Kernmechanische Physikalische Chemie

Da das Kernmechanische Modell schon systembedingt eine grundsätzliche Abhängigkeit der Elektronen-Orbitale von den Nukleonen-Orbitalen verlangt, ist es naheliegend, die mittlerweile erreichte Konsolidierung des Modells zu nutzen, um daraus ganz konkret eine verbesserte neue (Kern-) Physikalische Chemie zu entwickeln.

Als erstes fällt hier das unmittelbar aus der Protonen-Anordnung im C-12- Kern abzuleitende Modell der Elektronen-Orbitale des Kohlenstoffatoms ins Auge, welches sich ersichtlich in vielen charakteristischen Bindungen wiederfindet. - Während die auf der alten Quantenmechanik beruhende herkömmliche Physikalische Chemie zu allerlei Hilfskonstruktionen wie Hybridorbitalen und Mesomerie-Resonanzen Zuflucht nehmen muß oder oftmals auch Doppel- und Dreifachbindungen erst aus der gemessenen jeweiligen Bindungslänge erschließt, führt die Kernmechanische Chemie meist unmittelbar zum gewünschten Ergebnis.

Auch beim zunächst sehr einfach erscheinenden “magischen” O-16-Nuklid lassen sich die vier für die Molekülbindungen zur Verfügung stehenden Elektronen-Orbitale direkt über das entsprechende Kernmechanische Modell herleiten. Zu beachten ist dabei nur, daß die Elektronen-Orbitale - anders als die Nukleonen-Orbitale im Kernring -, auf Grund der zwischen ihnen wirkenden elektrostatischen Abstoßung, in der Regel nicht planar angeordnet sind. Insoweit gibt es hier eine weitgehende Übereinstimmung mit dem bisherigen physikalisch chemischen VSEPR-Modell, etwa bei der tetraedrischen Struktur des H₂O-Moleküls, wenn man zudem noch die freien Elektronenpaare in die Gesamtrechnung mit einbezieht.

Bei aller scheinbaren Praxistauglichkeit durch immer neue Anpassungen in der quantenmechanisch begründeten Physikalischen Chemie ist es aber eigentlich doch ziemlich irritierend, wenn für viele Verbindungen häufig nur “mesomere Grenzstrukturen” angegeben werden können und dabei auf die “Delokalisierung” der Elektronen verwiesen wird. Eigentlich ist es jedoch gar nicht mehr notwendig, sich noch länger mit solchen Unschärfen und Unzulänglichkeiten zufrieden zu geben, denn es gibt eine Alternative...!

Kernmechanisch gesehen: Moleküle

.Beim Molekül der Oxalsäure finden sich die Kernmechanischen Elektronenorbitale direkt in der Elektronendichteverteilung wieder:

Aromatische sowie andere auffällig riechende Verbindungen ...

Bekanntlich sind sich ja Benzol, C₆H₆, und Borazin (Borazol), B₃N₃H₆, welches man deshalb auch “anorganisches Benzol” nennt, in allen ihren Eigenschaften - auch im Geruch(!) - sehr ähnlich. Es lohnt sich deshalb kernmechanisch ganz besonders, hier einmal etwas genauer hinzusehen, worin denn die spezifischen Eigenschaften dieser und anderer auffällig riechenden Verbindungen begründet sind.

Nicht einmal im Widerspruch zur Physikalischen Chemie gibt es auch bei der Kernphysikalischen Chemie im Inneren des Benzolringes ebenfalls sechs Pi- oder Ring-Elektronen, nur das sie in diesem Fall tatsächlich
ganz real in der Ringebene in einem Kernmechanischen Orbital kreisen. Bei der ebenfalls schon früher besprochenen Verbindung Diboran sind es demgegenüber vier solche Elektronen in einem KM-Orbital

Wenn das alles so ist, dann sollte es womöglich auch vergleichbare Gründe für die ebenso charakteristischen Geruchseigenschaften etwa von Schwefelwasserstoff, Ammoniak und anderen auffällig riechenden Verbindungen geben?!

... und das Periodensystem der chemischen Elemente

Bei dem in Schwefelwasserstoff enthaltenem Schwefel käme man etwa sehr schnell zu einer Elektronenkonfiguration, wo es außer den beiden eng gebundenen inneren Elektronen nunmehr vier radial angeordnete Orbitalring gibt, die dank der beiden Wasserstoffatome, siehe: Diboran, am Ende - wie beim Edelgas Argon - mit jeweils vier Elektronen besetzt sind. Ganz analog aufgebaut wäre ebenfalls das Schwefeldioxid-Molekül ...

An Hand der bekannten Ionisationsenergien usw. lässt sich der Aufbau des Periodensystems in jedem Punkt sehr gut nachvollziehen und durch die optimierte Anpassung aller Parameter zur Entwicklung eines umfassenden und detaillierten Gesamtmodells der chemischen Elemente nutzen.

Dennoch, ganz kann das so (noch) nicht stimmen: Bislang kann dieses einfache Modell nämlich noch nicht erklären, weshalb der Atomradius beim sogenannten Schalenabschluß allein durch das Hinzufügen eines einzigen Elektrons vom Halogen zum Edelgas - z. B. von Fluor zu Neon - derart sprunghaft ansteigt. Wenn man also bildlich gesehen bei einer Torte das letzte fehlende Stück wieder einfügt, ändert sich der Durchmesser der gesamten Torte damit eigentlich nur minimal. Weshalb also ist dies beim Zufügen des einen fehlenden Elektrons zum stark elektronegativen Fluor nunmehr gänzlich anders?

Im Übrigen:  Isotopie-Unterschiede bei den chemischen Bindungen, die sogar die ansonsten feststellbare Entartung der Elemente bezüglich ihrer Neutronenzahl aufheben, sind in der Praxis aber nur bei den tatsächlich stabilen, wenn auch im Vergleich zu den wichtigen Hauptexponenten C-12 und O-16 sehr seltenen Isotopen C-13, bzw. O-17 zu erwarten, - wenn sie denn auf (womöglich deutlich) über 90% angereichert sind (!). C-13-Graphit - ohne aromatische Ringelektronen - hätte dann die Eigenschaften von Bornitrid und C-13-Graphen gäbe es in dieser Form überhaupt nicht.

