Modele quantique de l`atome d`hydrogene

Le numéro quantique principal n décrit la distance moyenne de l`orbitale du noyau — et l`énergie de l`électron dans un atome. Il peut avoir des valeurs entières positives (nombre entier): 1, 2, 3, 4, et ainsi de suite. Plus la valeur de n est grande, plus l`énergie est élevée et plus l`orbitale est grande. Les chimistes appellent parfois les orbitales des obus électroniques. Les solutions à l`équation de Schrödinger pour l`hydrogène sont analytiques, donnant une expression simple pour les niveaux d`énergie de l`hydrogène et donc les fréquences des lignes spectrales de l`hydrogène et entièrement reproduit le modèle de Bohr et est allé au-delà. Il donne également deux autres nombres quantiques et la forme de la fonction d`onde de l`électron («orbitale») pour les divers états quantiques-mécaniques possibles, expliquant ainsi le caractère anisotrope des liaisons atomiques. Les isotopes supérieurs de l`hydrogène ne sont créés que dans les accélérateurs et les réacteurs artificiels et ont une demi-vie autour de l`ordre de 10 − 22 secondes (0,0000000000000000000001 secondes). En raison de la conservation angulaire de l`élan, les États de la même l mais différents m ont la même énergie (cela tient pour tous les problèmes avec la symétrie de rotation). En outre, pour l`atome d`hydrogène, les États des mêmes n mais différents l sont également dégénérés (c.-à-d. ils ont la même énergie).

Cependant, il s`agit d`une propriété spécifique de l`hydrogène et n`est plus vrai pour les atomes plus compliqués qui ont un potentiel (efficace) différent de la forme 1/r (en raison de la présence des électrons internes protégeant le potentiel du noyau). Lorsque les chimistes décrivent une sous-coquille particulière dans un atome, ils peuvent utiliser à la fois la valeur n et la lettre de sous-coque (2p, 3D, etc.). Normalement, une valeur de sous-coque de 4 est la plus grande nécessaire pour décrire un sous-shell particulier. Si les chimistes ont besoin d`une plus grande valeur, ils peuvent créer des numéros de sous-coquille et des lettres. En 1979, l`atome d`hydrogène (non relativiste) a été résolu pour la première fois dans la formulation intégrale de la mécanique quantique de la voie de Feynman. 16 [17] ce travail a grandement élargi la gamme d`applicabilité de la méthode de Feynman. En tenant compte du spin de l`électron ajoute un dernier nombre quantique, la projection de la rotation angulaire de spin de l`électron le long de l`axe z, qui peut prendre sur deux valeurs. Par conséquent, tout état propre de l`électron dans l`atome d`hydrogène est décrit entièrement par quatre nombres quantiques.

Selon les règles habituelles de la mécanique quantique, l`état réel de l`électron peut être n`importe quelle superposition de ces États. Cela explique également pourquoi le choix de l`axe z pour la quantification directionnelle du vecteur de Momentum angulaire est immatériel: une orbitale de l et m ′ obtenue pour un autre axe z ′ préféré peut toujours être représentée comme une superposition appropriée des différents États de différents m (mais même l) qui ont été obtenus pour z. Les formules ci-dessous sont valables pour les trois isotopes de l`hydrogène, mais des valeurs légèrement différentes de la constante Rydberg (formule de correction donnée ci-dessous) doivent être utilisées pour chaque isotope de l`hydrogène. L`image à droite montre les premières orbitales d`atome d`hydrogène (fonctions propres énergétiques). Il s`agit de sections transversales de la densité de probabilité qui sont codées en couleur (le noir représente la densité zéro et le blanc représente la densité la plus élevée). Le nombre quantique de l`impulsion angulaire (orbitale) l est noté dans chaque colonne, en utilisant le code de la lettre spectroscopique habituelle (s signifie l = 0, p signifie l = 1, d signifie l = 2).