Атом водорода.

Это система состоящая из двух частиц, притягивающиеся друг к другу силой обратно пропорциональной расстоянию между ними. Это электростатическое притяжение, действующее между электроном и протоном. Пренебрегается магнитным взаимодействием между протоном и электроном, а так же испускаемым ими излучениями. Посколько силы зависят только от модуля вектора расстояния между частицами r=r1-r2, проблему двух частиц можно свести к проблеме одной частицы. Т.е. будем искать собственные состояния в пространстве собственных функций f(r) для гамильтониана

, так как V(r)= является потенциалом сил

Здесь гамма~константа в законе обратной пропорциональности квадрату расстояния (для атома водорода гамма = е2/4ле0, где е -заряд электрона), (мю, — приведенная масса системы) а р —относительный импульс. Переменные г и р можно рассматривать как векторы координаты и импульса одной частицы; в частности, они удовлетворяют основным коммутационным соотношениям.

В квантовой механике атом водорода описывается двухчастичной волновой функцией. Также упрощенно рассматривается как электрон в электростатическом поле бесконечно тяжёлого атомного ядра, не участвующего в движении (или просто в кулоновском электростатическом потенциале вида 1/ r). В этом случае атом водорода описывается редуцированной одночастичной матрицей плотности или волновой функцией.

Возбуждение атома водорода происходит при нагревании, электроразряде, поглощении света и т. д., причём в любом случае атом водорода поглощает определённые порции — кванты энергии, соответствующие разности энергетических уровней электронов. Обратный переход электрона сопровождается выделением точно такой же порции энергии. Квантовые переходы электрона соответствуют скачкообразному изменению концентрического шарового слоя вокруг ядра атома водорода, в котором преимущественно находится электрон (шаровым слой является только при нулевом значении азимутального квантового числа l).

Согласно квантовомеханическим расчётам, наиболее вероятное расстояние электрона от ядра в атоме водорода равно боровскому радиусу ~ 0,53 Å при n = 1;2,12 Å — при n = 2; 4,77 Å — при n = 3 и так далее. Значения этих радиусов относятся как квадраты натуральных чисел (главного квантового числа) 1²: 2²: 3²…. В очень разреженных средах (например, в межзвёздной среде) наблюдаются атомы водорода с главными квантовыми числами до 1000 (ридберговские атомы), чьи радиусы достигают сотых долей миллиметра.

Если электрону в основном состоянии придать дополнительную энергию, превышающую энергию связи E ₀ ≈ 13,6 эВ, происходит ионизация атома водорода - распад атома на протон и электрон.

Дата добавления: 2015-07-26