Vesinikuaatom ja aatomi struktuur

Vesinik — üks prooton, üks elektron — on ainus aatom, mille kvantmehaanikat saab täpselt lahendada, ja see on eeskujuks kõigele järgnevale. Lahendamine tähendab prootoni Coulombi tõmbes oleva elektroni lainefunktsioonide leidmist ning nagu karbis oleva osakese puhul, sobivad ainult teatud lahendid. Lubatud energiad tulevad välja kujul −13,6 eV/n², andes vesiniku spektrijooned, mida oli aastakümneid mõõdetud ilma igasuguse seletuseta.

Pane tähele selle redeli kuju. Teguri 1/n² tõttu ei ole tasemed ühtlaste vahedega: n-i kasvades tihenevad need üha lähemale, koondudes nulli poole, mis on vaevu vabaks pääsenud elektroni energia. Esimene hüpe, n = 1 kuni 2, maksab 10,2 eV; hüpe n = 5 pealt 6 peale maksab umbes 0,17 eV. Just seepärast näevad vesiniku spektriseeriad välja nii, nagu nad on — koondudes seeria piiri poole.

Lahendeid tähistavad kolm kvantarvu — n energia ja üldise suuruse jaoks, l nurkjaotuse kuju jaoks, m selle orientatsiooni jaoks — ja just need üldistuvad kõigile teistele elementidele. Need kirjeldavad orbitaale ja orbitaal ei ole rada. Ei ole trajektoori ega ümber tiirlevat väikest planeeti; on seisulaine ja |ψ|² annab tõenäosuse leida elektron igast piirkonnast. Tuttavad sagaratega p-orbitaali pildid on pinnad, mis piiravad enamikku sellest tõenäosusest, mitte marsruudid. Lisa spinn ja keeluprintsiip ning needsamad järjest täidetavad orbitaalid annavad kogu perioodilisustabeli ülesehituse.