水素原子(Hydrogen atom)は、水素の原子である。電気的に中性な原子で、1つの陽子と1つの電子がクーロン力で結合している。水素原子は、宇宙の全質量の約75%を占める地球上では、単離した水素原子は非常に珍しい。その代わり、水素は他の原子と化合物を作るか、自身と結合して二原子分子である水素分子(H)を形成する。「水素原子」と「原子状水素」という用語は、重なっている意味もあるが、全く同義ではない。例えば、水分子は、2つの水素原子を含むが、原子状水素は含まない。H-H結合は、298 Kでの結合解離エンタルピーが435.88 kJ/molと最も強い結合の1つである。この強い結合のため、水素分子は高温になるまでほとんど解離しない。3,000 Kで、解離度はちょうど7.85%である。水素原子は反応性が非常に高いため、ほぼ全ての元素と結合できる。最も豊富な同位体である水素1、プロティウム、軽水素は、中性子を含まない。一方、重水素や三重水素等の他の水素の同位体は、1つかそれ以上の中性子を含む。下記の式は、3つ全ての同位体に対して適用できるが、同位体ごとに若干異なるリュードベリ定数を用いる必要がある。水素原子は単純な二体問題の系として多くの分析的な単純解を生成してきたことから、量子力学や量子場理論において、特別に重要な意味を持つ。1913年、ニールス・ボーアは、多くの単純化した仮定を置いて、水素原子のエネルギー準位及びスペクトル周波数を得た。ボーアの原子模型の基礎であるこれらの仮定は完全に正しくはないが、かなり正しいエネルギー値が得られた。ボーアの原子模型では、それぞれのエネルギー準位は、整数値の量子数nで識別され、以下で与えられるエネルギーを持つ。ここで、mは電子静止質量、cは光速、αは微細構造定数である。周波数とエネルギー値に関するボーアの結論は、1925年から26年にかけてのシュレディンガー方程式の解と同値のものである。水素についてのシュレディンガー方程式の解は解析解であり、水素のエネルギー準位とスペクトル線の周波数についての簡単な表現を与える。シュレディンガー方程式の解は、他に2つの量子数と様々な量子状態での電子の波動関数の形を与えるため、ボーアの原子模型よりもさらに詳細な情報が得られ、これにより原子結合の異方的な性質が説明できる。シュレディンガー方程式は、もっと複雑な原子や分子にも適用できる。電子か核子の数が1つを超えると、解は解析的には求められず、コンピュータ計算か仮定の単純化が必要となる。シュレディンガー方程式は、非相対性理論的な量子力学にしか適用できないため、水素原子に関して得られる解は、完全に正確なものではない。相対論的量子力学に基づくディラック方程式は、これらの解を改善する。水素原子のシュレディンガー方程式の解（波動方程式）は、核子によるクーロンポテンシャルは等方的であるという事実を用いる。結果として得られた基底状態の固有関数（軌道）自体は等方的である必要はないものの、それらの角座標への依存は、このポテンシャルの等方性から得られるものである。ハミルトニアンの固有状態（即ちエネルギー固有状態）は、角運動量演算子の同時固有状態として選ぶことができる。これは、核子の周りでの電子の軌道運動で角運動量が保存されるという事実と合致する。従って、エネルギー固有状態は、2つの角運動量量子数"l"と"m"（どちらも整数）により分類することができる。角運動量量子数"l"(=0,1,2…)は角運動量の大きさを決定し、磁気量子数"m"(=-"l

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