Новости лаборатории Наномир

  Все выпуски  

869 Почему "научный мир" не заметил пикотехнологию в реферируемом журнале?


Выпуск 869

Лаборатория Наномир

Когда реальность открывает тайны,
уходят в тень и  меркнут чудеса ...

Почему "научный мир" не заметил пикотехнологию

в реферируемом журнале?

И что произошло, если бы заметил?

Напоминаю, как выглядит статья с пикотехнологическими моделями в реферируемом журнале:

Том 70, Номер 6

Июнь 1996

ISSN 0044-4537

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК


ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ


Главный редактор

В.М. Грязнов



МАИК "НАУКА"

***

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

Кольцегранные модели молекул

Д.Н. Кожевников

1134

___________________________________________________________________________

Сдано в набор 21.12.95 г. Подписано к печати 25.03.96 г. Формат бумаги 60 х 88 1/8

Офсетная печать  Усл. печ. л. 24.0   Усл. кр.-отт. 18.5 тыс.   Уч.-изд. л.24.8   Бум. л. 12.0

Тираж 759 экз.   Зак. 4029

___________________________________________________________________________

Отпечатано в Московской типографии N 2 РАН, 121099, Москва, Г-99, Шубинский пер., 6

***

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 1996, том 70, N6, с. 1134 - 1137

___________________________КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ__________________

УДК 539.192

КОЛЬЦЕГРАННЫЕ МОДЕЛИ МОЛЕКУЛ

(с) 1996 Г. Д.Н.Кожевников

Поступила в редакцию 08.02.94 г.

Предложен метод геометрического моделирования молекулярных структур посредством кольцегранников (многогранников, грани которых представлены кольцами), наглядно передающих форму внешних электронных оболочек взаимодействующих атомов. При этом число колец в моделях электронных оболочек атомов соответствует числу электронов, составляющих эти оболочки. Размер кольца является величиной, определяющей ковалентный радиус моделируемого атома, а взаимное расположение колец однозначно определяет возможные углы образования химических связей.

Используемые обычно для моделирования формы молекул геометрические модели атомов в виде шаров, усеченных плоскостями, перпендикулярными линиям связи, не являются универсальными. Такие модели малоинформативны, так как слабо передают особенности распределения электронной плотности. Существуют модели, отражающие электронную структуру атомов с помощью объемных распределений электронных плотностей s-, p-, d-, f-орбиталей, условно изображаемых в виде сфер, объемных восьмерок и прочих форм, но они довольно сложны, ими трудно оперировать, тем более, что приходится рассматривать не только формы орбиталей, но и их гибридные модификации.

Мы предлагаем метод моделирования молекул, использующий упрощенную форму электрона в виде тонкого тора; кольцами схематически изображаются все электроны на любых энергетических уровнях. Спин электрона в данной модели можно связать с представлениями [1-3] о циркуляции потока энергии.

Изображая все электроны кольцами, мы получаем модель электронной оболочки в виде кольцегранника, т.е. многогранника, грани которого представлены кольцами. Из соображений симметрии при построении кольцегранных оболочек используются кольца, равные или близкие по размерам и располагаемые на равных расстояниях от ядра. Спин электрона накладывает ограничения на число возможных вариантов взаимного расположения колец в кольцегранной фигуре. Оболочка организуется таким образом, чтобы в точках касания колец направления циркулирующих потоков совпадали. *001

Самым симметричным кольцегранником из всех возможных, построенных с соблюдением упомянутых правил, является фигура из восьми колец (рис. 1). (Кольца лежат в гранях октаэдра.) 


Рис. 1. Кольцегранная модель восьмиэлектронной оболочки атома.

Такая модель из кольцевых магнитов сама поддерживает свою структуру магнитными силами, причем вращение какого-либо одного кольца вокруг своей оси, вызывает зависимое вращение всех остальных. *002 Эти свойства механической магнитной модели наглядно демонстрируют повышенную устойчивость внешней атомной оболочки из восьми электронов. Повышенной симметричностью и устойчивостью отличаются также модели электронных оболочек, собранные из 18 и 32 колец.

