Атом в Виртуальной Вселенной (Часть III) [Химия] / Хабр

Предыдущие части:

В предыдущих частях мы разобрали, как в фазово-геометрической модели возникает атом и его электронные оболочки. Уже там стало ясно, что перед нами не просто очередная интерпретация квантовой механики, а совершенно иной язык описания материи — язык фазовой геометрии на компактной трёхсфере .

Но всё это было лишь прологом. Химия может быть дико скучной. А может быть и одной из самых захватывающих областей физики, где геометрия напрямую управляет тем, из чего состоит наш мир. И тут я уже затрудняюсь определить, будем мы рассматривать физику химии или геометрию химии — всё уже настолько переплелось, что разделять их просто не хочется. Но тем и интереснее!

Если сказать совсем коротко: ядро определяет массу атома и количество связываемых электронов, а электронные оболочки определяют химию — то, с кем и как может «дружить» атом. Именно здесь начинаются молекулы, связи, реакции, цвет и запах. И всё это — не как набор эмпирических правил, а как динамика фазовой геометрии.

Итак, приступим.

Атомная — это не «шарик в пустоте»

Важно сразу подчеркнуть ключевой момент, без которого дальнейшее будет выглядеть магией. Атомная трёхсфера S³ — это не просто абстрактная геометрическая поверхность, «вложенная» в глобальную S³ Вселенной. Каждая атомная S³ является резонансной модой на поверхности общего фазового пространства. Атомы — это не изолированные «шарики», между которыми действует внешняя сила. Они — локальные возбуждения одного и того же SU(2)-поля. Именно поэтому они могут перестраиваться, согласовываться и образовывать совместные конфигурации. Из этого следует то, что химия начинается не тогда, когда возникает сила, а тогда, когда две резонансные фазы понимают, что вместе им энергетически выгоднее.

Что на самом деле значит «оторвать электрон»

В школьном учебнике ионизация выглядит просто: электрон получает энергию и «улетает». В фазово-геометрической картине это событие имеет совсем другой смысл.

Ионизация — это разрушение локальной резонансной моды S³, при котором фазовая конфигурация перестаёт быть замкнутой.

Электрон не покидает атом, как шарик, он перестаёт быть частью единой фазовой оболочки и превращается в свободный фазовый дефект, связанный уже не с локальной, а с глобальной SU(2)-фазой Вселенной. Это требует энергии потому, что каждая атомная S³ удерживается за счёт фазовой жёсткости — энергии, которая наказывает за резкие деформации и несогласованность фаз. Когда внешнее поле (свет, электрическое поле, столкновение) передаёт системе энергию, происходит следующее: фаза начинает «раскачиваться», локальная мода теряет устойчивость, а при достижении критической энергии возникает разрыв фазовой согласованности. Эта критическая энергия и есть потенциал ионизации.

Важно: Это не просто кулоновский барьер. Это геометрический предел устойчивости резонансной моды.

Если посмотреть на таблицу элементов, потенциалы ионизации меняются не хаотично, а волнообразно. В фазовой картине это становится почти неизбежным. Разные атомы соответствуют разным резонансным модам. Глубина фазовой «ямы» зависит от числа электронов, степени экранирования и геометрии внешней оболочки. Поэтому щелочные металлы легко «отпускают» электрон, а инертные газы обладают максимальной фазовой жёсткостью. Таблица Менделеева здесь перестаёт быть эмпирическим чудом и становится спектром устойчивых фазовых конфигураций.

После ионизации атомная структура перестаёт быть замкнутой. Возникает система с несогласованной фазой, которая стремится либо вернуть электрон, либо перестроиться в новое устойчивое состояние. В классической химии говорят, что атомы притягиваются и образуют связь. В фазово-геометрической картине формулировка иная: химическая связь — это не сила между атомами, а переход к общей резонансной фазовой конфигурации.

