Структурирование химических элементов по электронному строению атомов

Гусев Б.В., Тертерян А.С. Структурирование химических элементов по электронному строению атомов. Нанотехнологии в строительстве. 2026;18(4):537–544. – EDN: PMJDVU.

It is widely acknowledged that the development of chemistry, both historically and in the present day, is fundamentally rooted in D.I. Mendeleev's discovery and the Periodic Table of Chemical Elements, which has been in use for over 150 years. This study proposes a novel conceptualization of chemical elements structured as a three-dimensional matrix. This approach enables the prediction of new elements, including the determination of their nuclear masses and electron shell configurations. New regularities concerning the cyclic and block structures of horizontal periods have been formulated, while the structure of vertical groups and their physical interpretation have been refined. The findings indicate that the Periodic Law fundamentally relies on the system of two equations. According to these equations, block energy increases cyclically, approaching near-zero values from negative ones in the “8s” block.

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (4): 537–544

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Gusev B.V., Terteryan A.S. Сlassification of chemical elements according to the electronic structure of their atoms. Nanotechnologies in Construction. 2026;18(4):537–544. – EDN: PMJDVU.

Теория электронного строения атомов была разработана Н. Бором и В. Паули [1, 2].

В таблицах 1 и 2 представлены энергетические последовательности орбиталей в атомах, где:

• n – главное квантовое число отражает удаленность электрона от ядра;

• l    – орбитальное квантовое число определяет значение момента количества движения электрона и энергетическое состояние электронов в атоме;

s, p, d, f – атомные орбитали для состояний:

l = 0 – одна орбиталь;

l = 1 – три орбитали;

l = 2 – пять орбиталей;

l = 3 – семь орбиталей.

Энергия границ уровней основного элемента в природе атома водорода и, по мнению авторов статьи, для других атомов определяется формулой [1, 2]:

E = –13.6 эВ/ n ²,                                                                                    (1)

где n – номер периода и соответствующий ему номер границы уровня (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8).

Таким образом:

E0= –13,6–13,6 = –27,2 эВ E1= –13,6/12= –13,6/1= –13,6 эВ E2= –13,6/22= –13,6/4= –3,4 эВ E3= –13,6/32= –13,6/9 = –1,51 эВ E4= –13,6/42= –13,6/16 = –0,85 эВ

E5= –13,6/52= –13,6/25 = –0,54 эВ E6= –13,6/62= –13,6/36 = –0,38 эВ E7= –13,6/72= –13,6/49 = –0,28 эВ E8= –13,6/82= –13,6/64 = –0,21 эВ

Энергетическая последовательность орбиталей в изолированных атомах [2]:

Энергии границ уровней представлены на рисунках 1, 2, 3 утолщенными линиями.

Каждый из уровней можно разделить на подуровни с энергиями, определяемыми по формуле [4]:

p = (2 l –1)/ L ²,                                                                                                 (2)

где l – номер подуровня ( l = 1(s), l = 2(p), l = 3(d), l = 4(f)), L – общее количество подуровней.

Количество обителей на подуровнях 1-го, 2-го, 3-го и 4-го уровней соотносятся как 1, 1:3, 1:3:5, 1:3:5:7.

На подуровнях 5-го, 6-го, 7-го и 8-го уровней соотношение будут противоположным: 7:5:3:1, 5:3:1, 3:1, 1.

Значения долей подуровней на каждом из уровней будут следующими:

на 1-ом уровне – 1;

на 2-ом уровне – 0,25, 0,75;

на 3-ем уровне – 0,111, 0,333, 0,555;

на 4-ом уровне – 0,0625, 0,1875, 0,3125, 0,4375;

на 5-ом уровне – 0,0625, 0,1875, 0,3125, 0,4375;

на 6-ом уровне – 0,111, 0,333, 0,555;

на 7-ом уровне – 0,25, 0,75;

на 8-ом уровне – 1.

Таким образом, общее количество блоков (1s, 2s, 2p, 3s, 3р, 3d, 4s, …, 8s) равно 20.

