В физике существует такое широкоупотребительное понятие: Идеальный газ.
Что это такое? Почему идеальный?
Смысл такого понятия прост: В твёрдых веществах, жидкостях и газах при "нормальных" (скажем, "комнатных", условиях) молекулы вещества взаимодействуют друг с другом не только при чисто механических столкновениях согласно Молекулярно-Кинетической Теории. То есть между ними наблюдаются силовые взаимодействия притяжения-отталкивание, межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса, например.
Идеальный же газ, это газ, в котором молекулы (или атомы) вступают во взаимодействие друг с другом лишь при чисто механических столкновениях, подобно двум упругим шарикам.
Моделью идеального газа является сильно разряженный газ.
На мой взгляд МКТ - неверная теория, но сейчас я не буду углубляться вновь в эту тему, а задам сам себе вопрос: Существует ли ИДЕАЛЬНЫЙ АТОМ?
Что это такое?
Согласно современным воззрениям атомной физики, атом может находиться в "Основном" и "Возбуждённом" состоянии. Основное состояние атома наблюдается тогда, когда атом как система находится в неком "уравновешенном" состоянии. Зарял электронов равен по величине заряду ядра, все электроны вращаются на своих "естественных" орбитах. Условно можно сравнить такой атом с телом, находящемся в покое или в состоянии инерциальной системы отсчёта (проводя такое грубое сравнение с механикой).
Возбуждённое состояние атома , характеризуется тем, что некие электроны вдруг перепрыгнули на более высокие орбиты (под влиянием внешнего воздействия) или атом ионизирован и пр.
То есть нарушен "природный Status quo".
Мне же представляется, что такое определение "основного состояния" не даёт правильного описания состояния атома. Атом, находящийся при комнатной температуре, скажем 20 градусов по Цельсию, нагрет на 293 градуса по Абсолютной шкале Кельвина.
Что это означает в его "внутреннем устройстве? Чем оно отличается от того же атома при температуре почти Абсолютного нуля?
Его электронные орбиты несколько сдвинуты друг относительно друга. Поскольку одноимённые заряды отталкиваются, то различные электронные орбиты атома располагаются на некотором максимальном удалении друг от друга. (Например, если заряжать некий полый металлический шар с помощью ленты, несущей заряды, и снимаемые с неё неким контактом внутри полого шара, то заряды будут перетекать на ВНЕШНЮЮ поверхность шара и располагаться на максимальном расстоянии друг от друга (я привёл пример устройства шара электростатического высоковольтного генератора Ван-де-Граафа).
Можно вполне корректно предположить, что любой многоэлектронный атом "устроен" схожим образом. Электроны вращаются по своим круговым или эллиптическим стационарным орбитам, но сама конфигурация орбит такова, что они располагаются на максимальном удалении друг от друга.
Это состояние атома можно назвать "Идеальным" атомом".
Но при любом нагреве выше абсолютного нуля, происходит смещение орбит, идеал нарушается, они сдвигаются, приближаясь друг к другу, приходя в состояние нового динамического равновесия. Но уже без максимально возможного удалённого состояния "всех от всех".
Формально, такой "нагретый" атом находится в "основном" состоянии, никаких запрыгнувших "НЕ ТУДА" электронов нет, число их попрежнему то же, НО произошло конфигурационное отклонение от состояния идеального атома.
Образно говоря, читатели могут себе представить атом в виде глобуса, поверхность которого составляют вращающиеся с большой скоростью светящиеся шарики. Тогда в темноте мы будем видеть не "летающих светлячков", ибо движутся они очень быстро, а некий слабосветящийся равномерно шар. Возможно с очень слабыми по амплитуде и медленными колебаниеми свечения.
Это идеальный атом.
При "нагреве" нашей модели мы увидим нечто другое, появятся спорадические вспышки то тут, то там на видимой поверхности такого "глобуса". Почему? Потому что шарики вращаясь уже НЕ ПО ИДЕАЛЬНЫМ орбитам, начнут создавать флуктуации плотности свечения. В какой-то момент, где-то возникнет избыточное количество светящихся шариков, потом в другом месте и так дальше. В других, конечно возникнут тёмные пятна, но их в темноте нам не разглядеть.
Ведь электроны (светящиеся шарики) вращаются по своим орбитам "по правилам" данной орбиты, а не "согласуют" вращения на разных орбитах друг с другом. (Хотя, наверно, их угловые частоты "согласованны" со спином ядра, некие "обертоны", кратные угловой частоте ядра, по типу разложения частот и амплитуд в ряд Фурье).
Такие "зарядовые" вспышки и есть уже не раз упомянутые атомные Фантомные Заряды.
Такие заряды будут излучать электромагнитные волны, очень слабые энергетически, но всё же такое НЕ КВАНТОВОЕ излучение спонтанно возникающих скоплений и разряжений зарядов будет иметь место. А значит, потеря атомом энергии. Атом развалится в конце концов?
Нет!
Он будет подпитываться извне существующим излучением во Вселенной, в частности "реликтовым излучением". То есть постоянно происходит Неквантовый обмен энергией атома с окружающей средой, но малоэнергичный и находящийся в состоянии термодинамического равновесия. Это и обеспечивает "вечное" существование атомов.. Когда мы охлаждаем атом до температур, близких к Абсолютному нулю, атом переходит в своё идеальное состояние и флюктуации зарядов уменьшаются по частоте и амплитуде. Но, и это самое занимательное, в некоторых металлах электроны на внешних орбитах так расположены, что возникает высокая вероятность для двух электронов объединиться в пару, как два слипшихся магнитика (за счёт противоположных магнитных моментов спинов) и тогда на внешних орбитах возникают слабо связанные с ядром пары, но связанных друг с другом, электронов, которые легко "соскакивают" с орбит и превращаются на время в пары свободных электронов. Так называемые Куперовские пары, обеспечивающие сверхпроводимость у некоторых металлов. Условием образования и устойчивости таких пар во времени является идеальное или близкое к нему состояние атомов, когда флюктуации зарядов малы или вообще отсутствуют Сдвинутые орбиты своими фантомными зарядами разрушают указанные пары и поэтому сверхпроводимость может возникнуть лишь тогда, когда, с одной стороны идеальная конфигурация орбит способствует образованию Куперовских пар, и флюктуации, фантомные заряды, весьма редки или исчезают вообще и поэтому НЕ разрушают эти хрупкие пары.
Резюмируя:
Идеальная конфигурация электронных орбит может быть достигнута лишь при температурах.
близких к Абсолютному нулю.
Тепловая энергия атомов есть их конфигурационная орбитальная "неидеальность", когда орбиты сближаются, нарушая идеальное их взаиморасположение. Чем больше сдвиг - тем больше тепловой энергии в атоме. Отсюда следует, что тепло не есть некая дополнительная кинетическая энергия движения или колебаний атомов и молекул (или, по крайней мере, не она одна!), а изменение их электронной потенциальной энергии за счёт сближения орбит против сил упругого кулоновского отталкивания.
При таком сближении возникает увеличение частоты и амплитуды флюктуаций и эта частота есть характкрное проявление температуры вещества.
Куперовские пары могут вероятностно возникать при любых температурах, но вероятность их возникновения и ДЛИТЕЛЬНОГО СОХРАНЕНИЯ резко падает после поднятия температуры выше некого порога, лежащего обычно в области температур, близких к Абсолютному нулю
Не все атомы металлов построены так, что даже в состоянии "идеала" во взаимной конфигурации их внешних орбит могут возникнуть условия, создающие электронные пары. Это напрямую связано со строением и конфигурацией их внешних электронных орбит.
20 V 2023