气体分子结构

气体分子的结构,常见的多为双原子互绕结构的分子形态,比如H2、O2、CO、N2等,也有多原子耦合结构的分子形态,如C2H2、CO2、SO2等,这些分子在常温下表达为气体。物理界只能告诉人们这些气体分子式是这样,但不能告诉人们为何这样的结构会表现出气体形态,诸如用共用电子对来解释,是经不起深究的,在于这些共用电子对为何在泡利不相容原理之下如此稳定配对?经典西方化学理论创建的电子云概念,除了前面“电荷单元批判”、“耦合原理”小节通过否定泡利不相容原理与共价键被判为错误之外,在描绘物质液态-气态转换时也会带来新的问题。

比如经典西方化学理论用分子距离变大,来解释液态-气体转换时的体积差异根源,其实是以电子云来描绘分子空间电荷分布与电子运动形态。物质如空气自液态经过沸点再升温后会瞬间变成气态,其密度减小为近六百分之一左右(注),同时其体积膨胀近6百倍,这是有现实实验观察意义的。那么按电子云的空间形态描绘,也即原子核周边的电子随机运动分布形态,在实验物质从液态空间状态瞬间扩张到6百倍左右的气体空间状态时,这个电子云空间体积形态,也会对应地膨胀近6百倍,这带来的问题是,是什么机制导致电子云在瞬间扩张6百倍之后,还能保证分子结构的稳定?

要知道按电子云概念的作用机制,只是电子电荷与原子核电荷相吸才保持电子在原子核空间运动的,并通过泡利不相容原理来保证其稳定,但在体积突然膨胀6百倍之后,表明电子与原子核的距离至少要扩大为8.4倍左右(600的开三次根方),距离扩大带来的结果是电子与原子核间的电荷吸引要削减很多,一般随便1升、1毫升体积的物质都有极巨大数量的分子,这么多分子能在沸点时瞬间体积变大还能同时保持分子中各原子之间的稳定,根本无法用电子云概念去说明。

同时,这种电子云空间形态瞬间变大,也是电子能量轨道跃迁的另一种说法,因为电子云空间形态要变大,必须是电子轨道从原轨道向远核轨道跃迁才能实现。而按电子能量轨道理论描绘,这种瞬间大范围的能轨跃迁运动,会带来很强的光辐射,但现实实验中人们看不到这种体积瞬间膨胀带来的发光现象。

而若说液态-气态转换时,电子云空间形态并没有扩大,则又带液态-气态转换时体积膨胀的经典西方科学理论下的另类作用机制问题。

(注:以空气为例,液态氧气氮气的密度分别是1.141吨/立方与0.808吨/立方,空气中氧氮比例约在21:78,那么液态空气的密度约为(1.141*21+0.808*78)/100=869千克/立方,空气的密度是1.293千克/立方,相差869/1.293=672倍左右,因此取六百分之一。)

这些由电子云概念结合现实实验观察之间的矛盾只表明一件事:电子云概念是错误的。这里通过液态-气态转换时的电子云空间分布与分子稳定间的矛盾,来强化电子云概念的错误之处。

以太理论下可用耦合结构来阐述更直接更简单的气体分子结构机理,与液态-气态转换时的分子形态变化机制。

每一个分子内,都存在正反原子以太旋涡的双原子耦合结构。以气体中双原子结构的氢分子H2为例,氢分子等所有双原子气体都是100%异旋同极吸附结构,即由两个互为正反粒子的原子以太旋涡通过异旋同极结构吸附作用结合在一起。

氢分子,并不是当下经典化学理论中两个都是正质子为原子核,共用电子对为联结构架的空间结构形态。而是由两个氢原子通过异旋同极吸附作用结合在一起形成氢分子,是两个互为相反的氢原子之间的耦合形态,并在外围形成次生以太旋涡。次生以太旋涡屏蔽氢原子作用属性,对外表达为分子,也即,一个氢分子中含有一个正负粒子对:正电荷氢原子与负电荷氢原子,也就是氢原子顺以太旋涡与氢原子逆以太旋涡。(正负粒子的内在机制会在“统一场论”章节说明其成因。)

一个氢分子中是由两个互为相反电荷的原子通过异旋同极吸附作用构成,于是带来的作用之一,是外围涡流之间相互干扰对冲,在次生以太涡流空间形成以太湍流层。但由于对冲作用并不是绝对相等,总有一方是略强一点点,于是形成次生以太涡流的方向,会与涡流强一点的氢原子一致,但这个差别又极小。这个极小差别会带来这双原子耦合成的次生以太旋涡有最低的旋涡角速度与角动量。常温下在涡流偏向的能量振动作用中,表现为只有相对低频的红外辐射;在涡流偏向的分子之间的吸引与排斥作用上,表现为最低强度的涡流相合相冲作用,即最低强度的范德华力。

这个次生以太旋涡上的以太湍流层,有点类似于地球以太旋涡上的范·艾伦带,只是时空尺度更微小。以太湍流层的分布,由原子核内的振动力场达到的最远端,即另一个分子的力场的平衡作用之处,于是分子之间的涡流相合相冲作用也减至最低,即范德华力最弱,从而不能紧紧相互结合在一起,也不能强力地对抗外界的压力,表达为各分子之间没有压力就立马相互远离,有压力又立马相互接近,众多如此结构的分子在宏观表达为气体。这双原子的次生以太旋涡流,如一个蛋壳保护双蛋黄一般,包裹整个双原子空间。

一般来说,气体分子中的原子活跃性越强,以太湍流层的强度也越强,其分布的范围也越大,在宏观上表现气体在被降温后的沸点也越低,并且物质的气态密度与液态密度的比值也越低。目前发现的最低沸点是惰性气体氦气,就是由于超高原子活跃性导致的超低沸点。惰性气体比较特殊,会在后面“惰性气体结构考查”小节专门描述。

其它多原子结构的气体分子也是相类似,只是原子结构中多了异旋同极吸附作用而使空间结构稳定,就不再细说。

由这个认识就可以简单分析地表环境下的液态-汽态转换时的分子运动形态:在液体处于沸点温度之时,液体中分子以太旋涡中的正反原子以太旋涡,随着外界热量持续输入,双原子的振动形态不断强化,导致次生以太旋涡上的以太湍流层分布范围不断加厚加大,结果就是范德华力的吸引作用不断削弱,范德华力的排斥作用不断加强,直到克服重力场的吸引作用,就瞬间向低压力方向扩散,在宏观上表达气化、沸腾与体积扩大现象。