Молекула водорода

Моле́кула водоро́да — простейшая молекула, состоящая из двух атомов водорода. В её состав входят два ядра атомов водорода и два электрона. Вследствие взаимодействия между электронами и ядрами образуется ковалентная химическая связь. Кроме вторичной изотопной модификации H₂, имеет разновидности, в которых один или оба атома протия заменены другими изотопами водорода — дейтерием или тритием: HD, HT, D₂, DT, T₂. Симметричность или несимметричность молекулы имеет значение при её вращении.

Н. Бор ещё в 1913 году дал описание модели молекулы водорода^[1]. Согласно Бору, два внешних электрона, образующих молекулу, вращаются по одной и той же орбите вокруг прямой, проходящей через ядра обоих атомов, и удерживают последние на определённом расстоянии друг от друга (рис. 1). Боровская модель химической связи давала чёткую картину образования молекулы водорода — динамическое равновесие системы, содержащей два протона, удерживающихся на определённом расстоянии друг от друга (d), притяжением кольца из двух электронов. При этом модель Бора учитывала кулоновское отталкивание — оба электрона за счёт электростатического отталкивания находятся в диаметрально противоположных точках электронного кольца, расположенного вокруг прямой, проходящей через ядра атомов молекулы водорода.

Также как и боровская модель атома, боровская модель молекулы водорода не учитывала волновую природу электрона и статистическую интерпретацию волновой функции. При дополнении боровской модели молекулы водорода результатами квантовой механики, аналогично квантово-механическому уточнению боровской модели атома, гипотетическое кольцо электронов в модели молекулы водорода интерпретируется как распределение плотности вероятности нахождения связывающих электронов. При этом электронная пара представляется электронным облаком в форме кольца или тора. При этом предполагается, что электроны в полости тора удалены друг от друга на максимально возможное расстояние, а электронная плотность в молекуле водорода минимальна — «кулоновская дырка» на прямой, проведённой через ядра молекулы водорода. Наиболее вероятный радиус электронного тора $r_{e}$ определяется боровским радиусом $a_{0}$ и межъядерным расстоянием $d$ :

В теории молекулярных орбиталей, разработанной в 1927—1932 годах Ф. Хундом, Р. Малликеном и другими, модель молекулы водорода описывали изолиниями (картой) электронной плотности (рис. 2).