ذرة الهيدروجين
ذرة الهيدروجين هي أبسط الذرات لأول عنصر في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.فهي تتكون من بروتون يشكل النواة و إلكترون واحد . نقتصر هنا على النظير الأكثر وفرة بطبيعة الحال. يكون الهيدروجين الذري نحو 90% من كتلة العناصر في الكون . (لا تتكون معظم كتلة المادة في الكون من العناصر الكيميائية أو الكتلة الباريونية، وإنما من المادة المظلمة بالإضافة إلى طاقة مظلمة).

سوف تكون ذرة الهيدروجين هي الوحيدة في الاعتبار هنا إلا في حالة الاستثناء . فنواة النظير الديوتيريوم تتكون من بروتون ونيوترون، و النظير التريتيوم (وهو مشع) تتكون من بروتون ونيوترونين. تأثير هذه النويات الإضافية منخفض نسبيا لأن البوتون هو الذي يشكل الجهد المركزي الذي يقع تأثيره الإلكترون في الذرة . البروتون أكبر كتلة 1838 مرة من الإلكترون، وله شحنة أساسية موجبة . أما الإلكترون فهو أخف كثيرا من البروتون وله شحنة أساسية سالبة . شحنة البروتون وشحنة الإلكترون متساويتان في القيمة (شحنة أساسية) ولكنهما معكوستان، البروتون ذو شحنة أساسية موجبة والإلكترون ذو شحنة أساسية سالبة.

لم يكن من السهل على العلماء في البداية تفسير ما يقومون بقياسه من طيف انبعاث للمادة . حيث تظهر خطوط الطيف منفصلة عن بعضها البعض، وطبقا للميكانيكا الكلاسيكية فكانت تتنبأ بطيف مستمر متواصل . علاوة على ذلك، فلا تعطي الميكانيكا الكلاسيكية تفسيرا لعدم "وقوع" الإلكترون السالب الشحنة على النواة الذرية الموجبة الشحنة . فالواقع في الطبيعة أن الإلكترون في ذرة الهيدروجين (وكذلك في الذرات الأخرى) يدور في مدارات حول لنواة ولا يقع عليها . فكان لزاما أن يبحث العلماء عن أسباب ذلك، وأن يقوموا بتفسير سلوك الإلكترون في غلاف الذرات .

توصل ماكس بلانك إلى نظرية الكم عام 1900 ، وتبين منها أن طاقة الإلكترون في الذرة تتخذ قيما محددة، تلك المقادير من الطاقة لا تزداد مستمرا ومتواصلا ولكنها تزيد في هيئة "وحدات " صغيرة من الطاقة . وبين بلانك بدراسته لإشعاع الجسم الأسود أن الإلكترون يمكن أن تزداد طاقته بامتصاص فوتون (شعاع ضوء) (أو تنخفض طاقته بإصدار شعاع ضوء) فلى النحو التالي :

:formula_1 أو formula_2 أو formula_3 ، وهكذا.

وظهر ثابت بلانك h كثابت طبيعي هام على المستوى الصغري، وبأنه العامل الرئيسي في كيفية سلوك المادة في المستوى الصغري، مستوى الذرات وما دونها . formula_4 هو تردد شعاع الضوء.
تصغير|307بك|نموذج بور للذرة

قدم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور سنة 1913 أول "نموذج كمومي للذرة"، ("انظر نموذج بور"). مبني على نظرية الكم، وطبقا لنموذجه أن الإلكترون في ذرة الهيدروجين يمكنه التواجد في مستوات مختلفة من الطاقة من دون أن "يقع " على النواة . بالإضافة إلى ذلك : يمكن للإلكترون الانتقال من مستوى طاقة (في الذرة) سفلي إلى مستوى طاقة أعلى عن طريق امتصاص "كما " معينا من الطاقة محكوما بوحدة الشغل h (ثابت بلانك) ، وعندما يقفز من مستوى طاقة عالي إلى مستوى منخفض فهو يصدر "كما" مساويا لفرق الطاقتين في هيئة فوتون أي شعاع ضوء، تبلغ طاقته formula_5 ، حيث formula_4 هو تردد شعاع الضوء.
تصغير|يسار|400px|انتقالات الإلكترون بين مستويات الطاقة المختلفة وأطوال موجة الضوء الناتجة عنها. مجموعة خطوط لايمان : انتقالات إلى n=1 .. مجموعة خطوط بالمر: انتقالات إلى مدار n=2 . . مجموعة خطوط باشين : انتقالات إلى المدار n=3 ...الخ

بناء على ذلك طور الفزيائيون طرق حساباتهم وتوصلوا إلى ميكانيكا الكم التي تسمح للإلكترون بالبقاء في مدار حول النواة من دون إن يسقط عليها . ليس هذا فقط بل أستطاع كل من هايزنبرج الألماني عام 1923 من ابتكار ميكانيكا الكم وقام بها بتفسير سلوك الإلكترون في ذرة الهيدوجين، وتفسير خطوط طيف الهيدروجين وحسابها تماما . في عام 1924 استطاع أيضا الفيزيائي النمساوي شرودنجر ابتكار الميكانيكا الموجية وهي تنتسب إلى ميكانيكا الكم، ولكنها أسهل في طريقة حلها المسائل الفيزيائية، وعم تطبيقها بين الفيزيائيين . واستطاع الفزيائيون استخدامها لتفسير خصائح متعددة في المستوى الذري .

