместе. Образуется химическая связь. А для других химических элементов потенциальные ямы могут и не вместить електроны связи. Такие атомы друг относительно друга инертны.

Ну это все так, на уровне интуиции объяснения. Есть такая наука - химия. И по моему даже физическая химия. Там умеют детально считать все эти энергии и предсказывать что получится если скажем спирт смешать с водой.

Всегда твой - Etien.

1

Благодарю Вас за ответ!

В принципе из него мне не понятен только один пункт:

На сколько я всегда понимал, любое взаимодействие, любая энергетическая выгода всегда связана с одним из 4 фундаментальных взаимодействий. Протонам энергетически выгодно находится рядом в ядре из-за сильного взаимодействия, камню энергетически выгодно находится на поверхности земли (а не витать в воздухе) из-за гравитационной силы.

Если это утверждение верно, то и "паре ядер со сдвоенными электронами энергетически выгоднее быть вместе", не просто так, а благодаря одной из 4 фундаментальных сил. Насколько я понял, такой силой является электромагнитное взаимодействие.


Или по другому, если атом хаотично двигается, а потом происходит его соединение с другим атомом, то у этого атома происходит изменение скорости или направления, для чего опять-таки требуется сила. А сил всего существует в природе 4...

Резюмируя вопрос, с одной стороны в современной физике утверждается, что любое взаимодействие происходит благодаря одной из 4 фундаментальных сил, а с другой стороны взаимодействие между двумя атомами водорода происходят благодаря квантовым эффектам, которые как-бы не с одним из 4 фундаментальных взаимодействий не связаны, что противоречит первому утверждению.

0

Не заморачивайтесь особо с четырмя типами взаимодействий. Сильное взаимодействие проявляется на крайне малых расстояниях ( ядерных ) и отвечает за то, что протоны и нейтроны слиплись в единое ядро. Оно сильно больше чем электромагнитное отталкивание одноименно электрически заряженных протонов. Этим занимается ядерная физика.
Электромагнетизм отвечает за всю химию, и тем самым и биологию тоже. В предыдущей записке я пытался очень упрощенно описать как это примерно происходит. В электромагнетизме есть еще очень много чего, кроме структуры электронных оболочек атомов. Хотя-бы свободно распространяющаяся электромагнитная волна. Это и видимый свет, это и радио и т.д. Дальность действия электромагнетизма бесконечна, просто с расстоянием падает передаваемая энергия. Для жизни человека электромагнетизм решающий.
Гравитация заметна на очень больших расстояниях и при значительных массах - это астрономия. Как первичная пыль и газ конденсируется в небесные тела. Как эти тела движутся в пространстве. Вопросы мироздания. Человек породился в гравитационном поле и приспособился к его наличию. Фактически никак больше гравитация на нас не действует.
Слабое взаимодействие пожалуй самое таинственное из взаимодействий. Оно проявляется в довольно редких и специфических процессах. Есть вполне научные спекуляции о необходимости слабого взаимодействия для отличия правого от левого - можно ли отличить наш Мир от Мира отраженном в зеркале? Эксперименты можно ставить любые. Или выбирает направления течения времени. Это наверное самый передний фронт физики сегодня.

Успехов! Ваш Etien.

0