hydrogenartigen

Hydrogenartigen, in der Physik und Chemie oft als hydrogenoid oder hydrogenähnlich bezeichnet, beschreibt Systeme, die einem zentralen Coulombpotenzial mit einer einzigen gebundenen Elektron folgen. Typischerweise handelt es sich um Atome oder Ionen mit einer Kernladung Z > 0 und genau einem Elektron, wie He+, Li2+, Be3+ und weitere hochgeladene Hydrionen. Das neutrale Wasserstoffatom gehört ebenfalls in diese Klasse, dient aber oft als Referenzsystem.

Aufgrund der Ein-Elektronen-Struktur ähneln ihre Energiespektren dem von Wasserstoff. Die Anregungs- und Emissionslinien folgen in erster Näherung einer Rydberg-Formel mit einer Z^2-Abhängigkeit; die Energien liegen proportional zum reduzierten Massenfaktor μ und schwanken mit Z. Neben dem idealen Wasserstoffspektrum treten feinstrukturelle, hyperfeinstrukturelle sowie QED-Korrekturen auf, die mit steigendem Z stärker werden.

Hydrogenartige Ionen spielen eine wichtige Rolle in der Astronomie und Plasmaphysik. In heißen, stark ionisierten Plasmen erkennt man die Linien solcher Ionen, etwa von He+, C5+ oder O7+, und nutzt sie zur Bestimmung von Temperaturen, Dichten und chemischer Zusammensetzung. Weil nur ein Elektron vorhanden ist, dienen hydrogenartige Systeme auch als präzise Testbetten für Quanten-Elektrodynamik und Theoriebildung.

In der deutschen Fachsprache wird oft von hydrogenartigen Ionen oder von hydrogenoid gesprochen; der Begriff hebt die Ähnlichkeit mit Wasserstoff hervor, ohne chemische Bindung. Die Bezeichnung ist geläufig in der Spektral- und Quanten-Theorie.