Besondere Molekül-Orbitale mit mehr als zwei Elektronen Nach dem von Wolfgang Pauli formulierten Ausschließungsprinzip sollten sich die Elektronen-Orbitale eines Atom zumindest in einer grundlegenden Quantenzahl unterscheiden. Anders formuliert, müssen demnach die zwei Elektronen in einem s-, p- oder d-Orbital (Nebenquantenzahl = 0, 1 od. 2...) einen entgegengesetzten Spin aufweisen. - Darüber hinaus gibt es auch noch die Hundsche Regel, die besagt, daß jedes Orbital erst mit einem Elektron besetzt wird, bevor dann ein zweites hinzukommt. Doch sind dies - wie auch die Heisenbergsche Unschärferelation - aus Erfahrungen heraus gewonnene, abstrahierte Erkenntnisse, die dann als mehr oder weniger “griffig” formulierte Regeln und Faustformeln das Ganze zunächst einmal gut beschreiben, aber (da von Menschen gemacht) nicht notwendigerweise bereits unfehlbare Naturgesetze! Erste Zweifel am Pauli-Prinzip gab es ja schon weiter oben, als dort nämlich festgestellt wurde, daß die Atomvolumina mit der Komplettierung der Oktettstruktur bei den Edelgasen erstaunlicherweise sprunghaft zunehmen, was sich Kernmechanisch zwanglos durch ein neues, mit acht Elektronen besetztes großes Orbital erklären lässt. Auch hier stehen sich immer zwei Elektronen im Winkel von 180° (mit entgegengesetztem Spin) gegenüber. Der Winkel der vier Spinachsen zueinander beträgt nurmehr aber 45°. Und wenn die obigen Überlegungen über die aromatischen Verbindungen des Kohlenstoffs und den Benzolring ebenfalls richtig sind, gibt es dort dann gerade drei Spinachsen, jeweils mit einem Winkel von 60° zueinander. Quantenmechanisch sollen ja Elektronen mit gleicher Hauptquantenzahl entsprechend ihrer Nebenquantenzahl unterschiedliche Energieniveaus aufweisen. In der Praxis mußten diese Unterschiede, insbesondere bei Kohlenstoff-Verbindungen, durch den Kunstgriff der “Spin-Hybridisierung” oft willkürlich wieder aufgehoben werden, um Theorie und Beobachtungen miteinander in Übereinstimmung zu bringen. Was läge also näher, als Kernmechanisch von absolut gleichberechtigten Orbitalen auszugehen?! Nach den beiden inneren Elektronen der K-Schale gibt es entsprechend der Protonenanordnung im Kern beim Stickstoff in der L-Schale nun gerade fünf Elektronen, die sich - mit einer elektrostatisch bedingten Winkelabweichung - dann auf vier Orbitale verteilen; darunter ein freies Elektronenpaar - was später aber noch differenziert werden muß. Beim Sauerstoff, genauer gesagt O-16, gibt es zwei freie Elektronenpaare und zwei bindende Orbitale, die wieder mit einer kleinen elektrostatischen Winkelkorrektur an zwei Wasserstoffatome ankoppeln können, wobei der Bindungswinkel gerade 104,5° beträgt. So weit, so gut, aber auch trivial. - Interessant zu werden verspricht es jedoch beim Ozon mit seinem deutlich größeren Bindungswinkel von 116,8°. Die beiden äußeren O-Atome sind mit 0,218 nm nach allgemeiner Auffassung zu weit voneinander entfernt, um noch in irgendeiner Form miteinander verbunden zu sein. Wenn man im Rahmen der Kernmechanischen Chemie nochmals über die weiter oben angestellten Betrachtungen über aromatische und andere auffällig riechende Verbindungen nachdenkt, könnte man als gemeinsame Ursache für den jeweils spezifischen Geruch von Benzol und Ozon beim Ozon-Molekül analog zu Benzol zunächst auch hier einen “aromatischen” 6-Elektronenring vermuten, der aber nun energetisch nicht begünstigt ist! Dies und der andersartige scharfe, charakteristische Geruch zeigt aber vielmehr deutliche Analogien zu den ebenfalls giftigen Halogenen Fluor und Chlor. Bei deren Molekülstrukturen sind jeweils zwei parallel angeordnete, nun aber frei tragende Oktett-Elektronenringe möglich, die sich gegenseitig abstoßen und somit auch die besonders niedrigen Bindungsenergien der verbleibenden zwei Bindungselektronen erklären. Besser in das Molekülgefüge eingebunden und somit wieder deutlich aromatischer und weniger giftig wäre ein 6-Elektronenring beim Alkohol. - Sollten die hier angestellten Überlegungen richtig sein, wäre dies ebenso noch ein Grund, die “Elektronenmangel-Verbindungen” des Bors auf den Prüfstand zu stellen: Vielleicht sind ja auch die K-Elektronen in die auffälligen Kristallstrukturen mit eingebaut?! Viele Fragen und eine (?) Antwort Wenn denn den geruchsaktiven Eigenschaften bei all den unterschiedlich riechenden Molekülen dennoch irgendeine gemeinsame Ursache zugrunde liegt, dann gibt es jetzt auch viele Fragen, die sich daraus ergeben, z. B.: Der aromatische Benzolring enthält bekanntermaßen 6 Ringelektronen, bei Diboran sollen es aber nur 4 sein, da in der äußeren Elektronenschale des Bors für alle chemischen Bindungen nur 3 Elektronen zur Verfügung stehen, während es beim Stickstoff (in der L-Schale) wiederum 5 sind? - Oder auch: Warum riecht H2S unangenehm, H2O - zum Glück! - aber nicht? Eine andere Frage hätte man sich in diesem Zusammenhang allerdings schon wesentlich früher stellen müssen: Hexagonales Bornitrid hat eine ganz analoge Schichtenstruktur zum Graphit, wobei die eine Hälfte der Kohlenstoffatome durch Boratome und die andere durch Stickstoffatome ersetzt ist. Da nun das ganz analog strukturierte “anorganische” Benzol in den aromatischen Eigenschaften dem echten Benzol fast hundertprozentig gleicht, wieso ist das beim “anorganischen” Graphit plötzlich nicht mehr so? Und ist die Erklärung mit wegen ungleich verteilter Ladung “delokalisierten” Pi-Elektronen nicht ersichtlich etwas dünn?! Aufschluß darüber geben kann nur das Experiment mit der Reindarstellung von C-13-Graphit, vor allem dann, wenn dieses wie hexagonales Bornitrid gleichfalls weiß sein sollte. - Die Frage der jeweils erforderlichen sechs “aromatischen” Ringelektronen lässt sich im Falle Ammoniak, NH3, - zwei K-Elektonen und dazu ein freies Elektronenpaar - mit den verbleibenden 3 plus 3 Wasserstoffelektronen leicht beantworten. Bei Diboran, B2H6 funktionierte der Trick aber nur, wenn, wie schon weiter oben beim B12-Ikosaeder gefordert, alle, also auch die K-Elektronen, an der Molekülbindung beteiligt wären. Nur dann gäbe es nämlich genug Elektronen - sowohl für die Sigma-Bindung als auch den “aromatischen” 6-Elektronenring, dessen Durchmesser ca.1,9 A beträgt. Da die beiden Boratome des Diborans jedoch nur 1,77 A voneinander entfernt sind, kommt - wie bei Ozon - nur ein Vier-Elektronenring in Frage und der üble Geruch ist die Folge der speziellen Ankopplung der H-Atome! Als noch etwas weitreichender erweist sich aber die grundlegende Analyse der molekularen Sauerstoffbindungen, die letztlich zu dem Schluß zwingt, daß es eine Kopplung zwischen dem Spin der Kernprotonen und dem der Hüllenelektronen geben muß, wobei eine Abweichung von mehr als 90° und somit auch eine antiparallele Spinausrichtung ausgeschlossen erscheinen. Darum gibt es beim Wassermolekül womöglich nicht die Möglichkeit zur Ausbildung eines “aromatischen” 6-Elektronenringes, zumal ja die acht Kernprotonen immer paarweise parallel und antiparallel, bzw. senkrecht zueinander ausgerichtet sind.                         