氢原子与原子结构
库仑势
库仑势是储存在两个电荷之间电吸引力中的能量,在原子里,正是它把带负电的电子拽住、维系在带正电的原子核上。它的标志性特征是随距离成反比地变弱:把电子拉远一倍,束缚能量就降到一半。这道温和、伸手很远的 1/r 形状,就是电子栖居其中的势阱。
当你把这个势放进氢的薛定谔方程时,它精确的数学形式正是使精确解成为可能的原因,并决定了那著名的能级图样。牛顿为引力写下的同一条 1/r 定律也支配着电吸引,这就是为什么氢与行星轨道之间存在着深刻的数学亲缘——尽管一个是量子的、另一个不是。
记住这个势是什么、不是什么会有帮助。它不是一种你能直接感受到的力;它是一份储存的能量,随着电子靠近原子核而变得更负,正如一只球在山谷底部能量更低。尽管势阱越掘越深,电子却不会撞进质子,因为量子力学禁止它被钉死在单独一点上——把它束得那么紧,所需的能量会超过势阱所能提供的。
V(r) = −e² / (4πε₀ r)
吸引能量随电子与原子核之间距离的倒数而加深。
1/r 形式假定原子核是点状的。真实原子核有微小的尺寸,在那尺寸之内势会更平缓——这是个很小的修正,只对最精密的原子测量才有影响。
又称
另见