第二篇

《原子輻射的新觀點》

——在廻轉體系中能量不守恆，守恆量是功

　　本文從分析論證

是功不是能開始，提出了與現行原子躍遷輻射理論不同的新觀點，徹底否定了負能量。

　　原子體系和彈簧掁子體系不同，在原子體系中，機械能不守恆。由功能原理可證明原子體系對外做功，具有輻射能。

　　本文證明波爾原子軌道理論是正確的。所謂的“電子殼層理論”是模糊的。電子繞核運動有確定的軌道，軌道的空間取向角度可用公式計算。橢圓軌道的能量和圓形軌道的能量，在n相同的條件下，不是簡併的。

本文給出了鉻、銅、鉬、鈀等元素原子反常電子組態的理論根據。

本文提出了電子填充原子軌道的五項原則，其中三項是基本原則，二項是特殊原則，給出了元素週期表的合理排法。

　　本文根據原子體系具有輻射能和光子具有德布羅意波，推出光波是橫波（螺旋光子流）和縱波（縱向光子流）的組合。

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第九章 元素週期表－電子進入軌道的順序

§9.1　電子填充軌道的填充三原則

由橢圓軌道的輻射能公式(5.24)

我們看出，相同的n，圓形軌道（n φ＝n）的輻射能大，而輻射能是與束縛能相聯絡的，輻射能大，束縛能也大。電子填充軌道的填充原則為：

一、電子首先進入圓形軌道，然後依次進入第一類橢圓軌道（p軌道），第二類橢圓軌道（d軌道），以此類推。

二、對於同一類橢圓軌道，例如d軌道，電子首先進入磁力矩為零（α＝0）的橢圓軌道（d 1 軌道），然後進入磁力矩較小，磁矩方向與原子內磁埸方向夾角較小的第二類橢圓軌道（d2 、d 3 )，再進入磁力矩較小，磁矩方向與原子內磁埸方向夾角稍大的第三類橢圓軌道（d 4、 d 5 ），以此類推。

三、由於電子具有自旋，每條軌道又分裂為兩條。電子在（按照填充原則二）填滿磁矩方向與內磁埸方向一致而脫離能較小（r 斥）的軌道後，再（按照填充原則二）填軌道磁矩與內磁埸方向相同而脫離能較大（r 吸)軌道。

上述圓形軌道，兩個電子填滿後才開始填充各類橢圓軌道。

而p類d類橢圓軌道並不是先填滿兩個電子。而是每條軌道先填充一個電子，再回過頭來將p類d類軌道依次填滿。否則，24號元素鉻，29號元素銅等等，價電子之迷就不能合理解釋。

由表9－1，我們很容易列出電子進入軌道的順序。

由表9－1我們看出，元素週期表的週期，電子的填入都是開始於s軌道，結束於p軌道，只有第一週期例外，因為第一週期沒有p電子。例如第二週期電子填滿第一週期氦（1s ^2 )的軌道結構後，開始於2s結束於2p；第三週期電子填滿氖的軌道結構後，開始於3s結束於3p；以下類推。

電子填充原子軌道，除第一週期只有圓形軌道s，沒有橢圓軌道p外，從第二週期開始無論哪個週期都是開始於s軌道，結束於p軌道，這是元素週期表的共性。

從第四周期開始，電子的填入順序因為介入了前一量子狀態（n－1）的d軌道，（n－2）的f軌道，（n－3）的g軌道等等，因而出現了鈧系、釔系、鎦系、鐒系、鑭系、錒系等非本量子狀態的元素。例如：