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (4): 537–544

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Таблица 1

Номер периода	Квантовые числа	Орбитальные квантовые числа		Атомные орбитали
(n+1)	n	I
1	1	0	1s}	I период
2	2	0	2s ~	II период
3	2 3	1 0	2p 3s ~	III период
4	3 4	1 0	3P' 4s _
5	3 4 5	2 1 0	3d 4p 5s "	IV период
				V период
6	4 5 6	2 1 0	4d 5p' 6s"
7	4 5 6 7	3 2 1 0	4f 5d 6p 7s"	VI период
	5	3	5f	VII период
О	6	2	6d
о	7	1	7p
	8	0	8s	[ VIII период

Таблица 2

Главное квантовое число n	Орбитальное квантовое число l	Атомные орбитали
1	0	1 s
2	0, 1	2 s , 2 p
3	0, 1, 2	3 s , 3 p , 3 d
4	0, 1, 2, 3	4 s , 4 p , 4 d , 4 f

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (4): 537–544

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Рис. 2. Энергия блока на уровне 1

Nanotechnologies in construction      2026; 18 (4):

Нанотехнологии в строительстве     537–544

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Энергии подуровней, согласно формуле 2, будут следующими:

• •    для 1-го уровня вся энергия будет на подуровне 1s: e_1s= –13.6 эВ;

• •    для 2-го уровня распределение энергий между подуровнями 2s и 2p будет следующим:

e2p= [–13,6–(–3,4)]×0,25 = (–13,6+3,4)×0,25 = –10,2×0,25 = –2,55 эВ      e2p= –2,55 эВ, e2sp= [–13,6–(–3,4)]×0,75 = (–13,6+3,4)×0,75 = –10,2×0,75 = –7,65 эВ      e2sp= –7,65 эВ;

• •    для 3-го уровня распределение энергий между подуровнями 3s, 3p и 3d будет следующим:

e3d= [–3,4–(–1,51)]×0,111 = –1,89×0,111 = –0,21 эВ                      e3d= –0,21 эВ, e3p= [–3,4–(–1,51)]×0,333 = –1,89×0,333 = –0,63 эВ                       e3p= –0,63 эВ, e3sp= [–3,4–(–1,51)]×0,555 = –1,89×0,555 = –1,049 эВ                       e3sp= –1,049 эВ;

• •    для 4-го уровня распределение энергий между подуровнями 4f, 4d, 4p и 4s будет следующим: e_4f= [–1,51–(–0,85)]×0,0625 = –0,66×0,0625 = –0,04 эВ                    e_4f= –0,04 эВ,

  e_4d= [–1,51–(–0,85)]×0,1875 = –0,66×0,1875 = –0,124 эВ                   e_4d= –0,124 эВ,

  e_4p= [–1,51–(–0,85)]×0,3125 = –0,66×0,3125 = –0,206 эВ                   e_4p= –0,206 эВ,

e4s = [–1,51–(–0,85)]×0,4375 = –0,66×0,4375 = –0,29 эВ

e4s= –0,29 эВ;

• для 5-го уровня распределение энергий между подуровнями 5f, 5d, 5p и 5s будет следующим:

e5f= [–0,85–(–0,54)]×0,0625 = –0,31×0,0625 = –0,02 эВ e5d= [–0,85–(–0,54)]×0,1875 = –0,31×0,1875 = –0,06 эВ e5p= [–0,85–(–0,54)×0,3125 = –0,31×0,3125 = –0,097 эВ

e5s = [–0,85–(–0,54)×0,4375 = –0,31×0,4375 = –0,1356 эВ

e5f= –0,02 эВ, e5d= –0,06 эВ, e5p= –0,097 эВ, e5s= –0,1356 эВ;

• для 6-го уровня распределение энергий между подуровнями 6d, 6p и 6s будет следующим:

e6d= [–0,54–(–0,38)]×0,1111 = –0,16*0,1111 = –0,018 эВ e6p= [–0,54–(–0,38)]×0,3333 = –0,16*0,3333 = –0,051В e6sp= [–0,54–(–0,38)]×0,5555 = –0,16*0,5555 = –0,089 эВ

e6d= –0,018 эВ, e6p= –0,051 эВ, e6s = –0,089 эВ;

• для 7-го уровня распределение энергий между подуровнями 7p и 7s будет следующим:

e7p= [–0,38–(–0,28)]×0,25 = –0,1×0,25 = –0,025 эВ e7sp= [–0,38–(–0,28)]×0,75 = –0,1×0,75 = –0,075 эВ

e7p = –0,025 эВ, e7s = –0,075 эВ;

• для 8-го уровня вся энергия будет на подуровне 8s: e8s= [–0,28–(–0,21)]×1 = –0,07×1 = –0,07 эВ

e8s= –0,07 эВ.

