Átomo similar al hidrógeno
Un átomo similar al hidrógeno (o "átomo hidrogénico") es cualquier átomo o ion con un solo electrón de valencia . Estos átomos son isoelectrónicos con el hidrógeno . Los ejemplos de átomos similares al hidrógeno incluyen, entre otros, el propio hidrógeno , todos los metales alcalinos como Rb y Cs , metales alcalinotérreos de ion único como Ca + y Sr + y otros iones como Li 2+ y Be 3+. Un átomo similar al hidrógeno incluye un núcleo cargado positivamente que consiste en el núcleo atómico y los electrones del núcleo , así como un solo electrón de valencia.
La ecuación de Schrödinger no relativista y la ecuación de Dirac relativista para el átomo de hidrógeno se pueden resolver analíticamente, debido a la simplicidad del sistema físico de dos partículas. Las soluciones de la función de onda de un electrón se denominan orbitales atómicos similares al hidrógeno . Los átomos similares al hidrógeno son importantes porque sus orbitales correspondientes son similares a los orbitales atómicos del hidrógeno.
También se puede hacer referencia a otros sistemas como "átomos similares al hidrógeno", como el muonio (un electrón que orbita alrededor de un antimuón ), el positronio (un electrón y un positrón ), ciertos átomos exóticos (formados con otras partículas) o átomos de Rydberg (en el cual un electrón está en un estado de energía tan alto que ve al resto del átomo efectivamente como una carga puntual ).
En la solución de la ecuación de Schrödinger, que no es relativista, los orbitales atómicos similares al hidrógeno son funciones propias del operador de momento angular de un electrón L y su componente z L z . Un orbital atómico similar al hidrógeno se identifica únicamente por los valores del número cuántico principal n , el número cuántico de momento angular l y el número cuántico magnético m . Los valores propios de energía no dependen de l o m , sino únicamente de n . A estos debe agregarse el número cuántico de espín de dos valores m s= ±½, preparando el escenario para el principio de Aufbau . Este principio restringe los valores permitidos de los cuatro números cuánticos en configuraciones electrónicas de átomos con más electrones. En los átomos similares al hidrógeno, todos los orbitales degenerados de n y l fijos , m y s que varían entre ciertos valores (ver más abajo) forman una capa atómica .
La ecuación de Schrödinger de átomos o iones con más de un electrón no ha sido resuelta analíticamente, debido a la dificultad computacional que impone la interacción de Coulomb entre los electrones. Deben aplicarse métodos numéricos para obtener funciones de onda (aproximadas) u otras propiedades a partir de cálculos mecánicos cuánticos. Debido a la simetría esférica (del hamiltoniano ), el momento angular total J de un átomo es una cantidad conservada. Muchos procedimientos numéricos parten de productos de orbitales atómicos que son funciones propias de los operadores de un electrón L y L z . Las partes radiales de estos orbitales atómicos son a veces tablas numéricas oa veces son orbitales Slater . PorSe construyen funciones propias de muchos electrones de acoplamiento de momento angular de J 2 (y posiblemente S 2 ).
En los cálculos de química cuántica, los orbitales atómicos similares al hidrógeno no pueden servir como base de expansión, porque no están completos. Los estados continuos no integrables al cuadrado (E > 0) deben incluirse para obtener un conjunto completo, es decir, para abarcar todo el espacio de Hilbert de un electrón. [1]