Почему атомы вообще могут соединяться

Каждый атом — это резонансная мода глобальной SU(2)-фазы. Когда два атома сближаются, их локальные фазовые оболочки начинают перекрываться. Если при этом суммарное фазовое напряжение уменьшается, система перестраивается в единую конфигурацию, охватывающую оба ядра. Это и есть молекула. Связь возникает не потому, что появилась сила, а потому, что геометрия допускает более мягкую фазовую форму.

Ковалентная связь: общая фазовая мода

В ковалентной связи ни один атом полностью не теряет электрон. Вместо этого электронная фаза распределяется между двумя полюсами. Геометрически это выглядит как одна резонансная оболочка с двумя фазовыми центрами, соединёнными общим фазовым каналом. Минимум энергии достигается тогда, когда длина этого канала минимальна, а деформация фазы — наиболее гладкая. Отсюда возникают фиксированная длина связи, направленность и насыщаемость.

Ионная связь: фазовая асимметрия

Ионная связь — это предельный случай той же геометрии. Один атом теряет электрон, другой его приобретает, и возникает сильная фазовая асимметрия. Но даже здесь связь удерживается не притяжением зарядов, а общей фазовой конфигурацией, которая минимизирует напряжение между двумя полюсами.

Длина связи — это расстояние, при котором суммарная фазовая энергия достигает минимума: $\frac{dE_{\text{phase}}}{dr}=0$ . Если атомы ближе — растёт фазовая жёсткость. Если дальше — теряется согласованность. Минимум между этими режимами и есть длина связи.

Химическая связь — это минимально-напряжённая совместная фаза между двумя атомными резонансными структурами.

Атом как фазовый узел

Фиг.4 (Сгенерировано ИИ; после этого я перес��ал «насиловать» ИИ, поскольку исчерпал свои возможности объяснения того, как выглядит то, что нарисовать практически нереально; поэтому, дальше рекомендую полагаться на собственное воображение; в целом — вряд ли получится изобразить это лучше, чем в учебнике химии :)) — Фиг.4 (Сгенерировано ИИ; после этого я перестал «насиловать» ИИ, поскольку исчерпал свои возможности объяснения того, как выглядит то, что нарисовать практически нереально; поэтому, дальше рекомендую полагаться на собственное воображение; в целом — вряд ли получится изобразить это лучше, чем в учебнике химии :))

Теперь посмотрим на атом не как на «шарик», а как на узел фазового поля. Каждый атом обладает собственной резонансной модой S³, набором допустимых направлений и конечной фазовой жёсткостью. Когда атом образует связь, часть его фазовой структуры вытягивается в сторону другого атома, формируя канал согласования. Пусть $\Phi(\mathbf{x})$ — фазовая конфигурация атома. Энергия её деформации в самом общем виде может быть записана как

$E = \int \left( \kappa |\nabla \Phi|^2 + \alpha |[\nabla \Phi,\nabla \Phi]|^2 \right) dV$ .

Первый член наказывает за резкие пространственные искажения фазы. Второй — за несовместимость внутренних SU(2)-ориентаций.

Каждый новый фазовый канал увеличивает градиенты и коммутаторные члены. Когда суммарный вклад превышает устойчивый предел, конфигурация теряет стабильность.

Почему число каналов конечно

Если атом пытается согласовать слишком много связей, фазовое поле вынуждено резко изгибаться в разных направлениях, терять гладкость и создавать внутренние конфликты. Геометрически это означает, что существует максимальное число $N_{\max}$ , для которого

$\frac{\partial^2 E}{\partial \Phi^2} > 0$ , то есть конфигурация остаётся устойчивой. Это $N_{\max}$ и есть валентность.

Например, в углероде внешняя оболочка допускает четыре независимых фазовых направления. Геометрически это соответствует тетраэдрической симметрии — единственной конфигурации, где четыре канала могут быть распределены равномерно и с минимальным фазовым напряжением. Отсюда следуют валентность 4, устойчивость -гибридизации и удивительная химическая гибкость углерода.

Валентность — это геометрический предел, задаваемый фазовой жёсткостью атомной резонансной структуры.