Границы подуровней (на рис. 1, 2, 3) представлены тонкими линиями и будут следующие:

E2p= –13,6–(–7,65) = –5,95 E3s= –3,4–(–1,049) = –2,35 E3p= –2,35–(–0,63) = –1,72 E4s= –1,51–(–0,29) = –1,22

E4p= –1,22–(–0,206) = –1,014

E4d= –1,014–(–0,124) = –0,89

E5s= –0,85–(–0,1356) = –0,7144 E5p= –0,7144–(–0,097) = –0,6174 E5pd= –0,6174–(–0,06) = –0,5574 E6s= –0,54–(–0,089) = –0,45

E6p= –0,45–(–0,053) = –0,398

E7sp= –0,38–(–0,075) = –0,305

Как видно из представленных выше расчетов, последовательность значений энергии сформировавшихся блоков 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5р, 5d, 5f, 6s, 6р, 6d, 7s, 7p, 8s совпадают с экспериментально выявленной последовательностью (табл. 3).

На рисунке 4 представлена таблица распределения химических элементов блочного типа [3].

Таблица 3, 4 обладает рядом преимуществ:

• -    она наглядно структурирована;

• -    каждый уровень начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом;

• -    элементы следуют согласно порядковому номеру элемента;

• -    блоки элементов (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, …, 7p, 8s) следуют друг за другом [1].

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (4): 537–544

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Таблица 3. Номера блоков (N), блоки, энергия блока, атомная масса блока и количество элементов в блоке

N	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
nl	1s	2s	2p	3s	3p	4s	3d	4p	5s	4d
ЕэВ	–13,6	–7,65	–2,55	–1,05	–0,63	–0,29	–0,21	–0,21	–0,14	–0,12
Ar ср а.е.м.	2,5	8,0	15,33	23,6	32,2	39,6	55,3	76,1	86,55	99,8
Z (номера элементов)	1;2	3;4	5–10	11;12	13–18	19;20	21–30	31–36	37;38	39–48
N	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
nl	5p	5s	4f	5d	6p	7s	5f	6d	7p	8s
ЕэВ	–0,1	–0,09	–0,04	–0,06	–0,05	–0,08	–0,02	–0,018	–0,025	–0,07
Ar ср а.е.м.	123,5	135,1	153,8	188	210	224,5	246	273	292	–
Z (номера элементов)	49–54	55;56	57–70	71–80	81–86	87;88	89–102	103–112	113–118	119;120

Таким образом, Периодический закон распределения химических элементов может быть сформулирован следующим образом:

«Периодическое циклическое изменение свойств химических элементов находится в закономерной зависимости от распределения энергий подуровней l (l = s, p, d, f) на энергетических уровнях n (n = 1, 2, 3, …, 8)».

Энергии границ уровней ( E_n ) определяются формулой:

E_n = –13,6/ n ².

Распределение энергии подуровней ( p ) на всех уровнях n определяется формулой:

p = (2l–1)/Ln2, где l = 1(s), l = 2(p), l = 3(d), l = 4(f); Ln – общее количество подуровней на уровне n.

Из представленного материала следует, что в Периодическом законе важным является система двух уравнений. Согласно этим уравнениям, энергия блоков возрастает, циклически приближаясь от отрицательных значений к значениям, близким к нулю в блоке 8s. Блоком 8s, как нам представляется, и завершается наличие в природе химических элементов.

То есть общее количество элементов, существующих в природе, очевидно, равно 120.

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (4): 537–544

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Рис. 4. Блочная периодическая таблица распределения химических элементов: v – радиус, Ar – атомная единица массы, е – энергия подуровней

Nanotechnologies in construction      2026; 18 (4):

Нанотехнологии в строительстве     537–544

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