أصبحت ميكانيكا الكم هي الوسيلة لتفسير ووصف الظواهر الطبيعية في الحيز الصغري، هكذا تتصرف طبيعة المادة . وقام بتطويرها العلماء للطبيق على أنظمة أخرى غير ذرة الهيدروجين ونجحت تماما في تفسيرها نجاحا كبيرا . وتطورت إلى ميكانيكا الكم النسبية لديراك التي تدخل النظرية النسبية الخاصة لأينشتاين في صياغتها، وأخيرا نظرية الحقل الكمومي.

في سياق ميكانيكا الكم، ذرة الهيدروجين هي مسألة جسمين يتآثران ببعضهما البعض وقابلة للحل، على الأقل إذا اقتصرنا على حالة غير نسبية لهاميلتوني حيث يُأخد في الحسبان فقط التآثر الكولومبي (الكهربي) بين الإلكترون والبروتون، مع اعتبارهم جسمين نقطيين . وبالتالي فمن الممكن استنتاج مستويات الطاقة لهذا النظام، ومقارنة نتائج الحسابات ب خطوط الطيف الذي يصدر من النظام . الدراسة النظرية لذرة الهيدروجين لديها أهمية كبيرة في الفيزياء الذرية والفيزياء الجزيئية، في واقع الأمر، ليس فقط من أجل فهم أطياف الانبعاث للأيونات ، المسماة "الهيدروجينيات"، أي إهمال الإلكترونات في الأغلفة التحتية في الذرة ودراسة تآثر إلكترون منفرد مع هذا الكيان .
Q180750
عنصر
UNK
Q10693
الجدول الدوري
Concept
Q2294
بروتون
Concept
Q2225
إلكترون
Concept
Q145825
النظير
Concept
Q79925
المادة المظلمة
Concept
Q18343
طاقة مظلمة
Concept
Q102296
الديوتيريوم
Concept
Q2294
بروتون
Concept
Q2348
نيوترون
Concept
Q54389
التريتيوم
Concept
Q2101
شحنة أساسية
Concept
Q216817
طيف انبعاث
Concept
Q11397
للميكانيكا الكلاسيكية
Concept
Q9021
ماكس بلانك
PER
Q944
نظرية الكم
Concept
Q161424
لإشعاع الجسم الأسود
Concept
Q122894
ثابت بلانك
Concept
Q11652
تردد
Concept
تصغير|307بك|نموذج بور للذرة
UNK
Q7085
نيلز بور
PER
Q2080
1913
TIME
Q172948
نموذج بور
Concept
Q3198
فوتون
Concept
Q11652
تردد
Concept
تصغير|يسار|400px|انتقالات الإلكترون بين مستويات الطاقة المختلفة وأطوال موجة الضوء الناتجة عنها. مجموعة خطوط لايمان : انتقالات إلى n=1 .. مجموعة خطوط بالمر: انتقالات إلى مدار n=2 . . مجموعة خطوط باشين : انتقالات إلى المدار n=3 ...الخ
UNK
Q944
ميكانيكا الكم
Concept
Q40904
هايزنبرج
PER
Q2613048
خطوط طيف الهيدروجين
Concept
Q9130
شرودنجر
PER
None
الميكانيكا الموجية
UNK
Q47480
ديراك
PER
Q11455
النظرية النسبية الخاصة
Concept
Q54505
نظرية الحقل الكمومي
Concept
Q944
ميكانيكا الكم
Concept
Q232976
مسألة جسمين
Concept
Q411492
هاميلتوني
UNK
Q83152
التآثر الكولومبي
Concept
Q2225
الإلكترون
Concept
Q2294
البروتون
Concept
Q669532
مستويات الطاقة
Concept
Q6640640
خطوط الطيف
UNK
Q26383
الفيزياء الذرية
Concept
Q489328
الفيزياء الجزيئية
Concept
Q36496
للأيونات
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
Q6643508
ذرة الهيدروجين
Concept
1838-01-01T00:00:00Z^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime
1838
DATE
1900-01-01T00:00:00Z^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime
1900
DATE
1913-01-01T00:00:00Z^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime
1913
DATE
1923-01-01T00:00:00Z^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime
1923
DATE
1924-01-01T00:00:00Z^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime
1924
DATE
+90^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
90
NUMBER
+1838^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1838
NUMBER
+1900^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1900
NUMBER
+1^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1
NUMBER
+2^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
2
NUMBER
+3^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
3
NUMBER
+4^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
4
NUMBER
+307^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
307
NUMBER
+1913^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1913
NUMBER
+5^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
5
NUMBER
+4^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
4
NUMBER
+400^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
400
NUMBER
+1^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1
NUMBER
+2^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
2
NUMBER
+3^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
3
NUMBER
+1923^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1923
NUMBER
+1924^^http://www.w3.org/2001/XMLSchema#decimal
1924
NUMBER
part of
part of
part of
part of
part of
creator
notable work
named after
inception