Переменная валентность как смена фазового режима

В стандартной химии говорят, что один и тот же элемент может иметь несколько валентностей. В фазово-геометрической картине это перестаёт быть загадкой. Атом не имеет «жёстко зашитого» числа связей. Он имеет фазовую жёсткость, конечный запас геометрической устойчивости и множество допустимых конфигураций. Валентность — это не число, выбитое в паспорте элемента, а рабочий режим фазового узла. В разных фазовых средах один и тот же атом может поддерживать разное число каналов, потому что часть фазовой нагрузки перераспределяется во внешнее окружение. Грубо говоря, атом может «дышать фазой» — то есть изменять степень локальной фазовой концентрации за счёт связей с соседними узлами. В изолированном состоянии он удерживает лишь несколько каналов, прежде чем поле становится слишком напряжённым. Но в комплексе, кристалле или координационной среде часть деформации уходит в соседние атомы, и фазовый предел смещается. Формально это можно записать так: пусть фазовая энергия изолированного узла: , а энергия того же узла в фазовой среде:

$E_{\text{env}}(N) = E_0(N) - \Delta E_{\text{relax}}(N)$ ,

где $\Delta E_{\text{relax}}$ — вклад, связанный с перераспределением фазовых деформаций во внешнюю структуру.

Максимально допустимое число каналов $N_{\max}$ определяется условием устойчивости:

$\frac{\partial^2 E_{\text{env}}}{\partial \Phi^2} > 0$ .

Если среда позволяет эффективно «разгружать» фазовое поле, этот предел возрастает. Именно это и проявляется как переменная валентность: железо может быть двух и трёхвалентным, хром — шести, а многие переходные элементы свободно переключаются между режимами.

Переменная валентность — это смена устойчивого фазового режима атомного узла.

Гибридизация как фазовая оптимизация

После того как стало ясно, что валентность — это число допустимых фазовых каналов, возникает естественный вопрос: почему эти каналы располагаются в пространстве именно так, а не как попало?

В стандартной химии на это отвечают словами «гибридизация орбиталей». В фазово-геометрической картине это можно сказать точнее: гибридизация — это перераспределение фазовой геометрии, которое минимизирует суммарное фазовое напряжение при заданном числе каналов.

Пусть у атома есть N фазовых каналов. Каждый из них создаёт деформацию фазового поля в своём направлении. Энергия конфигурации по-прежнему задаётся функционалом:

$E[\Phi] = \int \left( \kappa |\nabla \Phi|^2 + \alpha |[\nabla \Phi,\nabla \Phi]|^2 \right) dV$ .

Чтобы минимизировать E, система выбирает такую ориентацию каналов, при которой градиенты распределены равномерно, коммутаторные конфликты минимальны и нет «перегруженных» направлений. Это чисто геометрическая задача, аналогичная размещению одинаковых зарядов на сфере.

Три типичных случая

(2 канала)

Минимум достигается, когда каналы направлены в противоположные стороны: $\theta = 180^\circ$ . Это линейная конфигурация.

(3 канала)

Минимум соответствует равномерному размещению в плоскости: $\theta = 120^\circ$ . Это тригонально-плоская структура.

(4 канала)

Здесь минимум — тетраэдр: $\theta \approx 109.5^\circ$ . Это единственная конфигурация, где все каналы равноудалены.

Важно: гибридизация — это не алгебраическая сумма функций, а перестройка фазовой конфигурации.

Орбитали — это лишь локальные проекции глобальных мод. Когда система выбирает , она не складывает и , а перераспределяет фазовые потоки так, чтобы четыре канала могли сосуществовать без конфликта.

Гибридизация — это геометрический способ разместить фазовые каналы так, чтобы суммарная энергия деформации была минимальна.

Комплексные соединения как фазовые множественные узлы

В стандартной химии комплексные соединения часто выглядят как нарушение обычной валентности. Один и тот же центральный атом может образовывать 4, 6, а иногда и 8 координационных связей, принимая геометрию тетраэдра, квадрата, октаэдра и так далее. В фазово-геометрической картине это не исключение, а естественное следствие коллективной фазовой конфигурации.