Симметричность и прочность кольцегранников из 8, 18 и 32 колец позволяет предположить полезность геометрической модели электронной оболочки в виде кольцегранника. Понимая ограниченность подобной модели, проверим ее работоспособность, моделируя простейшие химические соединения с различными типами ковалентных связей.


ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ

В модели электронной поверхности ковалентного соединения кольца, символизирующие электроны внешних оболочек взаимодействующих атомов, располагаются таким образом, что образуют общую поверхность вокруг  нескольких ядер атомов, входящих в соединение. *003 

В общей молекулярной оболочке, как и в модели атомной оболочки, в контакт входят кольца,  символизирующие электроны с различными спинами, что можно передать кольцами разных цветов.

В связях, образованных атомами одного элемента, из электронных колец образуется поверхность, характеризующаяся примерно одинаковой величиной напряженности электростатического поля системы ядер.

В связях, образованных атомами разных элементов, кольца могут отличаться по диаметрам, что отражает различие в ковалентных радиусах атомов. В этом случае при образовании общей электронной оболочки кольца располагают таким образом, чтобы величина напряженности поля менялась наиболее плавно от кольца к кольцу и наименьшим образом изменялась в каждом кольце.

Оболочки, удовлетворяющие этим требованиям, оказываются наиболее гладкими и энергетически выгодными.

Некоторые детали методики см. в приложении.

МОДЕЛИ ПРОСТЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ


Соединение с ковалентной связью - молекула этана (рис. 2) получается в виде двух фигур из 8 колец (октаэдров), соприкасающихся вакансиями - гранями, не заполненными электронами. Несмотря на отсутствие электронов на линии связи, электронная плотность там больше за счет контакта трех пар колец. *004 Модель демонстрирует возможность свободного вращения относительно линии связи (касающиеся кольца при вращении CH3-группы всегда имеют разный цвет). *005 


Модель соединения с двойной ковалентной связью (рис. 3) демонстрирует заторможенность вращения вдоль оси двойной связи - ему препятствует чередование полярности соприкасающихся в оболочке колец. *006 


Соединение с тройной связью - молекула ацетилена (рис. 4)

Модели получаются масштабными. Например, различным типам связей углерода соответствуют различные межъядерные расстояния (154, 134, 120 пм). *007 Эта зависимость качественно прослеживается на моделях (рис. 2-4).

В предлагаемом методе заложена возможность определения длин связей. Зависимость радиусов колец, отвечающих электронам, от особенностей рассматриваемых атомов позволяет сделать модели масштабными.

Модель может иллюстрировать термин "перекрывание электронных облаков". Перекрываются "электронные облака" в местах соприкосновения колец, а само перекрывание заключается в контакте колец, имеющих различный спин. В некоторых случаях кольцегранные модели электронных оболочек позволяют смоделировать перераспределение электронной плотности в молекулярной оболочке. На модели азотной кислоты образование семиполярной связи отражается тем, что одно кольцо - электрон, принадлежавший азоту, смещается в общей молекулярной оболочке в сторону одиночного атома кислорода и входит в его электронное окружение.

Для бензола модель дает характерные углы между связями 120 градусов. *008  Кольца, изображающие электроны углерода, лежат в параллельных плоскостях и могут легко в них перемещаться. Этим может демонстрироваться повышенная подвижность электронов в сопряженных системах и представление об ароматичности.

Предлагаемый способ моделирования позволяет не только демонстрировать структурные особенности химических соединений, но и предсказывать их в процессе построения модели. 


Например, модель трифенилметанида (рис. 5) своим строением объясняет, почему бензольные циклы в соединении вывернуты из плоскости на 30-40 градусов. В стандартной модели молекулы с sp2-гибридизацией центрального атома это объясняется напряжением и деформацией связей, вызванной отталкиванием водородных радикалов. В предлагаемой модели отталкивание водородных радикалов может определять лишь образование правого или левого винта из фенильных радикалов, но не деформацию углов на такую величину, как 30-40 градусов.

