说说氢这个“小个子”(2)
储氢金属一般都是合金，它们能够储存比自身体积大1000多倍的氢气，从而可以在汽车这样的交通工具上实际使用。在储存氢气的问题上，产生困难的原因之一是氢原子很小，但是，用合金来储氢的原理，也是因为氢原子很小。
“小个子”引起的大革命
我们知道，各元素有它们自己的特征光谱线，可以用这些光谱线来识别所对应的化学元素。19世纪末到20世纪初，人们陆续发现了氢原子光谱的6个谱系，也就是氢原子所发出光的若干特定频率。据此，就可以判定发光物质中氢原子的存在。
同时，人们发现发光物质中某种原子的浓度与它们的谱线的强度相关。也就是说，发光物质中某一种元素越多，它的特征谱线就越强。这样，人们就可以估计出在发光物质中各种化学元素量的相对比例。
, 百拇医药
氢能源汽车
人们还要问，为什么原子会发出这些特定频率的光线呢？为什么氢原子会发出这6个谱系的特定频率的光呢？这在20世纪初确实是一个大问题。当时人们发现了元素周期表，那是按照原子量的相对大小来排列的，但是，为什么按照原子量大小排列的元素能够显示出元素性质的周期性，人们也不清楚。因为当时人们还不清楚原子到底是什么，不知道它们的组成，更不知道它们的结构。人们只知道氢原子是最轻的从而也可能是最简单的原子，这样，解开原子结构的秘密当然就要从氢原子开始。
1897年，英国物理学家汤姆孙发现了电子，所有原子中都有这种带负电荷的成分。既然原子中有带负电荷的电子，那也一定有带有正电荷的物质，这样原子才可能呈电中性。1911年英国物理学家卢瑟福发现，带有正电荷的物质比原子小得多，但却占了绝大部分的质量。他提出一个类似太阳系那样的原子模型，即带正电荷的原子核处在原子的中心，带负电荷的电子像地球绕太阳旋转那样围绕原子核运动。但是，这样的模型显然是不符合已知的物理学理论的。如果氢原子有一个电子绕着带正电荷的原子核运动，它必定会发出电磁波，这种能量的损耗将使电子离原子核越来越近，很快就会撞到原子核上，因而这样的原子不可能稳定存在。
, 百拇医药
1913年，28岁的丹麦天才物理学家玻尔把普朗克和爱因斯坦关于量子的新假设用到卢瑟福的类太阳系原子模型上，成功地解释了氢原子的光谱。他提出，氢原子核外的电子只能在某些特定的轨道上运动，这时电子既不发射也不吸收能量。当电子恰好吸收一定频率的电磁波时(光波就是一种电磁波，而且根据爱因斯坦的理论，一定频率的波就具有一定的能量)，能够从靠近原子核的轨道“跃迁”到较远的轨道上去。当电子从离原子核较远的轨道“跃迁”到较近的轨道时，就会发射出一定频率的电磁波。这样的假设当然是革命性的，它不符合传统的力学和电磁学。
由于玻尔提出的这些电子运动的轨道之间的能量差是不连续的，也就是所谓量子化的(这里量子化的意思是一份一份的，像数学上从0一下子跳到1或者2，而不是从0一点一点地變到1或2)，这样的结果就与光谱上分立而不连续的谱线对上了。但是，玻尔的量子化的原子模型在解释氦原子光谱的时候就失败了。因为他假设的原子轨道还是在宏观中常见的用确定位置和动量来说明的。实际上，在原子这种微观体系中，电子的位置已经不是用来描述体系状态的合适的物理量，这是微观体系与宏观体系的最大差别之一。
, 百拇医药
1925～1927年间，人们终于找到了微观粒子所服从的运动规律，这就是量子力学。就像宏观世界的物体运动要符合牛顿定律所确定的运动方程一样，微观粒子也服从它所适合的方程，这就是薛定谔方程。氢原子体系的薛定谔方程能够严格的解出，得到描述氢原子运动的状态，也就是氢原子的波函数。对于多电子原子，如果忽略电子与电子之间的相互作用，就可粗略地认为这些电子处于类似于氢原子那样的原子轨道中，人们就能够用各种近似计算方法，得到这些原子的足够精确的波函数，从而解释清楚它们的原子光谱以及其他种种的物理及化学性质。人们也知道了，化学元素的各种性质，正是各原子中电子所处的状态所决定的，从而就能够更加深刻地理解元素周期表以及由此表达的化学元素性质的周期性规律。
玻尔的原子模型只经过十几年光景，就被更符合实际情况的量子力学模型所取代。人们把玻尔的原子模型称为“旧量子论”模型。实际上，根据量子力学，人们不可能知道在某一时刻电子在什么确切位置。人们根据波函数只能知道在该时刻电子出现在某处的概率。因此，用量子力学方法所确定的所谓原子轨道仅仅是沿用了“旧量子论”中的术语罢了。
现在我们知道，量子力学是人类在20世纪所取得的最伟大的科学进展，量子力学的概念以及以此为理论基础发展出来的技术革新使得20世纪所取得的科技成就超过了有史以来人类科技成就的总和。这场伟大革命的起始之一，就是研究和解释氢原子这个“小个子”的性质。, 百拇医药(冯大诚)
“小个子”引起的大革命