В обычной молекуле каждый атом удерживает ограниченное число фазовых каналов, прежде чем фазовое напряжение становится слишком большим. Это и проявляется как валентность. В комплексе ситуация иная. Центральный атом входит в совместную фазовую оболочку с лигандами (то есть, окружающими атомами или молекулами, которые координационно связываются с ним и формируют его ближайшее фазовое окружение), часть фазовой жёсткости уходит в окружающие атомы, и система перераспределяет нагрузку по всей структуре. Иными словами, комплекс — это не «переполнение валентности», а распределение фазовой жёсткости между несколькими атомами.

Рассмотрим N фазовых каналов, выходящих из центрального узла. Энергия их взаимного фазового конфликта может быть оценена функционалом:

$E_N \sim \sum_{i<j} \frac{1}{|\hat n_i - \hat n_j|^2}$ ,

где $\hat n_i$ — направления каналов на сфере. Минимизация этого выражения даёт те же геометрии, что и в комплексной химии:

N	Ми��имум энергии	Геометрия комплекса
4	тетраэдр / квадрат
6	октаэдр
8	куб / антипризма

Это не подгонка. Это та же задача, что и равномерное размещение зарядов на сфере.

Лиганды выполняют роль фазовых стабилизаторов. Они принимают на себя часть фазовой деформации, уменьшают локальные градиенты и понижают коммутаторный вклад в энергию. Формально это означает: $E_{\text{complex}} < E_{\text{central}}$ . В классической химии говорят, что лиганды «доноры электронной плотности». В фазовом языке это означает: лиганды расширяют фазовое пространство, позволяя центральному узлу поддерживать больше каналов без разрушения.

Комплексные соединения — это многоканальные фазовые узлы, где геометрия и координационное число задаются минимумом фазовой энергии.

Катализ как локальное снижение фазового барьера

Одна из самых поразительных вещей в химии — то, что реакция может идти либо практически бесконечно медленно, либо почти мгновенно, при одной и той же разности энергий между реагентами и продуктами. Классически это объясняют через энергетический барьер активации. В фазово-геометрической картине этот барьер приобретает точный смысл.

Пусть $\Phi_A$ — фазовая конфигурация реагентов, а $\Phi_B$ — конфигурация продуктов. Реакция требует непрерывного перехода: $\Phi_A \;\to\; \Phi_B$ . Энергетический барьер определяется максимумом вдоль пути в пространстве фазовых конфигураций:

$\Delta E^\ddagger = \max_{\lambda \in [0,1]} E[\Phi(\lambda)] - E[\Phi_A],$

где $\Phi(\lambda)$ — параметризованный путь между состояниями.

Катализатор создаёт дополнительное фазовое пространство, в котором возможен более мягкий маршрут: $\Phi_A \;\to\; \Phi_A^\ast \;\to\; \Phi_B^\ast \;\to\; \Phi_B$ , так что $\Delta E^\ddagger_{\text{cat}} < \Delta E^\ddagger$ . При этом начальное и конечное состояния остаются теми же.

Геометрически это означает, что катализатор временно связывает реагенты, перераспределяет фазовые деформации и «размазывает» резкие повороты фазы по большей области.

Скорость реакции экспоненциально чувствительна к высоте барьера: $k \sim e^{-\Delta E^\ddagger / k_B T}$ . Поэтому даже небольшое уменьшение $\Delta E^\ddagger$ даёт огромный рост скорости.

Катализ — это создание альтернативного фазового маршрута с меньшим максимальным напряжением.

Радикалы как незамкнутые фазовые конфигурации

В классической химии радикалы — это молекулы или атомы с неспаренным электроном. В фазово-геометрической картине это получает более строгий смысл. Радикал — это незамкнутая фазовая конфигурация, в которой нарушена глобальная когерентность.

