fizika / Физика билеты на экзамены / б (47) / 47
.docx47..Энергия электротока в атоме водорода. Понятие энергетических уравнений.
Взаимодействие атома водорода с электроном
Электрон, обладая элементарным электрическим зарядом, как и протон создаёт вокруг себя электрическое поле, но в отличие от электрического поля протона с отрицательным знаком. Нейтральный атом водорода, попадая в электрическое поле электрона подвергается деформационной поляризации. Центр электронной оболочки атома водорода смещается относительно ядра на некоторое расстояние L в противоположную сторону к приближающемуся электрону. Приближающийся электрон как бы вытесняет из атома водорода находящийся в нём электрон, подготавливая место для второго электрона. Величина смещения центра электронной оболочки атома водорода L обратно пропорциональна квадрату расстояния атома водорода к приближающемуся электрону R:
L = αe/R2 = 0.66/R2 (рис)
Сближение атома водорода и электрона возможно до тех пор, пока центры областей плотностей вероятности нахождения обоих электронов не станут равноудалёнными от ядра объединённой системы — отрицательно заряженного иона водорода. Такое состояние системы имеет место при:
re = L = R = 3√0,66 = 0,871 Å.
Где re — орбитальный радиус двухэлектронной оболочки гидрид-иона H-.
Таким образом, атом водорода проявляет своеобразную амфотерность, он может взаимодействовать как с положительно заряженной частицей (протоном), образуя молекулярный ион водорода H2+, так и с отрицательно заряженной частицей (электроном), образуя гидрид-ион H-.
Энергетический спектр
Энергетические уровни атома водорода, включая подуровни тонкой структуры, записываются в виде
где
— постоянная тонкой структуры,
— собственное значение оператора полного момента импульса.
Энергию можно найти в простой модели Бора, с массой электрона и зарядом электрона e:
(в системе СИ),
где h — постоянная Планка, электрическая постоянная. Величина E0 (энергия связи атома водорода в основном состоянии) равна 13,62323824 эВ = 2,182700518·10−18 Дж. Эти значения несколько отличаются от действительного значения E0, поскольку в расчёте не учтена конечная масса ядра и эффекты квантовой электродинамики.