Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Водород: легкий или тяжелый?

Ключевые слова:  водород, гелий, мюон

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

28 января 2011

Канадский химик Дональд Флеминг (Donald Fleming) и его коллеги из университета Ванкувера создали две искусственные формы атома водорода: ультралегкую (с массой чуть менее 10% от массы обычного водорода) и сверхтяжелую (в 4 раза тяжелее обычного). Обе модификации содержат короткоживущие частицы - мюоны. Мюон почти в 200 раз тяжелее электрона, но имеет такой же отрицательный заряд. Время жизни около 2.2 мкс.
Обычный атом водорода состоит из отрицательно заряженного электрона и положительного ядра - протона. 0,015% встречающегося в природе водорода - тяжелый дейтерий (ядро состоит из протона и нейтрона). Масса дейтерия превышает массу водорода в 2 раза. Еще есть тритий (соответственно масса его в 3 раза больше, а ядро состоит из двух нейтронов и протона). Это изотопы водорода (отличаются числом нейтронов в ядре).
Для получения ультралегкой формы протон в водороде заменили антимюоном (его заряд положителен), масса которого составляет всего 11% от массы протона. Для получения сверхтяжелой формы водорода использовался гелий. Гелий, имеет 2 электрона и ядро, состоящее из 2 протонов и 2 нейтронов. Один из электронов заменили на отрицательный мюон. Поскольку масса мюона в 200 раз превышает массу электрона, радиус "вращения" частицы будет меньше. Таким образом, отрицательный мюон скомпенсирует положительный заряд одного из протонов и в результате получим искусственный водород, масса которого в 4 раза превышает массу обычного водорода.
Результатом эксперимента стало совпадение экспериментальных данных о скорости реакции с теоретическими расчетами. Что довольно удивительно, ведь масса мюона в 200 раз больше массы электрона, а это соотношение определяет применимость приближения Борна - Оппенгеймера (адиабатического приближения).

(В квантовой механике при рассмотрении молекулярных систем делается допущение. Ядра считаются неподвижными, поскольку их масса превышает электронную массу в несколько раз. Тогда электроны будут двигаться в электростатическом поле, а волновая функция молекулы будет представлена в виде произведения волновой функции ядра и волновой функции для электронов. Электронная волновая функция будет медленно меняющейся функцией от координат ядра, а значит можно прибегнуть к упрощению и решить уравнение Шрёдингера отдельно для волновой функции электронов и отдельно для волновой функции ядер. Введение мюона изменяет соотношение масс, однако, как свидетельствует сравнение экспериментальных данных с теоретическим расчетом, на конечный результат это особого влияния не оказывает).

Таким образом, можно проводить моделирование более сложных систем на основе разработанных теоретических методов. Основной проблемой остается малое время жизни мюона, что ставит под сомнение возможность проведения экспериментов с более сложными химическими системами.




Комментарии
Лев Артемович,
протон в водороде заменили антимюоном. Если теперь удалить электрон, то получится ион? http://www.n...226284.html
Трусов Л. А., 28 января 2011 15:05 
хоть горшком назови, только в печь не сажай.
Напомню, что это была Ваша идея - называть протонную проводимость ионной

(мне даже страшно спросить . нет, я правда боюсь.
но не сдержусь.
протон - это разве не ион водорода?),

а Владимир Владимирович подкрепил эту идею теорией:
Не могу не поддержать Льва Артемовича:
Логика множеств применима и к химии (и получается серьезная "формальная
проблема", если не просто абсурд); и в целом трудно преумалить важность
корректных формулировок изложения научных знаний и мыслей.
http://www.n...226284.html

Таким образом, антимюон (по теории ЛА-ВВ) - это ион.
Дальше еще круче, ион в ионе.
Почему на картинке вместо протона - мюон?
Трусов Л. А., 29 января 2011 14:40 
Александр Леонидович, Вы бредите.
Клюев Павел Геннадиевич, 29 января 2011 16:00 
Валентина, не совсем понял Ваш вопрос. Где именно "вместо протона - мюон"?

На 1 (верхней картинке) - атом водорода,
на 2 (посредине) - "легкий" водород, в котором протон заменили положительно заряженным мюоном. В оригинальной статье написано: "positively charged muon". Поскольку мюон имеет отрицательный заряд, его античастицей будет мюон заряженный положительно. Я думаю, это как раз и имелось ввиду.
на 3 (внизу) - "тяжелый" водород
Владимир Владимирович, 29 января 2011 18:49 
...это была Ваша идея - называть протонную проводимость ионной
Дальше еще круче...

Ага - фантазируйте, протестуйте, митингуйте, пишите IUPAC
на Трусов Л. А., 29 января 2011 14:40
Вы бредите.
на Владимир Владимирович, 29 января 2011 18:49
Ага - фантазируйте,...