Пусть $\Phi(\mathbf{x})$ — фазовая структура молекулы. Для обычной молекулы выполняется условие замкнутости:

$\oint_{\gamma} \nabla \Phi \cdot d\mathbf{l} = 2\pi n$ .

У радикала:

$\oint_{\gamma} \nabla \Phi \cdot d\mathbf{l} \neq 2\pi n$ ,

что означает фазовый дефект. А незамкнутая конфигурация неустойчива. Система стремится либо замкнуть фазу (рекомбинация), либо перераспределить её (реакция). Отсюда их высокая активность.

pH как фазовый дисбаланс

pH — это не просто «концентрация ионов». В фазовой картине это мера фазового перекоса между протонными и электронными конфигурациями.

Протон — это не просто заряд, а топологический фазовый центр. Когда он появляется в растворе, он искажает фазовую структуру окружающих молекул. Если $\rho_{H^+}$ — плотность протонов, то фазовый потенциал: $\Phi_{\text{chem}} \sim \log \rho_{H^+}$ . А $\text{pH} = -\log_{10} \rho_{H^+}$ .

На фазовом языке pH — это логарифмическая мера фазовой кривизны среды. Изменяя pH, мы смещаем фазовые потенциалы, меняем направление фазовых потоков и тем самым управляем химическими маршрутами.

Радикалы — это разорванные фазы, а pH — это глобальный фазовый перекос.

Вода как фазовый резонатор

Молекула воды — один из самых странных и одновременно самых изученных объектов в физике и химии. У неё есть целый набор аномалий, которые в стандартной картине приходится просто запоминать: высокая температура кипения, максимум плотности при $4^\circС$ , расширение при замерзании, необычно высокая теплоёмкость и удивительно сильные водородные связи. В фазово-геометрической картине эти свойства оказываются не случайным набором, а проявлениями одной и той же геометрии.

У кислорода валентность равна 2, однако фазовая конфигурация его внешней оболочки допускает четыре фазовых канала — геометрию . Два из них используются для ковалентных связей с водородами, а два остаются как ненаправленные фазовые карманы. Устойчивые формы молекул соответствуют минимумам фазовой энергии. Если обозначить фазовую конфигурацию через $\Phi(\mathbf{x})$ , то её энергия имеет вид (и снова и снова и снова один и тот же функционал, сквозь все части по атому):

$E[\Phi] = \int \left(\kappa |\nabla \Phi|^2 + \alpha |[\nabla \Phi,\nabla \Phi]|^2\right) dV$ .

Напомню: первый член наказывает за резкие искажения фазы, второй — за внутренние SU(2)-конфликты. Минимумы этого функционала определяют устойчивые формы. Для четырёх каналов условие $\frac{\delta E}{\delta \Phi} = 0$ даёт равномерное распределение направлений:

$\cos\theta_{ij} = -\frac{1}{3}$ ,

что соответствует тетраэдру с углом $\theta \approx 109.47^\circ$ . Однако в воде два канала заняты связями O—H, а два остаются как фазовые карманы. Дополнительно действует кулоновское отталкивание:

$E_{\text{Coul}} \sim \sum_{i<j} \frac{q_i q_j}{r_{ij}}$ .

Минимизируя суммарную энергию,

$\frac{\partial}{\partial \theta} \big(E_{\text{phase}} + E_{\text{Coul}}\big) = 0$ ,

мы получаем сжатый угол:

$\theta_{\text{H--O--H}} \approx 104.5^\circ$ ,

что, к счастью, совпадает с экспериментом.

Свободные фазовые карманы кислорода способны частично захватывать фазовую плотность водорода из соседней молекулы. Это и есть водородная связь — не полноценная ковалентная, но и не просто кулоновская, а частично согласованная фазовая конфигурация. Её энергия может быть оценена как перекрытие фазовых возмущений:

$E_{\text{HB}} \sim \int \delta\Phi_A(\mathbf{x})\,\delta\Phi_B(\mathbf{x})\,dV$ .

