Átomo hidrogenoide

Se llaman así porque son isoelectrónicos con el átomo de hidrógeno y, por tanto, tendrán un comportamiento químico similar.Existen además multitud de átomos exóticos que también tienen un comportamiento hidrogenoide por motivos diversos.Dado que el helio es común en el universo, la espectroscopia del helio ionizado individualmente es importante en la astronomía EUV, por ejemplo, de las estrellas enanas blancas DO.Otros sistemas también pueden denominarse átomos similares al hidrógeno, como el muonio (un electrón orbitando alrededor de un antimuón), el positronio (un electrón y un positrón), ciertos átomos exóticos (formados con otras partículas) o los átomos de Rydberg (en los que un electrón se encuentra en un estado de energía tan elevado que ve el resto del átomo efectivamente como una carga puntual).La resolución analítica del átomo de hidrógeno neutro que posee la misma cantidad de electrones, es decir uno, es en esencia la misma para los átomos hidrogenoides.Por el contrario, para átomos con dos o más electrones la resolución de las ecuaciones solo se puede hacer mediante métodos aproximativos.Los orbitales de átomos multielectrónicos son cualitativamente similares a los orbitales del hidrógeno y, en los modelos atómicos más simples, se considera que tienen la misma forma.Los orbitales de los átomos hidrogenoides se identifican mediante tres números cuánticos: n, l, y ml.Los estados electrónicos se representan mejor como "mezclas" dependientes del tiempo (combinaciones lineales) de varios orbitales.El número cuántico n apareció por primera vez en el modelo atómico de Bohr.Determina, entre otras cosas, la distancia de los electrones con respecto al núcleo.Todos los electrones con el mismo valor de n forman un nivel o capa.Los electrones con idéntico número n pero diferente l componen los llamados subniveles o subcapas.La caracterización de los átomos hidrogenoides se realiza en el marco de la mecánica cuántica, ya que debido a las dimensiones de dichos sistemas físicos ni la mecánica clásica que describe adecuadamente el movimiento de partículas macroscópicas a velocidades moderadas, ni el electromagnetismo clásico son aplicables a escalas tan pequeñas.donde Debido a que el potencial tiene simetría esférica es posible separar el movimiento del centro de masas del movimiento relativo entre electrón y núcleo.Debido a que el potencial tiene simetría esférica es conveniente utilizar las coordenadas esféricas para obtener las soluciones, aplicando para ello el método de separación de variables.Todas estas funciones serán dependientes de los tres números cuánticos antes citados, n, l y m. Así, se tiene lo siguiente:Las restricciones son las siguientes: La función radial ya normalizada se representa como: SiendoComo se puede ver, la fórmula solo depende del número cuántico principal.Esto confiere a los diferentes estados de energía lo que se denomina degeneración accidental.Sin embargo, el hecho de que la degeneración sea accidental se debe a que no aparece para otros potenciales centrales, sino justo para un potencial que decaiga exactamente como el de Coulomb, o sea, exactamente con el inverso de la distancia.Clásicamente esta dependencia con la distancia en la energía potencial hace que se pueda construir una cantidad vectorial (el vector de Runge-Lenz) que permanece constante en el movimiento.Cuánticamente, las componentes del operador vectorial que representan al observable de Runge-Lenz no conmutan con el momento angular orbital al cuadrado, lo cual garantiza que tengamos estados linealmente independientes con el mismo autovalor de la energía y diferente autovalor del momento angular orbital al cuadrado: o sea, lo que hemos llamado degeneración accidental.Es la denominada estructura fina del átomo de hidrógeno o hidrogenoide.En los átomos multielectrónicos en la aproximación de campo central, el potencial "apantallado" que sienten los electrones y que tiene en cuenta en parte la repulsión interelectrónica ya no es Coulomb (no decae con el inverso de la distancia al núcleo) y no hay degeneración accidental., es decir, haciendo tender la constante de estructura fina a cero.Tal vez el efecto más interesante es la desaparición de la degeneración de los niveles, por el efecto de la interacción espín-órbita consistente en que los electrones con valores diferentes del tercer número cuántico m (número cuántico magnético) tienen diferentes energía debido al efecto sobre ellos del momento magnético del núcleo atómico.Donde: Si se prescinde de la energía asociada a la masa en reposo del electrón estos niveles pueden resultan cercanos a los predichos por la ecuación de Schrödinger, especialmente en el caso m = 0:Además de las correcciones relativistas simples, en un átomo hidrogenoide pueden existir correcciones debidas a la interacción del espín electrónico con el momento magnético del núcleo, cuando este no es perfectamente esférico.En el caso más sencillo, se utiliza el modelo atómico de Bohr y sólo se tiene en cuenta el mayor número de carga nuclear (y posiblemente la mayor masa nuclear) en comparación con el hidrógeno.