Wasserstoffperoxid -  mit zwei aromatischen Elektronenringen Dabei können die letzten, speziell beim Element Bor, gewonnenen neuen Erkenntnisse, nur mehr ein erster Anfang sein, welcher dazu zwingt, alle bisherigen Erkenntnisse (auch den Anfang dieser Seite) und bestimmte Naturgesetze erneut auf den Prüfstand zu stellen. Im Grunde genommen ist es aber schon mehr als erstaunlich, daß es - anders als bei der Chemie der Farbstoffe - bislang noch keine wirkliche Theorie der Geruchseigenschaften chemischer Substanzen gab, - und daß offenbar niemand eine solche überhaupt vermisste. Doch zurück zur Sache und zur Chemie der Gerüche, wo ja wiederum der Kohlenstoff eine ganz wesentliche Rolle spielt. Könnte es also sein, daß analog zum Bor auch der Kohlenstoff bei bestimmten Verbindungen nicht nur vier, sondern ggf. auch alle sechs Elektronen zur Verfügung stellt?! Wenn man das einmal annimmt, passen plötzlich alle Puzzlesteine wie von selbst zusammen. Über die jeweils gegebene Orbitalanordnung erklären sich nun nicht nur die Feinheiten der jeweiligen Duftnote, sondern auch der “delokalisierten” Elektronen. Demnach riechen Aldehyde strukturbedingt irgendwie “schräg” (stechend), symmetrische und stabil gebundene aromatische Elektronenringe meist frisch und angenehm (Aceton), lose gebunden auch schon mal süßlich (Ethen) und außen lose angebundene Elektronen unangenehm bis widerlich (Schwefelwasserstoff und Diboran). Die nun entschlüsselten einfachen Grundstrukturen finden sich in abgewandelter Form darüber hinaus ebenfalls in komplexeren Strukturen wieder, z. B. Ethen in Butadien (vergl. die delokalisierten Elektronen) oder Diboran in Arachno-B4H10... Die “delokalisierten” Elektronen beim Butadienmolekül, links, lassen sich in der Kernmechanischen Chemie ganz direkt erklären durch nunmehr zwei “aromatische” 6-Elektronenringe, links und rechts, anstelle des einen beim unten (schematisch) abgebildeten Ethenmolekül. Ethenmolekül mit 6e- und Ethinmolekül mit 8-Elektronenring In beiden Fällen werden tatsächlich alle vorhandenen Elektronen in das jeweilige Molekül eingebaut, wobei diese im “aromatischen” 6e-Ring - als “Pi”-Elektronen(!) bzw. 8e-Ring -  den Zustand mit der geringsten Energie einnehmen. Ansonsten existieren keine direkten Doppelbindungen (auch keine “konjugierten”!). Zwischen den Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen und auch zwischen letzteren gibt es stets nur aus je einem Elektronenpaar bestehende ganz normale “Sigma”-Einfachbindungen. Macht beim Ethen 5x 2 = 10, + 6e-Ring: insgesamt 16 und beim Butadien 9x 2 = 18, was in der Summe mit den beiden 6e-Ringen wiederum zur richtigen Gesamtzahl von hier 30 Elektronen in diesem Molekül führt. Genauso gut erklärt sich auch die anscheinend beim Ethin anzutreffende sogenannte Dreifachbindung durch eine einfache Sigma-Bindung mit zwei Elektronen zwischen den C-Atomen und einen 8e-Ring, die “Pi”-Elektronen, die in Richtung der Verbindungsachse angeordnet sind. Ersetzt man nun ein Kohlenstoffatom (+1 H-Atom) durch ein Stickstoffatom, erhält man Cyanwasserstoff (Blausäure) und in symmetrisch verdoppelter Anordnung: N=C-C=N sodann Dicyan und bei zwei Stickstoffatomen mit der gleichen Pi-Elektronenstruktur die Erklärung für die extrem große Bindungsenthalpie (Bindungsenergie) des bekanntermaßen äußerst reaktionsträgen Stickstoffmoleküls, usw.. Ebenso kann nun auch das weiter oben aufgeführte Molekül der Oxalsäure (wie auch das der Methansäure) auf jeweils direkte Sigma-Bindungen zwischen den Atomen, auch zwischen O und H*, und zusätzlich vier (bzw. zwei) 6e-Ringe zurückgeführt werden. *) Gilt auch für Methanol. In all diesen Fällen werden für die Sigma-Direktbindungen und die “externen” Pi-Elektronen der 6e-Ringe sämtliche C- (nicht O-) Elektronen benötigt! Wenn beim Ethen ein Wasserstoffatom durch ein Chloratom substituiert wird und man von dessen 17 Elektronen eines für die Sigma-Bindung abzieht, bleiben genau 16 Elektronen übrig. was aber wie bei Sauerstoff nicht für zwei Oktett-, sondern nur 6e-Ringe reicht. Bei der Polymerisation von Ethen zerfällt die Doppelbindung in ein Sigma-Elektronenpaar und die restlichen vier Elektronen besetzen wieder die K-Schale der C-Atome. Und schließlich: Das zweifach negativ geladene Carbonatanion, das beim zentralen C-Atom nunmehr zwei innere K-Elektronen enthält, weist in den Orbitalebenen A, B’ und C’ - Zeichnungen: Oben rechts und ganz rechts - drei die O-Atome umgebende 6e-Ringe auf. Allerdings gibt es nun noch eine wichtige Korrektur bei den tatsächlich zu beobachtenden Sauerstoff-Orbitalen; - gerade auch im Vergleich zu denen des (molekularen) Stickstoffs: Im Gegensatz zu den letztgenannten besitzt der Sauerstoff - Ausnahme: Ozon (!) - auf Grund der größeren Kernladung  nämlich normalerweise immer zwei kernnahe K-Elektronen, welche deshalb nicht für etwaige Mehrfachbindungen zur Disposition stehen. Aus diesem Grund verfügt das O-2-Molekül - neben der aus zwei Elektronen bestehenden Sigma-Bindung - folglich nur über einen doppelbindenden Oktett-Elektronenring und dazu noch zwei ungepaarte magnetisch wirkende Einzelelektronen, während beim superstabilen Stickstoffmolekül neben der Sigma-Bindung gleich zwei (senkrecht zueinander stehende) 6e-Ringe für eine Dreifachbindung mit einer hier besonders großen Bindungsenergie vorhanden sind.