Типично $E_{\text{HB}} \sim 0.1\,E_{\text{cov}}$ , что соответствует 5 — 30 кДж/моль.

Почему вода образует сеть

Каждая молекула воды может отдать две водородные связи и принять две. Тем самым возникает трёхмерная фазовая сеть, напоминающая деформированную тетраэдрическую решётку. Именно эта сеть делает воду тем, чем она является: странной, текучей и удивительно устойчивой одновременно.

Тройная точка и аномалия плотности

В твёрдом состоянии эта сеть фиксируется в открытой геометрии, поэтому лёд менее плотен, чем вода. При нагреве часть водородных связей разрывается, сеть «проваливается», и плотность растёт до $4^\circ C$ . После этого начинает доминировать обычное тепловое расширение. Это можно записать так:

$\rho(T) \sim \frac{M}{V_0 + \Delta V_{\text{HB}}(T)}$ ,

где $\Delta V_{\text{HB}}(T)$ — вклад фазовой сети водородных связей.

Максимум плотности определяется условием:

$\frac{d\rho}{dT}=0 \;\Rightarrow\; \frac{d\Delta V_{\text{HB}}}{dT} \approx -\alpha_{\text{th}} V_0$ .

Вода — это фазовый резонатор, в котором локальные атомные S³ связываются в динамическую трёхмерную сеть.

Электрохимический ряд как фазовый градиент

После воды у нас есть всё, чтобы задать один из главных вопросов химии: почему одни атомы легко отдают электроны, а другие столь же охотно их принимают? В таблицах это выглядит как эмпирический электрохимический ряд. В фазово-геометрической картине он приобретает строгий и прозрачный смысл.

Ионизация и сродство как фазовые потенциалы

Пусть — энергия атома с N электронами. Тогда $I = E_{N-1} - E_N$ — энергия ионизации, $A = E_N - E_{N+1}$ — электронное сродство. В фазовой модели

$E_N = E_{\text{phase}}(N) + E_{\text{Coul}}(N)$ .

Из-за компактности S³ фазовая энергия резко возрастает при деформациях, поэтому малые изменения конфигурации дают большие энергетические эффекты.

Введём фазовый химический потенциал:

$\mu_{\Phi} = \frac{\partial E}{\partial N}$ .

Он играет ту же роль, что и обычный химический потенциал, но имеет геометрический смысл: это мера того, насколько «жёстко» фазовая структура удерживает электрон. В первом приближении

$I \approx \mu_{\Phi}\!\left(N-\tfrac{1}{2}\right), \qquad A \approx -\mu_{\Phi}\!\left(N+\tfrac{1}{2}\right)$ .

Периодичность и «исчезновение аномалий»

По мере заполнения оболочек фазовая жёсткость растёт, экранирование усиливается, а $\mu_{\Phi}$ меняется монотонно. Скачки возникают при переходе на новую оболочку — именно они и создают периодичность. Важно, что в этой картине так называемые «аномалии» электрохимического ряда исчезают. Они возникают только тогда, когда мы сравниваем атомы в разных фазовых режимах и считаем их «одними и теми же». Если же фиксировать фазовую среду, валентный режим и комплексное окружение, каждый элемент имеет единственное положение в фазовом градиенте.

Электрохимический ряд — это упорядочение атомов по фазовому химическому потенциалу.

Расположив элементы по $\mu_{\Phi}$ , мы получаем фазовый градиент: положительный — элементы-доноры, отрицательный — элементы-акцепторы. Их контакт — это не «притяжение зарядов», а стремление фаз выровняться.

Когда два разных атома образуют связь, возникает перекос фазовой плотности. Пусть их фазовые химические потенциалы: $\mu_\Phi^A, \qquad \mu_\Phi^B$ . Если $\mu_\Phi^A \neq \mu_\Phi^B$ , возникает фазовый поток:

$J_\Phi \sim -(\mu_\Phi^A - \mu_\Phi^B)$ , который продолжается, пока не установится равновесие. Этот поток смещает электронную плотность: $\delta \rho(\mathbf{r}) \propto \delta \Phi(\mathbf{r})$ , что создаёт дипольный момент:

$\mathbf{p} = \int \mathbf{r}\,\delta \rho(\mathbf{r})\, dV$ .