Применил ЛА-ВВ_теорию к однозарядному иону гелия.
Слава Богу, ни то не другое водородом не является. Так, водородоподобные частицы. А я то уж подумал, чтой-то такое нанисты учудили.
Вот как специалисты пишут
Structures and proton conductivity of one-dimensional M(dhbq).nH 2O (M = Mg, Mn, Co, Ni, and Zn, H2(dhbq) http://www.j...42/_article
Владимир Владимирович, 31 января 2011 16:22 
Еще раз (для читающих школьников): протонная проводимость - частный случай ионной проводимости, так как протон является ионом.
протон является ионом
для читающих школьников: протон не имеет электронной оболочки в противоположность всем остальным ионам.
Протон не ион.
Владимир Владимирович, 31 января 2011 19:05 
Протон не ион.

"Hydrogen ion is recommended by IUPAC as a general term for all ions of hydrogen and its isotopes." (Compendium of Chemical Terminology, 2nd edition McNaught, A.D. and Wilkinson, A. Blackwell Science, 1997 [ISBN 0-86542-684-8])
См. ссылку выше.
IUPAC vs. Александр Леонидович Деспотули - выбор за читателями
выбор за читателями
Владимир Владимирович! то, что "катион водорода - протон" в школьной программе записано, от выбора у народа ум за разум зайдёт

ЗЫ. Определяющее свойство иона - как раз отсутствие или избыток электронов. Наличие электронной оболочки не является определяющим свойством иона. Вот плазма - вообще без электронной оболочки (в полностью ионизированном состоянии) могут находиться и более тяжёлые элементы.
Владимир Владимирович, 31 января 2011 19:29 
Протон - катион водорода.
Можно называть, как нравится.

И протонная проводимость - прекрасный уместный термин.

Маразм - утверждать вопреки всему, что "протон не ион".
Трусов Л. А., 31 января 2011 19:35 
интересно другое - Александр Леонидович может называть протон как угодно, от этого ничего не изменится. столпы науки не рухнут, новые открытия не явятся.
то есть типичная демагогия (пустословие по-нашему), создающая иллюзию, что Александр Леонидович рассуждает о важных и нужных вещах, думает о нас и за нас, раздвигает горизонты науки.
Александр Леонидович может называть протон как угодно

Физический критерий, который позволяет отнести заряженную частицу к тому ли иному классу, – это наличие (или отсутствие) электронной оболочки, которая определяет, в том числе, характерный размер частицы. Протон, антипротон, альфа частица, мюон и т.д. не имеют ионного радиуса. Это ядерные частицы с зарядом.
Клепа, 01 февраля 2011 11:30 
IUPAC, к сожалению, иногда просто ошибается, мягко говоря.
Зайдите на сайт лидера нанотехнологий, и убедитесь сами.
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 11:35 
понимаете, Вы это условие придумали, поговорив с кем-то у себя голове. а понятие "ион" этим не определяется.
Вы это условие придумали,

Указанному физическому условию Вы ничего физического противопоставить не можете.
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 12:09 
почему я должен очевидному факту что-то противопоставлять?
почему я должен
Я ничего не писал о должен.
Там было другое утверждение.

Трусов Л. А., 01 февраля 2011 12:45 
ох, Вы опять принялись пустословить... как Вам не надоедает-то?
Чтобы не получался ион в ионе нужно понимать, что физический критерий, который позволяет отнести заряженную частицу к ионам, – это наличие электронной оболочки, которая определяет, в том числе, характерный размер частицы. Протон, антипротон, альфа частица, мюон и т.д. не имеют ионного радиуса. Это ядерные частицы с зарядом.
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 13:33 
напишите в июпак.
а лучше давайте назовём "ядерные частицы с зарядом" для краткости деспотулионами.
чтобы и определение иона не менять, и Вам приятно было.

и представим протонную проводимость как частный случай деспотулионной.
Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 14:19 
Александр Леонидович,
интересно, а вот скажем частица SO42- - это ион? И какая же у него конфигурация электронной оболочки? Или может быть, у него нет размера???
У протона, антипротона, альфа частицы, мюона и т.д. нет ионного радиуса.
Размер протона порядка 10-13см. Сравните с размерами ионов.
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 14:44 
конечно, ведь у них деспотулионные радиусы
Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 15:17 
Александр Леонидович, Ваше мнение про протон, антипротон, альфа частицы и мюоны мы поняли. Теперь ответьте, пожалуйста, как Ваше определение применимо к сульфат-иону!
Юный максималист, 01 февраля 2011 15:22 
Интересно, а сколько в конечном итоге может
жить такой "тяжелый аналог водорода", и что
случается с мюоном после истечения "времени
жизни"?
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 16:22 
наверное, он деспотулизируется с образованием деспотулионов протона и мюона
википедия говорит, что мюон недолго живёт, бедняга
Юный максималист, 01 февраля 2011 16:35 
не-не, никаких протонов.
Мюон распадается на электрон и нейтрино. Просто
интересно, что происходит при таком сильном
изменении "центра масс" в частице, созданной
Флемингом. Замечательно то, что мюон с ядром
взаимодействует (до распада) также, как и
электрон, так как не вступает в сильные
взаимодействия.
В общем, очень забавная частичка получилась.
на Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 14:19