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Von (theoretisch) möglichen sechs C-12-Orbitalen sind real (max.) vier besetzt, z. B.: A, B, C und A’ oder auch: B + C und B’ + C’ (Diamant).

Die symbolisch angedeuteten Orbitale senkrecht zur Bildebene weisen zum Kern hin, sind aber nicht starr und oft z.B. um 45° ausgelenkt oder verdreht!

H-2-O-Molekül mit Bindungswinkel, Bindungslänge und VSEPR-Modell

Bei F-19 gibt es genau ein ungepaartes Proton.

Beim hierzu komplementären Ne-19 gibt es dagegen eine vollständige Protonenpaarung.

Bei F-17 gibt es eine Protonenspinausrichtung analog zum Kernmodell von F-19 wiederum nur einmal.

Für Na-23 (-21, -22, -23 und -24) paßt das ermittelte Kernmechanische Modell zu der charakteristischen Elektronenkonfiguration eines Alkalimetalls.

KM-Orbitale - Diboran + Benzol mit “aromatischem” 6-Elektronen-Ring. Mehr zum Diboran-Modell  s.: unten

Abbildung der Elektronenverteilung im Wasserstoffmolekel-Ion nach Linus Pauling.
Die Übereinstimmung mit einem gemäß dem Kernmechanischen Modell auf einer Ringbahn um den eigenen (eigentlich leeren) Schwerpunkt rotierenden Elektron ist ziemlich frappierend.

KM-Orbitale - 1.Diboran. 2.Benzol und andere geruchsintensive Molekel - alle   mit “aromatischem” 6-Elektronen-Ring

Methanolmolekül mit 6-Elektronenring und weiterem “aromatischen” 6e-Ring

Acetonmolekül - mit insgesamt nun drei “aromatischen” 6e-Ringen, oben + Mitte

... tatsächlich entspricht es aber eher der unteren Strukturdarstellung, die weitgehend mit dem KM-Chemiemodell übereinstimmt, das immer direkt zu je fünf bindenden Bor- Elektronen und hier außerdem zu eimem senkrecht stehenden mittleren 6-Elektronen
-ring führt, der allein den Abstand von 1,85 A zwischen den zentralen B-Atomen erklärt.

Das Oxalsäuremolekül enthält vier Oktett-Elektronenringe - Methan- (Ameisen-)Säure jedoch nur zwei.

Das Carbonatanion enthält offenbar drei Oktett-Elektronenringe an der Stelle der Orbitalebenen A, B’ und C’ des zentralen Kohlenstoffatoms.

Chlorethen, besser bekannt unter dem Namen Vinylchlorid hat wegen der “K”- Elektronen (s. O) nicht einen 6e-Ring, sondern 3; aber wohl keine Oktettringe.

Das Stickstoffmolekül verfügt auf Grund der zwei 6e-Orbitale nunmehr über eine ganz besonders feste Dreifachbindung!

Kernmechanische Elektronenringe und Atomspektren

Wenn im Rahmen der Kernmechanischen Chemie zuletzt die Rede war von Elektronenringen mit mehr als zwei Elektronen und jeweils besonderen Eigenschaften (aromatischer 6-Elektronenring, Oktett-Ringstruktur), muß man sich irgendwann natürlich auch die Frage stellen, wie real ist das alles? In der Physikalischen Chemie spricht man ja zum Beispiel nur von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten oder “delokalisierten” Elektronen usw..

Der schwierigste aber wohl auch überzeugendste Weg bestünde darin, einen Zusammenhang mit den charakteristischen Atomspektren der chemischen Elemente aufzuzeigen oder gar die dahinter verborgene Mechanik. Genau dies soll hier nun versucht werden, - wobei das größte Hindernis in der quasi selbstverständlich angewendeten, etablierten Quantenmechanik liegt.

Ein wichtiger Hinweis kommt dabei aus der genauen Kenntnis der gut erforschten sogenannten Rydberg-Atome. Das sind durch Stoßprozesse oder Lasereinstrahlung hoch angeregte wasserstoffähnliche Atome, wo sich ein Elektron etwa mit einer Hauptquantenzahl von n = 60 weit entfernt  vom Atomrumpf befindet. Dabei kann der Radius, der mit dem Quadrat von “n” anwächst, ohne weiteres makroskopische Dimensionen erreichen und z.B. zweitausend Angström betragen. Auf Grund der sehr schwachen Bindung reagieren Rydberg-Atome deshalb auch extrem empfindlich auf elektrische Felder. -

In Kenntnis all dieser Gegebenheiten liegt es nun ziemlich nahe, hier einen Kernmechanischen Zusammenhang herzustellen und die Kernringe mit den spektroskopisch ermittelten Energieniveaus zu verbinden, was ja a priori schon mal logischer erscheint, als Niels Bohrs erlaubte und verbotene Elektronenbahnen oder die sodann rein mathematisch begründeten durch die jeweiligen Quantenzahlen festgelegten Elektronen-Orbitale, die letztlich ebenfalls zum gewünschten Ergebnis führen.

Setzt man dagegen für die dimensionslose Hauptquantenzahl “n” nunmehr n Elektronen in die Rechnung ein, ergeben sich die beobachteten Spektrallinien ganz zwanglos fast von selbst. Trotzdem geht die Rechnung scheinbar nicht ohne weiteres gleich auf: Die Atomspektren werden ja jeweils dem neutralen Atom (hier: Lithium) zugeschrieben, während die so genannten Funkenspektren auf Grund des scheinbaren Elektronenmangels und der positiv geladenen Ionen in ihrer Struktur um eine Kernladung, also um Z = -1, (“nach links”) verschoben erscheinen. Die Alkalispektren gleichen dann denen der vorangehenden Edelgase und beim ionisierten Wasserstoff - ohne “Leuchtelektron” - gibt es überhaupt kein Spektrum. -

So weit, so logisch aber vermutlich dennoch falsch: Vielmehr sind die Funkenspektren nämlich die neutralen, während die Entladungsspektren auf Grund der stattfindenden Ionisierung mit hohen Elektronenüberschüssen in Verbindung gebracht werden müssen. Dann enthielte etwa der leuchtende Wasserstoff folglich einen Elektronenring mit mindestens zwei, in höher angeregten Zustanden aber noch weitaus mehr Elektronen; siehe auch die (wasserstoffähnlichen): Rydberg-Atome! Das gilt analog ganz ähnlich ebenso für die Alkalimetalle.

  1. Alkaliatom-Orbitalschema

Wenn man in obiger Schemazeichnung die beiden mittleren Elektronen entfernt, entspricht diese einem Wasserstoffatom mit n = 2, bzw. 4. Dagegen ergibt sich durch das Entfernen eines der beiden äußeren Ringe das Singulettschema von Helium, wobei nur bei parallelem Drehimpuls n auch gleich 1 sein kann. Ansonsten ändert sich in einem bestimmten Atom der jeweilige Drehimpuls sprunghaft dann, wenn ein Kernring oder Elektronen daraus entfernt werden. Genau das korrespondiert mit der Emission von Lichtquanten, also Photonen.

Was geschieht nun aber mit den abgesprengten Elektronen(ringen), die ja über ihren Drehimpuls auch Energie mit sich führen und durch Reflektion wieder auf das energieärmere Atom zurückübertragen können; wenn sie die Energie dagegen weiter (mit Lichtgeschwindigkeit?) forttragen würden, - hätten sie dann nicht all die Eigenschaften, wie man sie eben gerade den Photonen zuschreibt?!