我们知道，各元素有它们自己的特征光谱线，可以用这些光谱线来识别所对应的化学元素。19世纪末到20世纪初，人们陆续发现了氢原子光谱的6个谱系，也就是氢原子所发出光的若干特定频率。据此，就可以判定发光物质中氢原子的存在。
同时，人们发现发光物质中某种原子的浓度与它们的谱线的强度相关。也就是说，发光物质中某一种元素越多，它的特征谱线就越强。这样，人们就可以估计出在发光物质中各种化学元素量的相对比例。
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人们还要问，为什么原子会发出这些特定频率的光线呢？为什么氢原子会发出这6个谱系的特定频率的光呢？这在20世纪初确实是一个大问题。当时人们发现了元素周期表，那是按照原子量的相对大小来排列的，但是，为什么按照原子量大小排列的元素能够显示出元素性质的周期性，人们也不清楚。因为当时人们还不清楚原子到底是什么，不知道它们的组成，更不知道它们的结构。人们只知道氢原子是最轻的从而也可能是最简单的原子，这样，解开原子结构的秘密当然就要从氢原子开始。
1897年，英国物理学家汤姆孙发现了电子，所有原子中都有这种带负电荷的成分。既然原子中有带负电荷的电子，那也一定有带有正电荷的物质，这样原子才可能呈电中性。1911年英国物理学家卢瑟福发现，带有正电荷的物质比原子小得多，但却占了绝大部分的质量。他提出一个类似太阳系那样的原子模型，即带正电荷的原子核处在原子的中心，带负电荷的电子像地球绕太阳旋转那样围绕原子核运动。但是，这样的模型显然是不符合已知的物理学理论的。如果氢原子有一个电子绕着带正电荷的原子核运动，它必定会发出电磁波，这种能量的损耗将使电子离原子核越来越近，很快就会撞到原子核上，因而这样的原子不可能稳定存在。
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1913年，28岁的丹麦天才物理学家玻尔把普朗克和爱因斯坦关于量子的新假设用到卢瑟福的类太阳系原子模型上，成功地解释了氢原子的光谱。他提出，氢原子核外的电子只能在某些特定的轨道上运动，这时电子既不发射也不吸收能量。当电子恰好吸收一定频率的电磁波时(光波就是一种电磁波，而且根据爱因斯坦的理论，一定频率的波就具有一定的能量)，能够从靠近原子核的轨道“跃迁”到较远的轨道上去。当电子从离原子核较远的轨道“跃迁”到较近的轨道时，就会发射出一定频率的电磁波。这样的假设当然是革命性的，它不符合传统的力学和电磁学。
由于玻尔提出的这些电子运动的轨道之间的能量差是不连续的，也就是所谓量子化的(这里量子化的意思是一份一份的，像数学上从0一下子跳到1或者2，而不是从0一点一点地變到1或2)，这样的结果就与光谱上分立而不连续的谱线对上了。但是，玻尔的量子化的原子模型在解释氦原子光谱的时候就失败了。因为他假设的原子轨道还是在宏观中常见的用确定位置和动量来说明的。实际上，在原子这种微观体系中，电子的位置已经不是用来描述体系状态的合适的物理量，这是微观体系与宏观体系的最大差别之一。
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1925～1927年间，人们终于找到了微观粒子所服从的运动规律，这就是量子力学。就像宏观世界的物体运动要符合牛顿定律所确定的运动方程一样，微观粒子也服从它所适合的方程，这就是薛定谔方程。氢原子体系的薛定谔方程能够严格的解出，得到描述氢原子运动的状态，也就是氢原子的波函数。对于多电子原子，如果忽略电子与电子之间的相互作用，就可粗略地认为这些电子处于类似于氢原子那样的原子轨道中，人们就能够用各种近似计算方法，得到这些原子的足够精确的波函数，从而解释清楚它们的原子光谱以及其他种种的物理及化学性质。人们也知道了，化学元素的各种性质，正是各原子中电子所处的状态所决定的，从而就能够更加深刻地理解元素周期表以及由此表达的化学元素性质的周期性规律。
玻尔的原子模型只经过十几年光景，就被更符合实际情况的量子力学模型所取代。人们把玻尔的原子模型称为“旧量子论”模型。实际上，根据量子力学，人们不可能知道在某一时刻电子在什么确切位置。人们根据波函数只能知道在该时刻电子出现在某处的概率。因此，用量子力学方法所确定的所谓原子轨道仅仅是沿用了“旧量子论”中的术语罢了。
现在我们知道，量子力学是人类在20世纪所取得的最伟大的科学进展，量子力学的概念以及以此为理论基础发展出来的技术革新使得20世纪所取得的科技成就超过了有史以来人类科技成就的总和。这场伟大革命的起始之一，就是研究和解释氢原子这个“小个子”的性质。, 百拇医药(冯大诚)