离子共价性 hl382013-04-17 06:32:07

J. Am. huilin. Ins. 2011, 5, 1-9

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Journal of
American Huilin Institute
ISSN 2160-438X
http://www.amhuilin.com/journal/jahi

 
离子共价性

张永和
美国惠林研究院, http://www.amhuilin.com

E-Mail: y.zhang.huilin@gmail.com

Received: 5 April 2011; in revised form: 10 May 2011 / Accepted: 14 May 2011 / Published: 12 May 2011

摘要：本文提出了一个宇宙自然机制。氢原子成键中发现了离子共价二象性,IC-模型，它关联于具有多功能预言性的量子势，也关联了普世存在的和谐状态，在这一状态离子性动能受共价性环境控制。离子共价二象性关联了德布罗意关系实物波及波-粒二象性。因此，它不仅满意地描述了化学现象，而且描述了普遍的人类生活，经济和社会体系。宇宙物象均以其离子共价势存在。

关键词：离子共价性，自然，宇宙，多学科交叉

1.    概论

天体有引斥，人性有公私。物种有散聚。中国有阴阳说，西方有波粒论。万物有离子共价二象性。

上世纪初，正当战火弥漫中国大地之际，西方却是一片光辉灿烂的科学之春。爱因斯坦、波尔、德布罗意、薛定谔等科学家建立了量子力学，铸成了现代文明基础。从此化学，或者应该称分子科学，有了两大量子瑰宝：电子理论和光谱学。然而一些化学家们却一度热衷于古老的热化学定性方法[1]，对新生研究犹豫不定[2]，定性理论统治着化学大部领域，有些领域甚至根本没有理论。

1981年，作者关联了波尔能级和光谱学，发表了有效原子核电荷Z* [3, 4]。 进一步提出了离子性I_z ，有效主量子数n*, σ-共价性r_c^-1，空间共价性n*r_c^-1和离子共价电负性X_ic，关联出一个定量离子共价性二象性IC，并建立了离子共价与量子势之间的关系模式[5]。

自1981年来，离子共价电负性定量地应用于各种领域 [3-6, 12-37]。证明它可以定量描述所有化学现象，因为IC-模式关联了从Is到nf 的电子构型[6-9]。

在此研究中，提出了一个宇宙自然机制。氢原子成键中发现了离子共价二象性,IC-模型，它关联于具有多功能预言性的微观量子势，也关联普世存在的和谐状态，在这一状态离子性动能受共价性环境控制。离子共价二象性关联了德布罗意关系实物及波-粒二象性。因此，它不仅满意地描述了化学现象，而且描述了普遍的人类生活，经济和社会体系。宇宙物象均以其离子共价势存在。 

2. 宇宙自然机制和离子共价模式

宇宙由物质组成，并有五个基本性质，如下图1所示。原始性质为运动。其他依次是分解、连续、和谐和循环。他们自己的实体分别为原子核、动能、颗粒、波动、势能和轨道。后者由前者生成。所以，物质生成原子核，运动生成动能、分解生成粒子、连续性生成波、和谐生成势能和循环生成的轨道。动能、分解和粒子关联离子性I(I_z,Z*,n*)，连续性和波动关联共价性C(r_c^-1, n*r_c^-1); 和谐与势能关联离子共价性IC；循环和轨道关联有效主量子数n*。由此，宇宙自然机制为：

物质   →   运动  →   分解  →   连续  →   和谐   →   循环

   ＼    ∕   ＼    ∕    ＼   ∕   ＼    ∕    ＼   ∕    ＼  

原子核  —  动能  —  粒子  —   波动   —   势能  —   轨道

—————  ————————   —————   ——————   ————

           原子键       离子性          共价性      离子共价性       

                      I(I_z,Z*,n*)     C(r_c^-1, n*r_c^-1)       IC         n*

   
                      图 1. 宇宙自然机制和离子共价性

按照爱因斯坦相对论力学，物体的质量m 和它的运动速度v 有如下关系:

m = m₀ /(1-(v/c)²)^½                                

式中c 是光速，m₀ 是静质量，则运动定律为

F = d(mv)/dt =ma + vdm/dt                              

宏观物体的速度比光速小得，则m= m₀ ，F =ma.