Приведенные примеры показывают, что статическая модель электрона в виде кольца позволяет успешно моделировать простые соединения. Однако хорошо моделируются только соединения с ковалентными связями, в том числе и кристаллические. *009  

Статичность модели является её недостатком: нельзя моделировать переходные процессы. *010  Легко демонстрируются только переходы из одной конформации в другую в соединениях с одинарными ковалентными связями. *011  Не удается добиться однозначности при моделировании металлических связей. Моделирование соединений с ионными связями также не дает новых результатов. *012  Ионы имеют завершенные оболочки, а в этом случае отличия восьмигранника от сферы с предпочтительными направлениями образования связей проявляются слабо. *013  Не удается добиться однозначности при моделировании соединений с гексагональными решетками.

Простые модели не могут воспроизвести всего многообразия структурных явлений, тем не менее, они привлекательны и очень наглядны.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Моделирование одинарной ковалентной связи. Кольца, представляющие электроны внешней оболочки (их может быть от 4 до 7), располагаются в гранях октаэдра таким образом, что образуют одно или несколько вакантных мест в оболочке, каждое из которых может быть заполнено одним электроном - одним кольцом. Этими вакантными (пустующими) местами соприкасаются входящие во взаимодействие электронные оболочки. В случае взаимодействия с водородным атомом, одно кольцо - электрон атома водорода - заполняет вакантное место.

Моделирование двойной ковалентной связи. Как и в случае одинарной ковалентной связи, электроны внешней оболочки, представленные кольцами, располагаются в гранях октаэдра. Эти кольца (их может быть от 4 до 6) образуют  октаэдрическую оболочку, в которой отсутствует одна или две пары соприкасающихся колец. Образуется одна или две двойных вакансии, каждая из которых может быть заполнена парой колец. Контакт двух оболочек местами двойных вакансий моделирует образование двойной ковалентной связи между взаимодействующими атомами.

Тройная ковалентная связь. Кольца, символизирующие электроны, располагаются вокруг двух взаимодействующих ядер в соответствии с общими правилами построения моделей. В результате образуется эллипсоидальная фигура из 10 колец. При этом утрачивается октаэдрическая симметрия расположения электронных колец вокруг ядра.

Сопряженные ковалентные связи. Кольца, символизирующие электроны внешней оболочки, располагаются вокруг ядра и внутренней оболочки таким образом, что образуют трехгранную призму из колец, внутри которой располагается ещё пара колец, параллельных основаниям. Кольца, составляющие грани призмы, могут своим отсутствием (одного, двух или всех трех) предоставлять вакансии, по которым образуются связи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Okanian H.C. // Amer.J.Phys. 1986. V.54. N6. P. 500.

(Пер. ст. в сб. Физика за рубежом. М.: Мир, 1988.)

2. Власов А.Д. // УФН. 1993. Т. 163. N2. С. 97.

3. Власов А.Д. Классическое направление в квантовой механике. М.: Моск. радиотехн. ин-т РАН, 1993. 229 с.

* Комментарии Кушелева (2021-11-30)

 001 В этом случае получаются орто-изомеры электронных оболочек. Пара-изомеры тоже могут быть устойчивыми, т.к. магнитное взаимодействие на три порядка слабее электрического.

002 Скорость внутриэлектронной волны не зависит от того, какой изомер электронной оболочки (орто- или пара-) и равна скорости света в вакууме.

003 Не ядер, а предвнешних оболочек, если они есть.

004 Нет, конечно. Нет электрона (вакансия), нет и электронной плотности.

005 Свободного вращения нет ни в случае тройной, ни в случае двойной, ни в случае одинарной связи. Но энергия для перехода одного пространственного изомера в другой, т.е. с поворотом связи, может существенно отличаться.

006 Чередование магнитных полюсов меняет энергию связи в пределах 0.1%, поэтому препятствует условно.

007 Именно за создание масштабных моделей атомов, молекул и кристаллов Кушелева наградили на ВДНХ СССР в 1989-ом году. Однако приоритет открытия кольцегранного микромира принадлежит Кеннету Снельсону и Збигневу Огжевальскому.

