อะตอมฮีเลียม

อะตอมฮีเลียม

Helium-4
ชื่อ
Systematic IUPAC name Helium
เลขทะเบียน
เลขทะเบียน CAS	7440-59-7 Y
3D model (JSmol)	รูปภาพแบบโต้ตอบ
ChEBI	CHEBI:33681 Y
เคมสไปเดอร์	22423 Y
EC Number	231-168-5
Gmelin Reference	16294
KEGG	D04420 N
MeSH	Helium
ผับเคม CID	23987
RTECS number	MH6520000
UN number	1046
InChI InChI=1S/He Y Key: SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N Y
SMILES [He]
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	He
มวลโมเลกุล	4.002602 g·mol−1
ลักษณะทางกายภาพ	Colourless gas
จุดเดือด	−269 องศาเซลเซียส (−452.20 องศาฟาเรนไฮต์; 4.15 เคลวิน)
อุณหเคมี
Std molar entropy (S⦵298)	126.151-126.155 J K−1 mol−1
เภสัชวิทยา
ATC code	V03AN03 (WHO)
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa อ้างอิงกล่องข้อมูล

อะตอมฮีเลียม (อังกฤษ: Helium atom) คืออะตอมของธาตุเคมีฮีเลียม ซึ่งฮีเลียมนั้นประกอบด้วยอิเล็กตรอนสองตัวที่ถูกแรงแม่เหล็กไฟฟ้ายึดติดไว้กับหนึ่งนิวเคลียสที่ประกอบด้วยสองโปรตอน พร้อมทั้งมีหนึ่งหรือสองนิวตรอน (ขึ้นอยู่กับไอโซโทป) ที่ยึดติดกันด้วยแรงอย่างเข้ม

ในวิชากลศาสตร์ควอนตัม เรามักจะศึกษาอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีโครงสร้างอย่างง่ายที่สุด อีกอะตอมหนึ่งที่เราชอบใช้ในการศึกษา คืออะตอมของฮีเลียม ฮีเลียมเป็นธาตุที่ประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนจำนวนสองตัวซึ่งดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วยแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนจำนวนสองตัวและนิวตรอนจำนวนหนึ่งหรือสองตัวตามไอโซโทป ซึ่งยึดเหนี่ยวกันอยู่ภายในด้วยแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม สมการฮาร์มิลโทเนียนของอะตอมฮีเลียม คือ

$H({\vec {r}}_{1},\,{\vec {r}}_{2})=\sum _{i=1,2}{\Bigg (}-{\frac {\hbar ^{2}}{2\mu }}\nabla _{r_{i}}^{2}-{\frac {Ze^{2}}{4\pi \epsilon _{0}r_{i}}}{\Bigg )}-{\frac {\hbar ^{2}}{M}}\nabla _{r_{1}}\cdot \nabla _{r_{2}}+{\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}r_{12}}}$

โดยที่ m คือมวลของอิเล็กตรอน (โดยแท้จริงแล้ว ต้องระบุเป็นมวลลดทอน แต่เนื่องจากมวลลดทอนมีค่าใกล้เคียงมวลของอิเล็กตรอน ดังนั้นเราจึงหาสามารถใช้มวลอิเล็กตรอนในการคำนวณได้)

สมการฮาร์มิลโทเนียนประกอบไปด้วย ฮาร์มิลโทเนียนของไฮโดรเจน 2 พจน์ ซึ่งมาจากอิเล็กตรอนตัวที่ 1 และตัวที่ 2 ของฮีเลียม และพจน์สุดท้ายคือพจน์ที่อธิบายแรงผลักคูลอมบ์ของอิเล็กตรอนทั้ง 2 ตัว จากพจน์ของแรงคูลอมบ์ระหว่างอิเล็กตรอน เมื่อเราใช้วิธีการรบกวน (perturbation) ในการประมาณค่าหาพลังงานของสถานะพื้นของระดับพลังงานที่เลื่อนไป ∆E จะได้ว่าพลังงานในสถานะพื้นของอะตอมฮีเลียมมีค่าประมาณ

$E\sim -74.8eV$