Übrigens gibt es aber noch einen weiteren aktuellen starken Hinweis, wenn nicht gar Beweis, für die Existenz der grundlegenden Elektronenringe. Im Georgia Institute of Technology wurden kürzlich Versuche mit ganz präzise in Ätztechnik erzeugten schmalen Graphen-Streifen durchgeführt, wobei sich hier eine ganz signifikant erhöhte Leitfähigkeit und -geschwindigkeit zeigte, was anderweitig kaum erklärbar erscheint.

Von den vier Valenzelektronen eines Kohlenstoffatoms werden bei Graphit oder Graphen drei Elektronen für eine gesättigte (2-Elektronen-)Bindung zu den jeweiligen drei Nachbaratomen benötigt, wobei diese Bindungsringe senkrecht zur Graphen-Ebene orientiert sind. Bleibt also pro C-Atom noch ein freies Elektron in der Wabenebene für den Ladungstransport übrig. Rein rechnerisch entfallen auf einen nur zwei Wabenreihen breiten Leitungsstrang dann im Durchschnitt drei Elektronen auf jede Wabe, während es bei unendlich breiten Graphen-Bändern dann - im Schnitt - nur zwei sind.

An sich würde dies schon für eine fast perfekte Leitfähigkeit reichen, wenn denn die jeweils pro Wabe vorhandenen zwei Elektronen nun immer diamagnetische 2-Elektronenringe ausbilden würden. Da aber hier - im Gegensatz zu einem Benzolring mit sechs Elektronen - in der Ebene genügend Platz vorhanden ist, ist das Resultat aber ein nicht optimales Zufallsgemisch aus Ein- und Zwei-Elektronenringen.

Genau dies ist auch die Erklärung für die wesentlich bessere Leitfähigkeit der schmalen Graphen-Bänder. Trotzdem ist dies aber noch kein hinreichendes Kriterium für die Supraleitung. Diese kann erst dann stattfinden, wenn durch eine geeignete Schichtenanordnung eine mit wenig Atomen besetzte und somit kollisionsfreie Supraleitungsebene für die (auch Cooper-Paare genannten) 2-Elektronenringe vorhanden ist.

Das Wasser (-molekül) der Erkenntnis

Wasser kann mit entsprechendem Energieeinsatz leicht in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden und auf diese Weise ein Maximum an chemischer Energie speichern,- die etwa bei der heftigen Verbrennung des per Elektrolyse gebildetem Knallgases wieder freigesetzt wird. Das Geheimnis der großen Energieeffizienz ist dann aber wohl vor allem in der besonderen Elektronenanordnung des Sauerstoffs zu suchen, als in der einfachstmöglichen Struktur des nur aus einem Proton und einem Elektron bestehenden Wasserstoffatoms.

Nach dem überkommenen (und wahrscheinlich überholten) Schalenmodell soll ja die innere “K”-Elektronenschale des Sauerstoffatoms mit zwei Elektronen in der Edelgaskonfiguration des Heliums besetzt sein und die zweite, die “L”-Schale mit den beiden zusätzlichen Wasserstoffelektronen - also hier insgesamt acht Elektronen - ebenfalls die Edelgaskonfiguration des Neons erreicht haben.

Das kann aber noch nicht die ganze, bzw. richtige Erklärung für die heraus ragenden Eigenschaften des Wassermoleküls sein und Kernmechanisch  gilt das natürlich erst recht!- Da es aber im Kernmechanischen Modell des Sauerstoffs jeweils zwei (antiparallel) ausgerichtete Protonenorbitale gibt, welche rechtwinklig zueinander stehen und auch die Elektronen-Orbitale bestimmen, ist es dann nur logisch, wenn es nun ebenfalls zwei rechtwinklig angeordnete Elektronenringe gibt, - dank dem Wasserstoff - aufgestockt auf je vier Elektronen. -
Elektronen-Orbitale des Wassermoleküls mit zwei senkrecht aufeinander stehenden und mit einander synchronisierten Vier-Elektronenringen. Der ursprünglich innere, mit zwei Elektronen besetzte “K”-Ring erscheint nach außen gedrängt und ist, gemeinsam mit den beiden Wasserstoffatomen mit dem charakteristischen Bindungswinkel verantwortlich für das sehr große elektrische Dipolmoment des Moleküls.

Zum Vergleich: Beim Schwefelwasserstoff - mit nunmehr zwei senkrecht aufeinander stehenden Acht-Elektronenringen - sind die beiden (auch für den Geruch “nach faulen Eiern” verantwortlichen) externen H-Protonen derart schwach gebunden, daß beim Zerfall des Moleküls Energie frei wird. Ganz im Gegensatz zur exothermen Knallgasreaktion bei der Bildung von Wasser; - dessen absolute Geruchs- und Geschmacksneutralität auf der starken Bindung der externen H-Protonen an die beiden 4e-Ringe beruht.

Orbitalmodell - ohne innere “K”.Schale, die in den ersten drei Perioden genau zwei Elektronen enthält und dann in der vierten und fünften Periode um jeweils zwei weitere Elektronen - auf maximal sechs - aufgestockt wird.

Da die Elektronenringe (“Schalen”) nacheinander jeweils doppelt ausgebildet werden können, reicht dieses sehr einfach strukturierte Orbitalmodell genau bis zum Element 118, das nach dem Komplettieren der zweiten äußeren 32-Elektronenschale eigentlich ein Edelgas wäre, aber eben auch keinen Platz mehr für “Leuchtelektronen” bietet?!

Von oben gesehen sehen die abgeschlossenen Elektronenschalen im Prinzip so aus: Grafik links. Wenn zur Edelgaskonfiguration von Xenon noch weitere Elektronen hinzu kommen, werden diese bei Cäsium und Barium zunächst sehr lose, außen gebunden, wie das bei den leichteren Alkali- und Erdalkalimetallen ebenso der Fall ist.

Danach scheint aber bei den darauf folgenden 14 Seltenerdmetallen eine andere Konfiguration - rechte Grafik - offenbar energetisch günstiger, wobei sich die gesamten äußeren Elektronen (maximal 16) zu einem einzigen exzentrischen Elektronenring gruppieren. Genau dieser Umstand ist aber mit der besonders großen Suszeptibilität der stark paramagnetischen Lanthan(o)iden verbunden.

Es muß hier aber betont werden: Dies ist zunächst nur ein theoretisches Erklärungsmodell, das analog zum Schalenmodell der Physikalischen Chemie davon ausgeht, daß die jeweiligen “Schalen” oder Elektronenringe chronologisch nacheinander mit Elektronen besetzt werden und diesen Zustand dann auch beibehalten. Wie das neue Kernmechanische Periodensystem am Ende der Seite zeigt, ist dies aber durchaus nicht so: Elektronenringe werden aufgebaut und abgebaut oder durch größere ersetzt, wie es zum Erreichen der Zustände mit der jeweils geringsten Energie gerade notwendig ist.