008 Модель бензола создавалась в 14 этапов и помогла создать модели азотистых оснований ДНК и РНК.

009 Позднее удалось смоделировать все известные типы химических связей

010 Переходные процессы удалось смоделировать в 2002-ом году (магнитные водоплавающие модели атомов в аквариуме) и компьютерное моделирование.

011 Позднее удалось смоделировать и с другими типами связей.

012 Модели  с металлической связью (квазикристаллы марганец-алюминий) бысли сделаны ещё в начале 90-ых.

013 Модели ионных кристаллов (NaCl) и др. были изготовлены в начале 90-ых

*** 


Volume 70, Number 6

June 1996

ISSN: 0036-0244


RUSSIAN JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY

Official English Translation of Zhurnal Fizicheskoi Khimii


Editor-in-Chief

Vladimir M. Gryaznov

Head of the Physical Chemisrty Department of the Russian University of Peoples' Friehip Member of the Russian Academy of Sciences


A Monthly Theoretical and Practical Journal of the Russian Academy of Sciences


МАИК НАУКА / INTERPERIODICA PUBLISHING

***

Short Communications

Models of Molecules with Ring-Shaped Faces

1057

***

Russian Journal of Physical Chemistry, Vol. 70, No. 6, 1996, pp. 1057-1059. Translated from Zhurnal Fizicheskoi Khimii, Vol. 70, No 6, 1996, pp. 1134-1137.

Original Russian Text Copyright (C) 1996 by Kozhevnikov.

English Translation Copyright (C) 1996 by МАИК Наука / Interperiodica Publishing (Russia)


_______________ SHORT COMMUNICATIONS_________________

Models of Molecules with Ring-Shaped Faces

D.N.Kozhevnikov

Received February 8, 1994

Abstract - A method of geometrically modeling molecular structures by polyhedra with ring-shaped faces is discribed. Such models give a clear representation of the shape of the electronic shells of interacting atoms. The number of rings in an electronic shell model aquals the number of electrons in the shell. The ring size determines the covalent radius of the modeled atom, and the mutual arrangement of the rings unambiguously determines possible bond angle values.

INTRODUCTION

The shapes of molecules are usually represented through modeling the atoms by spheres truncated by planes reprendicular to the bonds. Such models are not universal and are not very instructive, because they give a vague idea of the special features of electron density distribution. There exist models in which the electronic structure of atoms is discribed by spatial electronic density distributions for the s, p, d and f orbitals. These orbitals are conventionally represented by spheres, dumbbells, etc., but the corresponding models are fairly complex and difficult to handle, the more so since it is necessary to consider the shapes of not only orbitals but also their hybrid modifications.

We propose a method of modeling molecules using a simplified representation of an electron by a thin torus. All electrons at all energy levels are assumed to be ring-shaped. The electron spin in this model can be related to the concept of energy flow circulation [1-3].

Representing all electrons by rings, we obtain an electronic shell model in the form of a polyhedron whose faces are ring-shaped. From symmetry considerations, such polyhedral shells are built of rings with equal or closely similar sizes situated at aqual distances from the nucleus. The electron spin imposes restrictions on the number of possible variants of the mutual arrangement of the rings. The shell is constructed in such a way that circulating flux directions coincide at ring contact points.

A figure built of eight rings is the most symmetrical polyhedron with ring-shaped faces constructed in compliance with the rules specified above (Fig. 1). (The rings lie on octahedron faces.) Magnetic forces make such a model of ring magnets self-sustaining, and rotation of any ring about its axis causes dependent rotation of all the others. These properties of the mechanical magnetic model correspond to high stability of eight-electron outer atomic shells. High symmetry and stability are also characteristic of electronic shell models assembled from 18 and 32 rings.

The symmetry and stability characteristics of polyhedra with 8, 18 and 32 ring-shaped faces are indicative of usefulness of the geometric electronic shell model with ring-shaped faces. Bearing in mind model limitations, we shall test its applicability by modeling simple chemical compounds with covalent bonds of various types.