　　第四周期的鈧系從21號元素鈧（Sc）到30號元素鋅（Zn），電子填入前一量子狀態的3d橢圓軌道。

　　第五週期的釔系從39號元素釔（Y）到48號元素鎘（Cd)，電子填入前一量子狀態的4d橢圓軌道。

　　第六週期的鎦系從71號元素鎦（Lu）到80號元素汞（Hg)，電子填入前一量子狀態的5d橢圓軌道。

第七週期的鐒系從103號元素鐒（Y）到112號元素鎶（Cn)，電子填入前一量子狀態的6d橢圓軌道。

第八週期的Upt系從153號元素（Upt）到162號元素（Uhb），電子填入前一量子狀態的7d橢圓軌道。

第九週期的Bnt系從203號元素（Bnt）到212號元素（Bub），電子填入前一量子狀態的8d橢圓軌道。等等。

再例如：

　　第六週期的鑭系從57號元素鑭（La）到70號元素鐿（Yb)，電子填入（n－2）量子狀態的4f軌道。

第七週期的錒系從89號元素錒（Ac)到102號元素鍩（No），電子填入（n－2）量子狀態的5f軌道。

第八週期的Ute系從139號元素（Ute)到152號元素（Upb），電子填入（n－2）量子狀態的6f軌道。

第九週期的Uoe系從189號元素（U0e)到202號元素（Bnb），電子填入（n－2）量子狀態的7f軌道。等等，這是元素週期表的個性。

　　如果有第十週期、第十一週期的元素存在的話，根據我的理論可以預言：這兩個週期應該分別有72個元素。

這兩個週期的S族和P族元素都是8個，電子進入軌道開始於8s結束於8p。因電子自旋，每條軌道分裂為兩條。8s圓形軌道分裂為兩條，8p橢圓軌道分裂成6條。所以8s和8p軌道共能填入8個電子。

例如第十一週期元素原子，電子進入原子軌道，符合週期表共性的有s1、s2、p1—p6，共8個。符合週期表個性的有四個系：

Bet系從293號（Bet）到314號（Tuq），電子進入7h（n－4）軌道共22個元素；

Tup系從315號（Tup）到332號（Ttb），電子進入8g（n－3）軌道共18個元素；

Ttt系從333號（Ttt）到346號（Tqh），電子進入9f（n－2）軌道共14個元素；

Tqs系從347號（Tqs）到356號（Tph），電子進入10d（n－1）軌道共10個元素。

合計第十一週期：8+22+18+14+10＝72（個元素）。

如果按照原來週期表的作法，十一個週期連電腦都沒有辦法作出。

如果我們以電子進入原子軌道所具有的共性、個性來畫元素週期表，可以畫到第十一週期，而不至於過長。如

　 由這張週期表我們看出，元素的形成非常有規律。原子中有幾條圓形軌道就是第幾週期。軌道上每增加一個電子，就是一個新元素。當然，原子核也要相應地增加一個質子和若干個中子，以維持其磁、電、質相互作用的平衡。

§9.2　第十九號元素鉀原子的價電子軌道之迷

第十九號元素鉀原子的價電子為什麼不進入3d橢圓軌道，而進入4s圓形軌道呢？

這是因為4s圓形軌道的束縛能大於3d橢圓軌道的束縛能。

由圖9－1可見，3d橢圓軌道的長半軸為

則長軸為

而4s圓形軌道的半徑為

可見3d橢圓軌道已經凸出到4s圓形軌道的外面。原子中電子軌道運動的束縛能（勢能）是與r成反比的，電子離原子核越遠，束縛能越小，所以電子很容易被束縛到4s圓形軌道。即使電子開始進入了3d橢圓軌道，當它運動到4s軌道附近時，因速度減小了（電子橢圓軌道運動速度是變化的，離原子核所佔據的焦點越遠，速度越小），在庫侖力的作用下，將脫離橢圓軌道，沿拋物線加速進入4s圓形軌道。如圖9－2所示。我們只畫了軌道的一部分。電子沿拋物線加速進入4s軌道如圖中虛線所示。

只有當4s圓形軌道上，進入了電子，根據不相容原理，電子才能進入3d橢圓軌道。

圖中軌道都是理論軌道，實際上由於電子自旋每條理論軌道都會分裂為兩條軌道。

§9.3　軌道翻轉與鉻原子和銅原子的4s價電子之迷。

第24號元素鉻原子和第29號元素銅原子的4s價電子為什麼填滿後又脫離呢？

§9.3.1氫原子的電子軌道運動形成原子的內磁埸以及電子自旋翻轉

如圖9－3所示:

Ze為原子核（z＝1），e為電子，它們構成雙星體系，圍繞共同質心運動。就氫原子體系而言，不存在軌道取向問題。BLe 為電子軌道運動形成的磁埸，它將使其它電子軌道運動發生取向問題。Bse 為電子自旋磁埸，它將服從BLe 取向。一般來說電子自旋方向和軌道運動方向是一致的，因為這樣電子自旋受到的磁力矩為零，是個穩定狀態。BLP 和BsP 為質子的軌道磁埸和自旋磁埸，它們都很小可以忽略不計。因為電子具有自旋，所以圖示軌道半徑比理論上沒有自旋的電子軌道半徑略大。圖中虛線軌道為理論軌道。

當電子自旋與軌道轉向相反時，電子所受到的磁力矩也為零，在沒有干撓的情況下，也能維持運動，只是軌道半徑較理論半徑略小。此時，若自旋磁矩與軌道磁矩受到撓動，偏離平衡狀態，則 電子自旋將發生翻轉，取向軌道磁埸，達到穩定狀態。電子自旋方向與軌道運動方向一致的穩定狀態是一個自穩態，當有撓動時，會自行回覆穩定狀態，不會發生自旋翻轉。