1. Alkali-Atommodell*

Das weiter oben bereits kurz angesprochene Alkali-Atommodell - es ist immer mit einer Dublettstruktur verbunden - soll nun noch etwas genauer untersucht werden, zumal es auch beim Kernmechanischen Atommodell zwischenzeitlich mehrfach zu einem Wechsel der Auffassungen, bzw. zu unterschiedlichen Interpretationen der grundlegenden Elektronenstrukturen bei der Emission von Photonen gekommen ist.

Das passende Energieschema für alle Alkaliatome, immer beginnend mit den gleichen Haupt- und Nebenquantenzahlen, das aktuell erst erstellt werden sollte, gibt es erstaunlicherweise bereits: Abb. 7.1, S. 208, Hänsel / Neumann “Physik”, Atome.Atomkerne.Elementarteilchen, Spektrum Akademischer Verlag 1995, ist dort aber nur schematisch zu verstehen, in der KM Chemie jedoch real, quasi “wörtlich” zu nehmen!

Noch ein wichtiger Punkt ist die “quantenmechanische Teleportation”, die scheinbar durch das Bellsche Theorem bewiesen - und damit Einsteins EPR-Annahme zugleich widerlegt wurde, zumal die Bellsche Ungleichung verborgene Variable - Stichwort: lokal contra nicht lokal - grundsätzlich ausschließen konnte. Erst durch die Messung wird demnach der Zustand zweier korrelierter Photonen, der bis dahin noch unbestimmt ist, festgelegt. Übersehen wird dabei aber, daß die Ungleichung auf fragwürdigen Hilfsannahmen beruht, welche die dreidimensionale Ausrichtung der miteinander korrelierten Photonen in ihrer Polarisation unzulässigerweise auf eine Ebene reduziert. Da die Photonen offenbar jedoch zugleich linear und zirkular polarisiert sein können, widerspricht das Ergebnis nun gerade eben nicht mehr den von Einstein propagierten verborgenen Variablen!

Von besonderem Interesse in der gesamten Teilchenphysik ist schließlich noch der Mechanismus, der bei allen (geladenen) Elementarteilchen Masse generiert, was ja durch die in Teilchenbeschleunigern aufgespürten relativ schweren und kurzlebigen “Higgs-Teilchen” nach Ansicht von vielen kritischen Physikern nicht wirklich erklärt wird. Beim Kernmechanischen Modell wird dagegen bei geladenen Elementarteilchen angenommen, daß diese gleichzeitig um mindestens drei zueinander senkrechte Drehachsen rotieren, was diesen somit mechanisch unmittelbar Masse verleiht!

Bleibt u. a. noch eine Frage: Wenn die emittierten Photonen mit genügend kurzer “Wellenlänge” und entsprechend großer Energie in der Lage sind, Elektronen aus Alkalimetallen heraus zu schlagen und die Leitfähigkeit von Halbleitern zu erhöhen, bzw. eine direkt dort ableitbare Spannung zu liefern, könnten sich die so erzeugten Photonen nicht wieder in Elektronen zurück verwandeln; - und bei der Erzeugung über Antimaterie in Positronen?

Dem stehen nun allerdings gleich zwei entscheidende Tatsachen entgegen: 1. Wenn dies wirklich so wäre, müßte die Emission von Photonen mit einer positiven Ladungsänderung verbunden sein. Das ist offenbar nicht der Fall!

2. tritt bei der Analyse von Photonen aus Antimaterie keine Annihilation (Vernichtungsstahlung) durch etwaige Positronen auf. Plausibel ist jedoch, daß die Absorption von Photonen bei Alkalimetallen, quasi spiegelbildlich, genauso “ladungsneutral” verläuft wie deren Emission! - Was nach alledem immer wahrscheinlicher wird, ist die Erkenntnis, daß die scheinbaren Welleneigenschaften der Photonen und Elementarteilchen bei der Beugung am Doppelspalt allein durch den äußeren Spin der Partikel erklärt werden kann.

Wenn sich also, wie oben aufgeführt, Elektronen, Photonen und sonstige Elementarteilchen auf Grund ihrer elementaren Spineigenschaften ständig auf Kreisbahnen um den eigenen (leeren) Schwerpunkt bewegen, dann können sie sehr wohl auch durch beide Doppelspaltöffnungen gehen; - nicht gleichzeitig, sondern nacheinander und auch mehrmals!

Bei den Elektronen wurden diese Ringbahnstrukturen, ohne die es ja eine singuläre Massenkonzentration in einem Punkt gäbe, ausführlich begründet und beschrieben. Bei den Eigenschaften elektromagnetischer Wellen wurde weiterhin ebenfalls gefunden, daß diese einen Tunnel, der kleiner ist als die jeweilige Wellenlänge, allenfalls stark abgeschwächt passieren...

Man kann den Durchgang von Elektronen, Photonen usw. durch einen Doppelspalt oder ein Beugungsgitter auch sequentiell betrachten, d. h. das Teilchen (Quant) muß das genannte Hindernis zunächst einmal passieren und trifft dann auf dessen Rückseite wiederum in seiner Kreisbewegung auf die Spaltöffnungen, was somit bestimmte Fortbewegunsrichtungen wahrscheinlicher und andere wiederum unwahrscheinlicher macht. Es leuchtet unmittelbar ein, daß ein periodisches Beugungsgitter diesen Effekt potenziert und verstärkt, so daß die Minima und Maxima hier noch deutlicher hervortreten.

Elektronenkonfiguration beim Wasserstoffspektrum u. a.

Weiter oben wurde das Spektrum des Wasserstoffatoms ja bereits einer ersten Analyse unterzogen, wobei bereits festgestellt wurde, daß ein neutrales (Funken-) Spektrum hier überhaupt nicht existiert und daß es darüber hinaus schwierig ist, sich aus den überlieferten Denkstrukturen der etablierten Quantenmechanik zu lösen. - Erste Folgerung: Nur durch den Elektronenbeschuß oder eine genügend starke Erwärmung des Gases entstehen auch negativ geladene Wasserstoffionen, welche nun leuchten und somit - im Vergleich zu allen anderen - das am einfachsten strukturierte Spektrum überhaupt bewirken bzw. hervorrufen.

Zur Illustration der Wasserstoff- und Alkalispektren soll das im Vergleich zum  Wasserstoff nur unwesentlich kompliziertere Lithium-Spektrum, Abb. rechts, herangezogen werden. Dies auch deshalb, weil dort die Entartung zu gleichen Energieniveaus aufgehoben ist. So fallen beim Lithium und den anderen Alkaliatom-Spektren  etwa die Zustände 1s und 2p, 3s, 3p und 3d nicht mehr energetisch auf einer Stufe zusammen, sondern erscheinen  hier - auch räumlich - deutlich getrennt voneinander. Dabei lassen sich auch die Unterschiede zwischen der bisherigen Quantenmechanik und der neuen Kernmechanik besser herausarbeiten.