GENERAL RULES FOR CONSTRUCTING MODELS

In a model of the electronic surface of a covalent compound, the rings of the outer shell electrons of interacting atoms are arranged to form a common surface around several atomic nuclei present in the compound.


Fig. 1. Ring-faced model of the eight-electron shell of an atom.


In a common molecular shell, as in the atomic shell model, rings representing electrons with different spins make contact with each other. This can be visualized using differently colored rings.

If bonds are formed by atoms of the same element, electron rings form a surface characterized by approximately the same electrostatic field strenght of the system of nuclei.

If bonds are formed by atoms of different elements, the rings may have different diameters corresponding to different covalent radii of the atoms. A common electronic shell is then formed from rings arranged in such a way that the field strengh changes most smoothly from one ring to another ring and as little as possible within each ring.

These requirements determine the smoothest and most favorable energetically electronic shells.

Some details of the procedure are given in the Appendix.


MODELS OF SIMPLE CHEMICAL COMPOUNDS

A compound with a covalent bond. The ethane molecule (Fig. 2) is obtained as two figures built of eight rings each (octaedra) with vacancies at the plane of contact formed by faces without electrons. 



Fig. 2. Ring-faces model of the electronic structure of ethane.


Although there are no electrons on the bond axis, the bond is the contact of three pairs of rings. The model dremonstrates the possibility of free rotation about the bond axis (rotations of the CH3 groups always brings differently colored rings in contact with each other).

A compound with a double covalent bond (Fig. 3).



Fig. 3.  Ring-faces model of a double bond of ethylene.


This model demonstrates hindered rotation about the double bond axis. Alternation of the polarities of the rings that are brought in contact in the shell interferes with free rotation.

A compound with a triple bond. A model of acetylene is shown in Fig. 4.



Fig. 4. Ring-faces model of the acetylene molecule.


The model are scaled. For example, different inter-nuclear distances (154, 134 and 120 pm) correspond to different types of carbon bonds. The models (Figs. 2-4) qualitatively reproduce this dependence.

The possibility of determining bond lengths is inherent in the suggested method. The dependence of the radii of the rings representing electrons on the special features of the atoms allows us to construct scaled models.

The model visualizes the concept of overlapping of electron clouds. Electron clouds overlap where rings are contiguous, and overlapping per se is a contact of rings with different spin. Ring-faced models of electronic shells can sometimes be used to model electron of nitric acid, one ring represents a formerly nitrogen electron that is shifted in the common electronic shell toward the unique oxygen atom and becomes incorporated into the electronic environment of this atom, which corresponds to the formation of a semipolar bond.

For benzene, the model predicts characteristic bond angles of 120 degrees. The rings representing carbon electrons lie in parallel planes and can easily move in them. This corresponds to high mobility of electrons in conjugated systems and visualizes the aromaticity concept.

The suggested approach to modeling of molecules can be used not only to visualize the special structural features of chemical compounds, but also to predict them in the process of constructing models. 



Fig. 5. Ring-faced model of the triphenylmethanide molecule.


For example, the structure of the triphenylmethanide model (Fig. 5) explains why the benzene rings in the compound are displaced from the molecular plane (turned) by 30-40 degrees. In the standard model of the molecule with the sp2 hybridization of the central atom, this is explained by stresses and strains caused by repulsion of hydrogen radicals. In the proposed model, repulsion of hydrogen radicals only determines right or left propeller-like arrangement of phenyl radicals rather than angle deformations by 30-40 degrees.

The examples discussed show that the static model of an electron as a ring allows us to successfully model simple compounds. However, only compounds with covalent bonds including crystalline ones are well modeled.

The static nature of the model is its drawback: transition processes cannot be modeled. Only transitions from one conformation to another in compounds with ordinary covalent bonds are easily visualized. Attempts at modeling metallic bonds do not give unambiguous results. Neither is anything gained by modeling compounds eith ionic bonds. As ions have filled shells, the difference between an octahedron and a sphere with preferred bond formation directions becomes insignificant. No unambiguous models can be constructed for compounds with hexagonal lattices.