30 января 2011 12:48 я писал о применении ЛА-ВВ_теории к однозарядному иону гелия.
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 19:06 
что за теория? не поделитесь?
Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 19:56 
Александр Леонидович, я прочла этот комментарий. А 01 февраля 2011 в 11:00 Вы написали:

"Физический критерий, который позволяет отнести заряженную частицу к тому ли иному классу, – это наличие (или отсутствие) электронной оболочки, которая определяет, в том числе, характерный размер частицы."

Мои вопросы предельно просты, ответьте на них с применением Вашего же определения:
SO42- - это ион?
Если да, то какова конфигурация его электронной оболочки?И как из нее вычислить радиус?
Если нет, то к какому классу относится эта частица?
Юный максималист, 01 февраля 2011 20:16 
Ира, а зачем тебе это нужно?
Ирина Валерьевна,
расчетами электронной плотности ионов подобных SO42- занимается вычислительная химия. Там и смотрите конфигурации. Насколько я помню, у SO42- размер должен быть больше 0.2 нм.
Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 20:31 
Артем, не люблю, когда вносится сумбур в общепринятые знания, потому что "Нанометр" читают школьники.

Я к тому, что из определения Александра Леонидовича следует, что для иона ключевой характеристикой является электронная оболочка. Но электронная оболочка это то, что характерно для атома. А ионы могут состоять и из нескольких атомов, так что с этим определением мне трудно согласиться.
Трусов Л. А., 01 февраля 2011 20:32 
Ира, а зачем тебе это нужно?
Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 20:35 
И, конечно, я согласна с ЛА и ВВ. Протон и катион водорода - это одно и то же. Атом водорода (протия) состоит из одного протона и одного электрона. Удалим из атома водорода электрон, и получим частицу H+, которая в точности и будет протоном.
Колесник Ирина Валерьевна, 01 февраля 2011 20:36 
А вообще, конечно, низачем не нужно. Так, пустое клацанье по клавиатуре.
Владимир Владимирович, 02 февраля 2011 00:00 
Александр Леонидович может называть протон как угодно, от этого ничего не изменится. столпы науки не рухнут, новые открытия не явятся. то есть типичная демагогия (пустословие по-нашему), создающая иллюзию, что Александр Леонидович рассуждает о важных и нужных вещах, думает о нас и за нас, раздвигает горизонты науки.

Ужас!!
Разумно твердо полагать, что подобные явления абсолютно недопустимы, а лица категорически неприемлимы и, соответственно, беспощадно искореняются каленым железом в системе Академии Наук - ключевой созидательной силе и незыблемом оплоте российского хайтека!
По-моему, гораздо интерснее, КАК они это сделали...такой "водород"...и целенаправленно или случайно? Нет ли у кого-нибуль оригинальной статьи Флеминга? Я не могу скачать

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Тесное соседство
Тесное соседство

Фотоконкурс по Периодической Системе Элементов имени Д.И.Менделеева
Конкурс авторских фотографий школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей, содержащих интересные и необычные варианты Периодической Системы Элементов имени Д.И.Менделеева или отдельных химических элементов. Конкурс организован Российским Химическим Обществом имени Д.И.Менделеева при поддержке Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова и Фонда инфраструктурных и образовательных программ.

17 компаний стали обладателями Знака «Российская нанотехнологическая продукция»
Одним из репутационных инструментов для защиты инновационных компаний наноиндустрии является знак «Российская нанотехнологическая продукция». Торжественное вручение знака состоялось 7 декабря в рамках VI Конгресса предприятий наноиндустрии.

International photography contest denoted to the year of 150 Anniversary of the Periodic Table of Elements
Russian Chemical Society named after D.I.Mendeleev starts in the frame of XII Russian Olympiad "Nanotechnology - Breakthrough to the Future!" under the support of Faculty of Materials Science of Lomonosov Moscow State University and the Fund for Infrastructure and Educational Program the International photography contest denoted to the Year of 150 Anniversary of the Periodic Table.

Прощай, лампочка Ильича!
Д.Н.Плешков
Современные светоизлучающие устройства безальтернативно завоевывают рынок и становятся частью нашей повседневной жизни.

Композиты УНТ-ГАП – биоактивная матрица для роста костных тканей
Е.С.Климашина
Нанокомпозиты - одно из перспективных направлений развития материаловедения в интересах биологии и современной медицинской практики.

Умный дом
Н.В.Лысков
Умные дома могут составить яркую черту нашего будущего и прогресс в этом направлении связан с созданием новых поколений наноматериалов.

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.