Bisher stehen die Bezeichnungen s, p, d, f usw. für die verschiedenen jBahndrehimpuls-Quantenzahlen, wobei nun definitionsgemäß bedeutet der Bahndrehimpuls L ist bei “s” nun gleich Null. Ebenso steht der Buchstabe “p” für einen  Bahndrehimpuls 1; - “d” steht für L=2 und “f” für L=3 usw..

In der Kernmechanik ist das etwas anders: Schon bei den Atomkernen steht etwa ein nuklearer Bahndrehimpuls I = 1/2  oder auch I =1 für den resultierenden Drehimpuls - Kernspin - der in Kernringen angeordneten Nukleonen, der allerdings bei perfekter Spinpaarung (He-4 od. O-16 und anderen gg-Kernen) ebenso Null sein kann. Dennoch kommt er dort, wie auch in der Atomphysik, nicht durch den quantenmechanisch postulierten Bahndrehimpuls zustande, sondern durch die (ggf. vektorielle) Addition der jeweiligen Teilchenspins von Nukleonen oder Elektronen (Leptonen).

Ein “Bahndrehimpuls p” (L= 1) heißt also in der untenstehenden Zeichnung: auf der linken Seite befindet sich nun etwa gerade ein Elektron, während es bei “d” (L=2) demnach zwei Elektronen sind. Die Zahl der Elektronen auf der rechten Seite - Anordnung willkürlich gewählt - steht danach für die für die verschiedenen mit der Hauptquantenzahl n steigenden Energieniveaus der in den Spektren nebeneinander angeordneten Leitern s, p, d, f  usw..

In der nächsten Zeichnung, unten, ähnelt die Elektronenkonfiguration auf der rechten Seite bezüglich der Feinstruktur wiederum dem obigen Beispiel, nur daß dem rechten Zwei-Elektronenring hier auf der linken Seite nunmehr Ringe mit einem, zwei oder auch drei Elektronen gegenüber stehen, was ja, in einem früheren Erklärungsmodell mit als Photonen abspringenden Elektronen zu gleichen Energieniveaus im Termschema führen sollte.  Offenbar ist dieses nicht wirklich konsistente alte Modell aber nun überholt.

Wenn es um ein wirklich logisches Modell für den Mechanismus bei der Photonenemission geht, haben beide Erklärungsmodelle systemimmanent Schwächen an unterschiedlicher Stelle: Die Quantenphysik benötigt hilfsweise den Einsatz rein theoretisch mathematisch definierter “Quanten”, um die die Erzeugung von Photonen durch Elektronen - beides eigentlich sehr ähnliche “Schwesterteilchen”  (gleiche Beugungsbilder und mehr) - zu begründen. und auch das Kernmechanische Erklärungsmodell war in der bisherigen Form nicht durchweg konsistent oder logisch! - Das einfache durch elektrostatische Energie bewirkte Absprengen von Elektronen erklärt ja noch nicht wirklich deren Umwandlung in Photonen oder warum diese Energie gerade beim besonders stark gebundenen Singulett-Grundzustand von  Helium auffälligerweise mit Abstand am größten ist.

Alles ist anders - ein neuer Ansatz

Tatsächlich ist alles aber wohl ganz anders und deutlich einfacher, als es zuletzt beschrieben wurde. Schließlich kommt die Photonenemission in den Atomspektren ja offenbar nicht dadurch zustande, daß Elektronen etwa von einer höheren Bahn in einem “Quantensprung” auf eine niedrigere Bahn springen, auch nicht, weil diese die in Ringen gespeicherte elektrostatische Energie beim Absprengen nun als Photonen wieder abgeben, sondern, weil der Mechanismus genau der gleiche ist, der auch beim Positronium, jener sehr kurzlebigen quasimolekularen Verbindung aus Elektron(en) und Positron(en) die Umwandlung von Leptonen in Photonen bewirkt.

Im Vergleich mit einem normalen Wasserstoffatom sind beim Positronium sowohl Radius als auch die Wellenlängen der emittierten  Strahlung doppelt so groß, bevor im Grundzustand Vernichtungsstrahlung - etwa in zwei Gammaquanten von 0,511 MeV (aus dem Singulett-Zustand) - auftritt.

Genau das ist nun auch das - jetzt weitgehend mit der Quantenphysik kompatible - modifizierte Kernmechanische Erklärungsmodell der Strahlungserzeugung, wobei sich eben auch hier die sich zunächst auf antiparallelen Bahnen aufhaltenden metastabilen Elektronen durch eine geringe Energiezufuhr von 2S in 2P- Elektronen (-ringe) umwandeln. Danach stoßen die auf parallelen Bahnen und somit auf Kollisionskurs befindlichen Elektronen im He-Grundzustand zusammen, wobei sich nun - wie beim Positronium - die Elektronenmasse (der Elektronen auf der rechten Seite) komplett in Strahlungsenergie, also Photonen oder auch Quanten, umwandelt.

Besonders gut sichtbar und erklärbar sind die Vorgänge beim Natrium, wenn man zunächst einmal von der auffälligen und charakteristischen Dublettstruktur des Spektrums ausgeht, welche bereits beim Übergang zwischen dem Grundzustand und dem ersten angeregten Zustand (gelbe Doppellinie) zu beobachten ist.

Beim Natrium-Spektrum, welches ja anders als die Edelgase Helium und zuletzt Neon, nun auf einer abgeschlossenen inneren Schale (eigentlich einem - inaktiven -Ring) aufsetzt, kommen die unterschiedlichen Energie- Niveaus allein dadurch zustande, wie der aus einem oder mehr Elektronen bestehende Leuchtelektronenring zum anderen orientiert ist. Bei den so genannten 3P-Niveaus ist, abgesehen von der Elektronenzahl, allein entscheidend, daß sie sich in der gleichen Ebene wie der Edelgasring befinden und ob die Orientierung der Drehringe gleichsinnig oder gegenläufig zueinander ist. Es ist jetzt auch unmittelbar einsichtig, daß die gegenseitige Ankopplung der beiden Ringe durch starke Magnetfelder beeinflußt wird, siehe: anomale Dublett-Aufspaltung.

Etwas, das die bisherige eigentlich bereits überholte Quantenphysik nicht wirklich erklären kann - dort gibt es nur empirische Auswahlregeln, etwa für erlaubte (beobachtete) Übergänge zwischen den benachbarten Leitern des Grotrian-Spektrums, die aber nur sagen, was ist und nicht warum das so ist, wird erst bei einer detaillierteren Betrachtung offenbar. Scheinbar ist ja beim Natrium-Spektrum alles in Ordnung: Übergänge gibt es nun nur zwischen benachbarten Leitern; - aber warum gibt es solche Übergänge zwischen den 4P-Niveaus zum 4S-Niveau und dann (schon) wieder zurück zu den 3P-Niveaus? Derartiges ist  ja beim Helium nicht zu beobachten!

