Hydrogenähnlich

Hydrogenähnlich bezeichnet in der Chemie und Physik Atome oder Ionen, die nur ein Elektron besitzen und deren Elektronenstruktur der des Wasserstoffatoms ähnelt. Typischerweise handelt es sich um Ionen mit der Kernladung Z (zum Beispiel He+, Li2+, Be3+, C5+). In solchen Systemen dominiert das Coulombpotential zwischen Elektron und Kern, wodurch Elektronen-Elektron-Wechselwirkungen gering bleiben und sich die Energie- und Wellenfunktionen weitgehend wie beim Wasserstoff verhalten.

Die Energieniveaus eines wasserstoffähnlichen Systems lassen sich nahe der Wasserstoffform beschreiben. Die Energien hängen ungefähr von der Nuklearladung Z als E_n ∝ -Z^2/n^2 ab, wobei n die Hauptquantenzahl ist. Die Spektrallinien bilden wasserstoffähnliche Serien (Lyman, Balmer usw.), beschrieben durch die modifizierte Rydberg-Formel 1/λ = R∞ Z^2 (1/n_f^2 - 1/n_i^2). Mit zunehmendem Z verschieben sich die Linien in Richtung kürzere Wellenlängen (UV bis X-ray). Für präzise Berechnungen müssen jedoch das veränderte Massenmaß (μ), relativistische Effekte, Hyperfein- und QED-Korrekturen berücksichtigt werden.

Hydrogenähnliche Systeme spielen eine wichtige Rolle in der Spektroskopie astrophysikalischer Plasmen, in der Plasmadiagnostik von Fusionsreaktoren und in der Grundlagenphysik, wo Wasserstoff als Testfall für Theorien dient. Sie ermöglichen es, Energieverschiebungen in stark geladenen Ionen zu modellieren und zu kalibrieren.

Der Begriff bezieht sich auf eine Näherung. In vielen-Elektronen-Atomen gehen die Eigenschaften verloren, da Elektronen gegenseitig wechselwirken; bei hohen Z werden zudem relativistische und QED-Effekte sowie die Kerngröße signifikant. Dennoch dienen wasserstoffähnliche Modelle als Ausgangspunkt für die Beschreibung solcher Systeme.