Если геометрия несимметрична, диполи не компенсируются, и молекула становится полярной.

Полярность — это фазовый перекос, возникающий при выравнивании фазовых потенциалов.

Фазовая реконструкция электрохимического ряда (газовая фаза, основное валентное состояние, разные фазовые режимы)

Элемент	Режим	I (эВ)	A (эВ)	$μ_Φ = \frac{1}{2}\big(I - A\big)$ (эВ)	Роль
Фазовая реконструкция электрохимического ряда (газовая фаза, основное валентное состояние, разные фазовые режимы)
K	K(I)	4.34	0.50	1.92	донор
Na	Na(I)	5.14	0.55	2.30	донор
Li	Li(I)	5.39	0.62	2.39	донор
Ca	Ca(II)	6.11	0.02	3.05	донор
Mg	Mg(II)	7.65	-0.30	3.98	донор
Al	Al(III)	5.99	0.44	2.78	донор
Fe	Fe(II)	7.90	0.15	3.88	донор
Fe	Fe(III)	16.2	1.0	7.60	акцептор
Cu	Cu(I)	7.73	1.24	3.25	донор
Cu	Cu(II)	20.3	1.2	9.55	акцептор
Zn	Zn(II)	9.39	-0.62	5.01	нейтр.
Cr	Cr(III)	16.5	0.7	7.90	акцептор
Mn	Mn(II)	7.43	-0.50	3.97	донор
Ni	Ni(II)	7.64	1.16	3.24	донор
O	O(II)	13.62	1.46	6.08	акцептор
Cl	Cl(I)	12.97	3.61	4.68	акцептор
F	F(I)	17.42	3.40	7.01	акцептор

Здесь под I и A понимаются энергии переходов $N\!\to\!N-1$ и $N\!\to\!N+1$ для фиксированного зарядового/валентного режима, взятые из табличных газофазных данных (или оценённые в одном и том же приближении).

Эта таблица не является «новым электрохимическим рядом». Она представляет собой фазовую реконструкцию стандартных газофазных данных, в которой каждая строка соответствует фиксированному фазовому режиму (валентное состояние, заряд, координационное окружение). Все значения в таблице получены по одному и тому же правилу:

$\mu_\Phi = \frac{1}{2}\big(I - A\big)$ ,

где I — энергия ионизации, а A — электронное сродство, взятые из табличных данных для газовой фазы. Никаких подгонок или свободных параметров здесь не используется.

В обычном электрохимическом ряду различные фазовые режимы не различаются и тем самым смешиваются в одну шкалу, что и выглядит как «аномалии». В фазовой геометрии каждый такой режим имеет собственный фазовый химический потенциал $\mu_\Phi$ и потому располагается на строгой и непротиворечивой шкале.

Таким образом, электрохимический ряд оказывается не эмпирическим списком, а срезом фазового градиента, зависящего от геометрии конфигурации.

Цвет, металлы и фазовая дисперсия (почему золото жёлтое?)

Цвет вещества — это не «свойство атомов», а проявление того, как коллективная фазовая структура взаимодействует со светом. В фазово-геометрической картине это становится особенно наглядно.

Электромагнитная волна модулирует локальную SU(2)-фазу:

$\Phi(\mathbf{x},t) = \Phi_0(\mathbf{x}) + \delta\Phi(\mathbf{x}) e^{i\omega t}$ .

Ответ системы определяется фазовой восприимчивостью:

$\chi_\Phi(\omega) = \frac{\delta \Phi}{\delta E(\omega)}$ .

Коллективная фаза электронов в веществе ведёт себя как резонатор:

$\chi_\Phi(\omega) \sim \sum_n \frac{f_n}{\omega_n^2 - \omega^2}$ .