Kernmechanisch gibt es aber einen wichtigen Unterschied zwischen He und Na: Damit das Heliumatom nicht einfach ein energiereicheres H-Spekrum  abstrahlt, gibt es nun einen zweiten (“angeregten”) Elektronenring zu dem Zweck. Der aber ist, anders als beim Natrium, im Grundzustand nicht mehr vorhanden. Natrium benötigt den Ein- oder Mehrelektronenring auch im Grundzustand und ist demnach bei der Strahlungsemission bis zuletzt damit verbunden, während er bei Helium am Ende komplett entfernt wird. Im Natrium-Termschema, rechts, sind die L-Elektronen (gemäß dem vorigen Abstoßungsmodell!) extra eingezeichnet. Wie bereits weiter oben erklärt wurde, lassen sich insbesondere bei den Alkalimetallen aus der Besetzung der Elektronenringe mit Elektronen alle Parameter unmittelbar ableiten.

Besonders deutlich wird die Anordnung der jeweiligen Energieniveaus, wenn man einmal die Spektren von Lithium und Natrium vergleicht:
Ein “Bahndrehimpuls p” (L= 1) heißt also in der untenstehenden Zeichnung: auf der linken Seite befindet sich nun etwa gerade ein Elektron, während es bei “d” (L=2) demnach zwei Elektronen sind. Die Zahl der Elektronen auf der rechten Seite - Anordnung willkürlich gewählt - steht danach für die für die verschiedenen mit der Hauptquantenzahl n steigenden Energieniveaus der in den Spektren nebeneinander angeordneten Leitern s, p, d, f  usw..

Bei beiden Alkalimetallen gibt es einen mittleren Edelgas-Elektronenring.  Beim Lithium mit der Kernladung +3 ist dies ein Heliumring mit zwei Elektronen, beim Natrium mit der Kernladung +11 aber zusätzlich nun ein Elektronenring mit acht Elektronen. Der zweite links befindliche Ring ist hier nicht gezeichnet. Wenn er aber tatsächlich ganz fehlt, gibt es keine P-Leiter  und demzufolge auch kein Alkalispektrum.

Gemäß der obigen Erläuterungen stehen die jeweils linken Elektronenringe für den “Bahndrehimpuls” L= 0 bis 3 (s, p, d, f...), während die Ringe auf der rechten Seite die Hauptquantenzahl bezeichnen. - Hierbei gibt es nun signifikante Unterschiede zwischen den Alkaliatom-Spektren in Bezug auf die jeweils untersten d-Niveaus des Li-und des Na-Spektralsystems, welche sich direkt hieraus erklären lassen. Beim Lithium sind die Energieniveaus von 3p, 3d und dem von Wasserstoff fast gleich, während das beim Natrium erklärlicherweise ganz anders ist.

Der Aufbau des Periodensystems der chemischen Elemente erforderte ebenfalls eine genauere Untersuchung, zumal mit der summarischen Aufzählung der Elektronenringe oder Schalen noch nicht alles gesagt ist, andererseits u. a. auch bestimmte Eigenschaften, wie die magnetische Suszeptibilität direkt aus den Ringstrukturen abgeleitet werden können.

In der ganz konkreten Anordnung aller Ringelektronen erkennt man nun sofort, warum etwa der Atom- und Ionenradius beim Übergang von der Hauptgruppe VII zur Edelgasgruppe VIII sprunghaft zunimmt, was beim rein formalen und unlogischen quantenmechanischen Periodensystem nicht der Fall ist. Man sieht außerdem ebenfalls, was in der (Eisen-)Nebengruppe VIIa tatsächlich passiert, oder wann genau in einem Elektronenring die maximale Besetzungszahl erreicht ist und folglich ein Strukturwechsel stattfindet. - das passiert schon bei 30 und nicht erst bei 32 Ringelektronen - oder wann bei den Lanthanoiden und Actinoiden erst einmal innere Elektronen-”Schalen” aufgefüllt werden, bevor es wieder normal weitergeht. Überhaupt geht es auch gar nicht streng systematisch oder chronologisch zu: Einmal besetzte Elektronenringe können bei Bedarf wieder aufgelöst oder reduziert werden, wenn dies für die energetische Gesamtbilanz des Atoms günstiger ist.

Ähnliches gilt sinngemäß auch für gewählte grafische Darstellung dieses Periodensystems, wo vorrangig jedoch auf eine ökonomische Platznutzung und gute Erkennbarkeit der einzelnen Elemente geachtet werden mußte.

Bei den Molekülen schließlich muß(te) es noch einige Modellkorrekturen geben, nicht so jedoch beim (geruchlosen) Stickstoff mit seiner besonders großen Bindungsenthalpie. Die weiter oben angegebene Struktur mit zwei (nicht aromatischen!) 6-Elektronenringen, ist im Gegensatz zu Ethen und Ethin, “quasi aromatisch” riechenden Molekülen, deshalb stabil, weil die ineinander verschränkten Elektronenringe das Stickstoffmolekül hier fest umschließen, - vergl. etwa obiges Ozon-(und Ethin-)molekül sowie andere Moleküle, mit eher lose gebundenen inneren / äußeren Elektronenringen. etwa bei dem unten abgebildeten korrigierten Ozonmodell

 >>> In der Kolumne “Mathematische Fiktionen” bdw-01/2020 beschreibt Frau S. Hossenfelder die absurden Irrtümer am LHC und das komplette Versagen der quantenmechanischen Voraussagen. Trotzdem weiter so?!

Gerd Schulte

Termschema von Lithium, oben
und von Helium, unten

Graphen-Bänder wie im Georgia Institute of Technology hergestellt:

Termschema von Lithium, oben
und von Helium, unten

Beim Singulettsystem von Helium, links, gibt es, außer im Grundzustand mit (nur einem - von zwei Elektronen besetzten) Elektronenring, wie beim Triplettsystem, rechts, immer zwei Elektronenringe.

Am 14. Dezember 1900 - auf einer Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
 in Berlin - stellte Max Planck erstmals seine Überlegungen zur Strahlungsintensität eines schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Wellenlänge und Temperatur vor, wobei die Emission von Strahlung nicht kontinuierlich, sondern stets in Form von Quanten erfolgt! - Demnach kann die Energie von “Photonen” nicht beliebige Werte annehmen! Sie muß stattdessen immer mit dem Vielfachen des kleinstmöglichen Wertes - der sich aus der obigen Formel ergibt - (und inzwischen als Plancksches Wirkungsquantum bekannt geworden ist), erfolgen.- Durch die weitere Ausgestaltung  des Plankschen Ansatzes - insbesondere durch N. Bohr, Sommerfeld, Schrödinger, Heisenberg und viele andere mehr -, entwickelte sich daraus die heutige, mathematisch geprägte Quantenmechanik.

Im Rahmen des Kernmechanischen Modells und speziell der Kernmechanischen Chemie erscheint die Emission von Energiepaketen als Photonen dagegen fast schon trivial, da nun hierbei nur in ihrer Masse wohldefinierte  Teilchen, die Elektronen in andere Teilchen, nämlich die Photonen umgewandelt werden.

Termschema von Lithium, oben
und von Helium, unten

Detailliertes Termschema von Natrium, oben, - und von Lithium, unten.