因此，当分解与连续不和谐时，宇宙导致宏观性，宇宙的基本法按照经典力学的牛顿第二定律：

a = F/m                                      

当分解与连续和谐时，宇宙归属于微观性，法则服从波动力学。宏观性成为微观性的一种特殊状况(速度<<光速)(见节4.)。宏观的必然性服从微观的或然性。薛定谔波动方程具有普遍意义：

 -h2∇2ψ/8π2m - Ze2ψ/r4πє0= Eψ                                        

其中原子核和电子间的离子性的引力Ze²与共价半径r的定域和谐所形成的势能Ze²/r, 就是离子共价性：

Ze²/r=I(Z*)C(r_c^-1)                            

式中I 为有效核电荷Z*的离子函数，C 为共价半径r_c的共价函数。

基于波尔能级               

E = - Z²me⁴/8n²h² ɛ₀² = - RZ²/n²                                            

我们曾导出有效核电荷Z* [3,4]为：

 Z*=n*(I_z/R)^½                                                     

式(4)代入式(2), 则离子共价性与量子势关联为IC-模式 [5]：

I(I_z )C(n*r_c^-1) = n*(I_z /R)^½r_c^-1                                       

由于薛定谔波方程中总能量 E 保持不变，如果系统的势能较低，则薛定谔波方程的解必须是系统的动能较高，反之亦然。动能损失是通过增加电子的势能补偿。因此，系统可依量子势为序列。

2.    离子共价性发现于氢原子 

氢原子的状况中，如公式 (4) 和图 1-3 [10] 显示，当电子临近核心时，由于其动量和有效的速度增加，动能趋向正无穷，为了补偿总能量 E 常数，其势能趋向负无穷。所以达成了一种和谐：那就是实验[11]告诉我们的，势能2倍于动能的降低，电子处在对应于玻尔半径的平均距离内。这个神奇怎么会发生？那是玻尔半径的神奇的共价和谐使系统产生了优化状态，在这一状态动能处于相当高而势能处于相当低，电子在半径圆上有最大的负电荷(n = 12、 3 … …），这就是自然的存在往往具有最大概率的活性和稳定性的状态。

        Fig. 1  Probability density vs. radii r                                                      Fig. 2  Probability density vs. n*

                    Fig. 3 Probability density vs. radial probability

所以，我们定义这种状态为离子共价性，它是离子和共价函数的积，因此所有的自然存在是一种机制，一种自我力的离子性和环境定域的共价性的和谐，一种潜能：“万物均以离子共价势而存在”。

4. 关联德布罗意关系

   按照德布罗意关系：

λ=h/p                                    

则

p = (2mT)^½                                                    

其中 m 是正常的粒子的非零静止质量，T是动能。因E = T + V，其中 E 是总能量，V是势能，则德布罗意波长为

λ= h/ (2m(E-V))^½                                

又，因离子共价性

I(I_z )C(n*r_c^-1) = n*(I_z /R)^½ r_c^-1 = V                        

则离子共价性与德布罗意波长关联：

λ= h/ (2m(E - IC))^½ = h/(2m(E - n*( I_z /R)^½ r_c^-1))^½               

于是我们可以看到波长与离子共价性成正比，与共价半径r_c和粒子的大小成反比，这意味着离子共价二象性可与波粒的二象性相关联。还描述了一个规则：离子共价性越高，德布罗意波长越大、越波性、粒子尺寸越小和运动越快，反之亦然。

因此在极限 λ→0 时依赖于时间的薛定谔波动方程化简为牛顿第二定律 ，因为 h 很小时，宏观对象的德布罗意波长是零。 

5. 描述所有1s-nf 化学现象

离子共价性(IC)，定义了原子的定量二象性，关联了量子势和建立IC-模式和轨道杂化IC–量子势序列，定量计算和描述从1s到nf的所有化学现象，离子共价二象性表现，键的强度，电荷密度和有效的极化能。

模型形成多功能二象性预测方法，具有比传统的电负性和分子性质更多种和特殊的应用性[5]