Das interatomare Potential wird normalerweise als aus zwei Teilen bestehend beschrieben: einem anziehenden und einem abstoßenden, wobei der abstoßende auf kurze Distanzen vorherrscht.
Der abstoßende Teil wird typischerweise mit dem Pauli-Abstoßungsprinzip erklärt, indem gesagt wird, dass Elektronen aus gefüllten Unterschalen auf höhere Ebenen befördert werden müssen, um Energie zu kosten, damit sich die Elektronenwolken der beiden Atome überlappen können.
Im Fall von zwei Wasserstoffatomen gibt es jedoch keine gefüllten Unterschalen. Zunächst einmal wird es für zwei Wasserstoffatome, bei denen sich die Elektronen in unterschiedlichen Spinzuständen befinden, keine Pauli-Abstoßung geben, also muss die Abstoßung einen anderen Ursprung haben. Natürlich gibt es eine gewisse elektrostatische Abstoßung zwischen den Elektronen, aber bei sehr kleinen Abständen überwiegt wohl die Abstoßung zwischen den Kernen.
Betrachten Sie nun den Fall, dass die beiden Elektronen den gleichen Spinzustand haben. Eine Möglichkeit, die Pauli-Abstoßung zu überwinden, ist dann natürlich die Beförderung eines Elektrons von 1s auf 2s. Vielleicht sollte diese Förderung im Hinblick auf Wellenfunktionen für Helium betrachtet werden? Aber wäre es nicht auch möglich, stattdessen den Spinzustand eines Elektrons zu verändern? Wenn sie sich beide im Zustand "spin up" befinden, würde dies tatsächlich Energie freisetzen . Ich weiß, dass ein solcher Übergang unter E1 verboten ist (obwohl er beispielsweise unter M1 erlaubt ist), aber da wir zwei wechselwirkende Atome betrachten, gehe ich davon aus, dass der Übergang durch Kollision erfolgen könnte.
Wenn die beiden Elektronen beide im "Spin-Down" sind, ist es vielleicht komplizierter. Könnte ein Elektron durch Kollision zwischen den Atomen zum "Hochdrehen" (immer noch im 1s-Orbital) befördert werden?
Wenn Sie nach dem Hauptbeitrag zum abstoßenden Teil der Wechselwirkung zwischen zwei Wasserstoffatomen fragen, wenn sie sich nähern, ist es einfach: Er wird fast ausschließlich durch die elektrostatische Abstoßung zwischen den beiden Protonen angetrieben. Wenn die Protonen näher beieinander als ein Angström sind, gibt es sehr wenig Elektronenladung zwischen den beiden Protonen und die Abstoßung zwischen ihnen dominiert.
Im Gleichgewicht und im elektronischen Grundzustand gehen die beiden Elektronen beide in die über Molekülorbital, das zwischen den beiden Protonen konzentriert ist. Zwischen den beiden Elektronen besteht eine gewisse elektrostatische Abstoßung, die jedoch hauptsächlich dazu dient, einen Teil der Ladung an den entfernten Enden der Protonen zu halten. Was die Protonen betrifft, gibt es diese große Wolke mit dazwischen Und Ladung, die zwischen ihnen sitzt und die Wechselwirkungen zwischen ihnen ins Gleichgewicht bringt.
Das Gleichgewicht liegt dort, wo die beiden Protonen, wenn man sie näher zusammenschiebt, die Elektronendichte so aus der Mitte „herausquetschen“, dass sie ihre gegenseitige Abstoßung nicht mehr abschirmen kann.
Jon Kuster