§9.3.2 氦原子的電子軌道運動和軌道翻轉

氦的原子具有兩個質子、兩個中子，所以原子序數為2，質量數為4。就核外電子而言，它是在氫原子的基礎上，增加一個電子。當這個電子進入軌道時，將服從第一電子軌道磁埸發生取向。

當第二個電子進入軌道時，它的自旋轉向和軌道轉向與第一個電子的自旋轉向和軌道轉向將發生下列組合：

a、軌道轉向相同，自旋轉向相同。

b、軌道轉向相同，自旋轉向相反。

c、軌道轉向相反，自旋轉向相同。

d、軌道轉向相反，自旋轉向相反。

（一）、軌道轉向相同，自旋轉向相同。

如圖9－4所示，虛線是沒有自旋的理論軌道，實線是考慮了電子自旋與軌道相互作用後的實際軌道。點劃線是考慮了兩個電子間相互影響後的軌道。

這時，第一個電子e 1 的轉向是和其自身的軌道轉向一致的，因為若自旋轉向與軌道轉向相反，將發生自旋方向翻轉，最終取得一致，達到自穩定狀態。而第二個電子e 2 的軌道轉向和自旋轉向都與第一個電子相同，它們本應處於同一外側軌道上。根據泡利不相容原理，這兩個電子狀態完全一樣，是不能處在同一條軌道上的。這是為什麼呢？因為電子帶有負電荷，同時自旋方向又相同，同性電荷相斥，同性磁極也相斥，兩個電子的軌道範圍在比圖9－4中的實線軌道大些。但是在某一量子狀態下，電子的軌道運動速度是確定的。這樣的軌道速度在擴大了的軌道上（圖中點劃線所示）就顯得大了，這兩個電子將沿切線方向同時飛離，因而圖9－4，是氦的不穩定軌道。

（二）、軌道轉向相同，自旋轉向相反。

如圖9－5所示，這時，第二個電子自旋與第一個電子的自旋相反，由於磁的吸力等於電的斥力，兩個電子在非常靠近的兩條軌道上穩定運動，圖9－5是氦的穩定軌道。

由於兩條軌道非常靠近理論軌道，能量相差無幾，就像是一條軌道上運動著兩個自旋相反的電子。穩態不相容原理：“因自旋而分裂的兩條軌道，轉向相同；每條軌道只能容納一個電子，這兩個電子的自旋相反”，其理論根據就在這裡。

（三）、軌道轉向相反，自旋轉向相同。

如圖9－6所示，這時第二個電子e 2 與第一個電子e 1 的軌道轉向相反，第二個電子e 2 的軌道環流，根據§6.1中軌道取向量子化的原因，受到的磁力矩也為零，但這是一種不穩定狀態。

因為e 1 電子在理論軌道的外側，離原子核遠，動能小。速度也小；而e 2 電子在理論軌道的內側，離原子核近，動能大，速度也大。因兩個電子的速度不等，就會有接近的機會，但是由於電子的自旋相同，在同性電荷和同性磁極的共同斥力作用下，e 1 電子由於束縛能小，將沿切線方向向外飛離軌道，之後e 2 電子則發生自旋翻轉回到外側軌道，變成缺少一個電子的“氦”。所以這是氦的一個不穩定狀態。

（四）、軌道轉向相反，自旋轉向相反。

如圖9－7所示，當沒有外界干撓時，第二個電子e 2 的環流，所受的磁力矩為零，同時電子的自旋相反，磁的吸力和電的斥力相平衡時，能夠維持穩定的軌道運動，但這是一個亞穩態。

亞穩態不相容原理：“因自旋而分裂的兩條軌道，轉向相反；每條軌道只能容納一個電子，這兩個電子的自旋相反”，其理論根據就在這裡。

當有外界干撓時，外界干撓使兩個電子的軌道磁矩發生偏離，不在一條直線上的時候，其中第二個電子e 2 的軌道平面將沿著小於180 0 角的方向，服從第一個電子的軌道磁埸取向，使磁力矩為零，達到新的自穩定平衡狀態。這就是軌道翻轉，軌道翻轉的結果，自旋也隨之發生翻轉，這和（一）的情況完全相同了，兩個電子將同時飛離軌道。

對於多電子原子，e 2 在發生這種翻轉的過程中，就進入了前一量子數空位軌道。而e 1 也就留在了原來的軌道上。表9－1中的一些電子，就是這樣從原先的軌道飛離後，進入前一量子數空位軌道的。表中紅色電子e就是這種情況。

