Àtom de Rydberg

Archiu:Lithium levels.png

Nivells d'energia en l'àtom de Liti que mostra la série de Rydberg dels 3 valors més baixos de moment angular orbital que convergixen en la primera energia de ionisació.

Un àtom de Rydberg és un àtom excitat en un o varis electrons en estats en un número quàntic principal alt. Estos àtoms tenen propietats prou particulars, entre les que es troben una resposta exagerada a camps elèctrics i magnètics, temps de decaiguda llarcs i funcions d'ona electròniques que s'aproximen (baixe certes condicions) a les òrbites clàssiques dels electrons al voltant del núcleu. Estos electrons externs perceben un potencial similar al potencial elèctric dau per un àtom d'hidrogen, puix els electrons interns apantallan als electrons de valència del camp elèctric creat pel núcleu.

A pesar de les seues deficiències, el model atòmic de Bohr és útil per a explicar estes propietats. Des del punt de vista clàssic, un electró en una òrbita circular de ràdio r al voltant d'un núcleu d'hidrogen de càrrega +i, obedix la segona llei de Newton:

$𝐅=m𝐚\Rightarrow \frac{k{e}^2}{r^2}=\frac{m{v}^2}{r}$

a on k = 1/(4πε₀).

El moment orbital es troba cuantizado en unitats de ħ:

$mvr=n\hslash$

Combinant estes dos equacions apleguem a l'expressió de Bohr per al radi orbital en funció del número principal quàntic, n:

$r=\frac{n^2{\hslash }^2}{k{e}^{2}m}.$

Partint d'esta equació un pot comprendre per qué els àtoms de Rydberg mostren propietats tan particulars: el radi orbital escala com a n² (l'estat en n = 137 d'hidrogen té un radi orbital 1 µm), i la secció efectiva geomètrica creix com a n⁴. Aixina que, els àtoms de Rydberg són extremadament grans i els seus electrons de valència, lligats débilmente al núcleu, són pertorbats fàcilment o inclús ionizados per colisions o camps externs.

Ya que l'energia de lligam d'un electró en un estat de Rydberg és proporcional a 1/r, i per lo tant disminuïx com 1/n², l'espayat energètic entre nivells adjacents disminuïx com 1/n³, lo que dona lloc a nivells cada volta més propencs que convergixen a la primera energia de ionisació. Estos estats tan propencs formen lo que es coneix com la série de Rydberg.