Здесь $\omega_n$ — собственные частоты фазовых мод.

Если одна из них попадает в видимый диапазон, соответствующая длина волны поглощается. То, что не поглощается, мы и называем «цветом».

У золота из-за высокой эффективной фазовой массы и релятивистского сжатия внутренних орбиталей (здесь «релятивизм» возникает не как движение электрона, а как релятивистская фазовая дисперсия: локальные градиенты фазы подчиняются соотношению , что приводит к сжатию внутренних мод) резонанс смещается в синюю часть спектра. Синий свет поглощается, а отражается жёлто-красный диапазон. Отсюда характерный цвет золота.

В металлах существует континуум фазовых мод:

$\chi_\Phi(\omega) \sim \frac{1}{\omega^2 + i\gamma \omega}$ ,

что даёт сильное отражение на широком диапазоне частот.

Цвет — это спектр фазовых резонансов вещества.

Промежуточный итог

В этой части мы сделали следующий шаг после атома и посмотрели, может ли фазово-геометрический подход воспроизвести не только спектры и оболочки, но и химию как таковую — связи, геометрию молекул, коллективные свойства веществ и их реакционную способность.

Мы увидели, что ионизация естественно интерпретируется как фазовый срыв резонансной оболочки, химическая связь — как переход к общей фазовой конфигурации, валентность — как число допустимых фазовых каналов, а гибридизация — как их геометрическая оптимизация.

На этом языке полярность стала фазовым перекосом, электрохимический ряд — градиентом фазового химического потенциала, а коллективные эффекты, такие как цвет и проводимость, — спектром фазовых резонансов.

Особенно важно, что даже такие «тонкие» явления, как водородная связь, комплексообразование и катализ, оказываются не исключениями, а естественными режимами одной и той же геометрии.

Разумеется, на этом этапе речь не идёт о полном количественном описании всех реакций и веществ. Без численного самосогласованного решения фазового поля предсказывать энергии и скорости реакций в деталях невозможно. Однако принципиальный результат состоит в другом: механизмы химических явлений оказываются выводимыми из единого геометрического основания, а не добавляемыми по мере необходимости. Это не доказывает истинность модели, но показывает, что она способна связать атомную физику и химию в одну непрерывную логическую структуру.

Дальше путь становится значительно более жёстким. Если эта геометрия действительно лежит в основе материи, она должна проявляться и там, где фазовая жёсткость максимальна и простые перестройки невозможны — в ядре.

Именно туда и будет направлена следующая часть.

Post Scriptum (для тех, кто осилил это до конца): Господа, если честно, я немного обескуражен тишиной в комментариях. Под подобными статьями (а я даже обнаглел настолько, что в некоторых статьях, в тэгах выбирал «теория всего»), происходит просто разнос «с ходу» и находятся десятки людей, уверенных, что сейчас они быстро объяснят, как именно автор ошибся. Разгром идёт по всем фронтам. А я «проехался» по куче дисциплин и.. тишина!

Предположение о том, что теория идеальна — не выдерживает критики, так как в цикле есть (и это намеренно) незакрытые вопросы как по квантовой механике, так и по электродинамике (слегка) и по космологии. И это только то, что вижу я. Но бог с ними, с незакрытыми вопросами (они требуют внимания но, вроде, не фатальны) — мне интересен разбор самого подхода. Всё выглядит слишком красиво и естественно. И я пытаюсь понять, где я мог ошибиться.

Я не верю в то, что здесь нет специалистов. Хабр — достаточно серьёзная площадка (может, конечно — я пишу скучновато и они просто не дочитывают до конца :)).

Мне действительно важна обратная связь. Если она будет разгромная — это побудит меня глубже проработать сомнительные аспекты теории (лично мне она кажется перспективной), если положительная — это даст мне силы и мотивацию продолжать исследования в новых направлениях.

В любом случае — я ищу не согласия, но дискуссию.

Атом в Виртуальной Вселенной (Часть III) [Химия]

Публикации

Ближайшие события