§9.3.3 鉻原子和銅原子的4s價電子之迷

鉻原子和銅原子都是週期表中第四周期的元素原子，因而有

n＝4

n φ＝4,3，2,1

n r＝0,1,2,3

原子中和n對應的軌道總數最多為

根據不相容原理，每條軌道只能容納一個電子，故原子中和n＝4對應的軌道總數上最多有60個電子。

這60條軌道的情況是：

1s圓形軌道2條。

2s圓形軌道2條；2p橢圓軌道共6條，其中2p1 2條，2p2 2條，2p3 2條。

3s圓形軌道2條；3p橢圓軌道共6條，其中3p1 ,3p2 ，3p3 各兩條；3d橢圓軌道共10條，其中3d 1 ，3d 2 ，3d 3 ，3d 4 ，3d 5 各兩條。

4s圓形軌道2條；4p橢圓軌道共6條；4d橢圓軌道共10條；4f橢圓軌道共14條。

因為4d橢圓軌道和4f橢圓軌道全部空著，所以第四周期實際上只有36個元素。其詳細情況以及軌道的角度可參見表9－1。

如圖9－8所示，圖中虛線軌道為無自旋的理論軌道，有自旋每條軌道在理論軌道附近分裂為兩條（如4s）。圖中僅畫出部分軌道，其餘根據空間取向角α的值都能定出。值得一提的是，電子軌道運動還有進動和旋進，是個複雜的空間曲線運動，構成了所謂的“電子雲”。但這裡的“電子雲”是由確定的基本的軌道運動構成。並非經典電子雲的模糊概念。

根據圖9－8，結合元素週期電子軌道填充表9－1。我們看出，第20號元素鈣（Ca)，已經填滿4s 1+ ，4s 1－ 兩條軌道。第21號元素鈧（Sc），按填充原則開始填充3d 1+

軌道，因3d 1+ 橢圓軌道空間取向角α＝0，對原子的“內磁埸”沒有影響。第22號元素（Ti)最後的那個電子按填充原則填到3d 2+

，這時，這個新填入的電子軌道磁矩與原子的“內磁埸”有了夾角

，但角度不大，影響還不大。第23號元素釩（V)的最後一個電子，按填充原則填充到3d 3+ 軌道

，這時原子“內磁埸”總磁矩又取得平衡。第24號元素（Cr）的最後那個電子，按填充原則進入3d 4+

，此時，這個新填入的電子軌道磁矩與原子的“內磁埸”有了夾角

，這個角度已較大，和原子的“內磁埸”向量合成後，偏離原方向較多，因此4s軌道上，軌道磁矩與原子的“內磁埸”方向相反的4e 2 電子，將發生軌道和自旋的翻轉。沿著小於180 0 角的方向，服從“內磁埸”指向，進行取向。其軌道平面向著合成後的“內磁埸”方向翻轉。電子的空間曲線運動，是由電子的軌道運動和軌道翻轉合成的，在翻轉過程中，4e 2 電子便進入到3d 5+

軌道。這時，所有第二類橢圓軌道（d軌道），軌道磁矩及自旋磁矩都與原子的“內磁埸”磁矩方向相同的每一條都恰好填滿，原子“內磁埸”重新獲得平衡。由於4s兩條軌道中的一個電子因軌道翻轉進入了3d 5+ 軌道，4s軌道只剩下一條（4s＋,

)，只有一個4e 1 電子了。第25號元素錳（Mn)的最後那個電子，按填充原則和鉀元素一樣，又填入4s軌道（4s－，

），這是“次充滿”的穩定狀態（見表9－1）。

從第26號鐵（Fe)開始，元素原子的最後那個電子，按填充原則依次填入3d 1－， 3d 2－ ，3d 3－。到第29號元素銅（Cu)，當最後那個電子填入3d 4－軌道後，又發生和鉻相似的情況，由於軌道翻轉，4s-軌道上的電子，飛離4s－軌道進入了3d 5－軌道。到第30號元素鋅（Ze)，最後那個電子又填入4s－軌道，這是“半充滿”的穩定狀態（見表9－1）。

惰性元素（A8族元素）是“最隹充滿”狀態，原子最穩定。這裡沒有用通常的“全充滿”一詞，是因為除了第一、第二週期A8族元素是“全充滿”狀態，其它週期的A8族元素都有空餘軌道，並非“全充滿”。

根據§9.2、§9.3所述的內容，我在§9.1中提出的填充三原則，還得增加兩條特殊的填充原則：

一、當前一量子數的軌道，凸出到後一量子數軌道外面時，電子先進入後一量子數軌道。（因為這條軌道的束縛能大）

二、當原子中的“內磁埸”失去平衡時，由於軌道翻轉（或自旋翻轉），在翻轉軌道上的電子將脫離原軌道，進入最鄰近的空軌道，以恢復原子的“內磁埸”平衡。