Simple models cannot reproduce the diversity of structural phenomena. They are, nevertheless, appealing and very illustrative.

APPENDIX

Modeling of a single covalent bond. Rings representing outer-shell electrons (there can be 4 to 7 such rings) are arranged on octahedron faces in such a way that there occur one or several vacant positions in the shell, each of which can be occupied by one electron (one ring). Interacting electronic shells come in contact by these vacant faces. In interaction with hydrogen, one ring (hydrogen atom electron) occupies the vacant position.

Modeling of a double covalent bond. As with a single covalent bond, outer-shell electrons represented by rings are arranged on octahedron faces.  These rings (4 to 6) form an octahedral shell with one or two pairs of touching rings missing. This produces one or two double vacancies, and each can be occupied by a pair of rings. A contact of two shells through the double vacancies models the formation of a double covalent bond between interacting atoms.

A triple covalent bond. The rings representing electrons  are positioned around two interacting nuclei according to the general rules of model construction. This results in an ellipsoid figure built of 10 rings. There is no octahedral symmetry in the arrangement of electron rings around the nucleus.

Conjugated covalent bonds. The rings representing electrons of the outer shell are arranged around the nucleus and the inner shell to form a trihedral prism within which there is one more pair of rings parallel to the bases.  Rings on prism faces can be missing. The corresponding vacancies (one, two or three) participate in the formation of bonds.

REFERENCES

1. Okanian H.C. // Am.J.Phys. 1986. vol.54. no. p. 500.

2. Vlasov, A.D., Usp. Fiz. Nauk, 1993, vol. 163, no. 2, p. 97.

3. Vlasov, A.D., Klassicheskoe napravlenie v kvantovoi mekhanike (The Classical Trend in Quantum Mechanics), Moscow: Mosk. Radiotekh., Ross. Akad. Nauk, 1993. 

  ***

Итак, сначала давайте разберёмся, почему "научный мир" с 1996-го по 2022-ой год, т.е. за 26 лет (более четверти века!) не заметил важнейшего научного открытия, которое начало обсуждаться, например, в Щецинском университете ещё в 1956-ом году, т.е. более полувека тому назад?

На этот вопрос мне обычно отвечают, что "не было статьи в рецензируемом журнале". Но 26 лет назад такая статья в рецензируемом журнале уже была опубликована. Значит проблема не в этом?

А на это мне отвечают: "Так это же не топовый научный журнал!". Другими словами, чтобы научное открытие заметил "научный мир", нужно, чтобы оно было опубликовано не просто в рецензируемом журнале, а в одном из самых престижных.

Были попытки опубликовать пикотехнологическую статью в нескольких престижных научных журналах. Из журнала BBA пришёл ответ: "Плохой английский". Короче, не поняли, о чём речь. Так что нужно сначала найти хорошего переводчика, перевести на "хороший английский", тогда может быть статью прочтут в редакции.

Если бы у меня не было более интересных дел, то может быть я и нашёл бы переводчика. Может быть статью даже опубликовали бы. Интересно, что бы произошло в этом случае?

А вот что: 

 

Подробнее 

В это трудно поверить, но был уничтожен весь тираж научной книги, который до этого прошёл рецензирование в Академии Наук СССР. Это произошло в 1975-ом году, т.е. 47 лет тому назад.

За это время выяснилось, что открытие кольцегранного микромира сделано как минимум трижды: 

 

Подробнее

На основании этого многократно сделанного научного открытия была создана пикотехнология белков, которая позволяет определять структуры белковых молекул в миллиарды раз быстрее рентгеноструктурного анализа и др. современных методов.

 

Подробнее

Однако "научный мир" остаётся "слеп и глух". Так в чём же дело? Почему в наше время работает всё та же "Святая" инквизиция от науки? Может быть Вы знаете, в чём дело?

Тем временем готовится вторая статья в престижный рецензируемый журнал... 

Обратная связь: kushelev20120@yandex.ru




В избранное