氫原子與原子結構
庫侖勢
庫侖勢是儲存在兩個電荷之間電吸引力中的能量,在原子裡,正是它把帶負電的電子拽住、維繫在帶正電的原子核上。它的標誌性特徵是隨距離成反比地變弱:把電子拉遠一倍,束縛能量就降到一半。這道溫和、伸手很遠的 1/r 形狀,就是電子棲居其中的勢阱。
當你把這個勢放進氫的薛丁格方程式時,它精確的數學形式正是使精確解成為可能的原因,並決定了那著名的能階圖樣。牛頓為引力寫下的同一條 1/r 定律也支配著電吸引,這就是為什麼氫與行星軌道之間存在著深刻的數學親緣——儘管一個是量子的、另一個不是。
記住這個勢是什麼、不是什麼會有幫助。它不是一種你能直接感受到的力;它是一份儲存的能量,隨著電子靠近原子核而變得更負,正如一隻球在山谷底部能量更低。儘管勢阱越掘越深,電子卻不會撞進質子,因為量子力學禁止它被釘死在單獨一點上——把它束得那麼緊,所需的能量會超過勢阱所能提供的。
V(r) = −e² / (4πε₀ r)
吸引能量隨電子與原子核之間距離的倒數而加深。
1/r 形式假定原子核是點狀的。真實原子核有微小的尺寸,在那尺寸之內勢會更平緩——這是個很小的修正,只對最精密的原子測量才有影響。
又稱
另見