Un atomo simile all'idrogeno (o ione) è semplicemente una qualsiasi particella con un nucleo e un elettrone.

Questo dovrebbe essere sufficiente per rispondere alla domanda in questione , ma ho pensato di dover aggiungere un po 'di più, poiché alcune di queste risposte sono potenzialmente confuse.

Il motivo storico per cui la formula di Rydberg funziona solo per atomi simili all'idrogeno è perché è stato originariamente formulato per spiegare le righe spettrali dell'idrogeno. Non è mai stato inteso spiegare gli spettri di atomi multielettroni.

La ragione fisica , tuttavia, è che la formula di Rydberg utilizza livelli di energia che dipendono solo dal numero quantico principale $ n $, che deve essere un numero intero positivo:

$$ \ bar {\ nu} = Z ^ 2 \ mathcal {R} \ left (\ frac {1} {n_1 ^ 2} - \ frac {1} {n_2 ^ 2} \ right) \ qquad n_1, n_2 \ in \ mathbb {Z} ^ + $$

e oggigiorno sappiamo che questo è vero solo per atomi simili all'idrogeno ; $ ^ * $ i livelli di energia degli atomi multielettroni dipendono sia da $ n $ che da $ l $. $ ^ \ dagger $

La $ n $ -dipendenza era successivamente razionalizzato con successo dal modello di Bohr, ma affermare che "la formula di Rydberg funziona solo per atomi simili all'idrogeno perché il modello di Bohr funziona solo per loro" è fuorviante e non coglie il punto, poiché:

1. Ciò implica che la formula di Rydberg sia stata derivata dal modello di Bohr, il che non è vero; era semplicemente determinato empiricamente e la formula era precedente al modello di Bohr di 25 anni.
2. Il modello di Bohr semplicemente non funziona per atomi simili all'idrogeno. Il fatto che riproduca la formula di Rydberg dovrebbe essere semplicemente considerato una serendipità ; Bohr è arrivato al risultato corretto con il metodo sbagliato.
3. Non fornisce alcuna reale comprensione del motivo corretto per cui la formula di Rydberg non si applica all'elio, ecc. (Che ho brevemente menzionato sopra).

$ ^ * $ In effetti, i livelli di energia dell'idrogeno non dipendono solo da $ n $ (a causa di vari piccoli effetti come - ma non limitati a - accoppiamento spin-orbita e scissione iperfine). Wikipedia ha una buona panoramica dell'argomento qui e la maggior parte dei libri di testo QM ha un capitolo sull'atomo di idrogeno, dove si discute di queste perturbazioni sull'Hamiltoniano e sui loro effetti sulle energie. Non sorprende che l'incapacità di spiegare questo fosse uno dei fallimenti del modello di Bohr.

$ ^ \ dagger $ Naturalmente, qui c'è anche una serie di approssimazioni. I livelli di energia degli atomi multielettronici sono descritti solo approssimativamente da somme di energie orbitali, quindi le energie di transizione sono solo approssimativamente uguali a una differenza di energia tra due orbitali.

Gli atomi simili all'idrogeno sono atomi con un singolo elettrone che "orbita" attorno a un nucleo che ha più di un nucleone. Come ha sottolineato @Xerxes in un commento, in linea di principio puoi avere un nucleo composto da particelle diverse da protoni e neutroni (nucleoni). Positronium potrebbe essere un esempio estremo di questo.

Wikipedia in realtà ha una voce sugli atomi simili all'idrogeno che va un po 'oltre quello che hai chiesto.

Gli ioni simili all'idrogeno sono ioni che possiedono un solo elettrone, proprio come un atomo di idrogeno.

Il fatto che questi ioni abbiano un solo ione nel guscio più esterno rende più semplice analizzare i loro raggi ed energie , poiché per descriverli si può usare un semplice modello elettrostatico. Le specie con più elettroni sono difficili da studiare e vanno oltre lo scopo del modello di Bohr. Questo perché le sostituzioni interelettroniche sono difficili da spiegare nelle interazioni elettrodinamiche che costituiscono il sistema legato dell'atomo.

Nello spirito del famoso chimico dell'Università di Nottingham Sir Martyn Poliakoff, commenta l'episodio Periodic videos Helium in Disguise (anche YouTube):

Ancora e ancora, per gli scienziati, se sentono qualcosa di sorprendente che li fa pensare in modo diverso, è davvero buono.

Aggiungerò alle altre eccellenti risposte elencando alcuni meno comuni "atomi" di idrogeno .

Il video è circa l ' idrogeno pesante muonico o il cosiddetto $ {} ^ {4.1} H $ è discusso alla fine di questo elenco. Sì, è pronunciato "idrogeno quattro punti uno". Consulta l'articolo del New Scientist Il travestimento atomico fa sembrare l'elio come l'idrogeno e l'articolo principale pubblicato su Science Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2 Fleming, DG et al. Science, 28 gennaio 2011: vol. 331, numero 6016, pp. 448-450, DOI: 10.1126 / science.1199421

Positronium : (e + e− )

Il positronio (Ps) è un sistema costituito da un elettrone e dalla sua antiparticella, un positrone, legati insieme in un atomo esotico, in particolare un onium.

Ha stati di Rydberg con $ E_n \ sim - (6.8eV) / n ^ 2 $ o metà di quella dell'idrogeno normale, perché la massa ridotta è la metà di quella di un elettrone legato a un oggetto molto più pesante. Lo stato della tripletta più longeva $ {} ^ 3S_1 $ ha una durata media di circa 142 ns e decade per annichilazione elettrone positrone in tre fotoni di raggi gamma. A volte viene studiato rallentando e arrestando i positroni nell'MgO in polvere dove catturano un elettrone e tendono a rimanere relativamente imperturbati dagli altri atomi.

Muonium : (μ + e−)

Il muonio è un atomo esotico composto da un antimuone e un elettrone, scoperto nel 1960 a cui simbolo chimico Mu . Durante la vita di 2,2 µs del muone, il muonio può entrare in composti come il cloruro di muonio (MuCl) o il muonuro di sodio (NaMu). A causa della differenza di massa tra l'antimonio e l'elettrone, il muonio (μ + e−) è più simile all ' idrogeno atomico (p + e−) che al positronio (e + e−). Il suo raggio di Bohr e l'energia di ionizzazione sono entro lo 0,5% di idrogeno, deuterio e trizio, e quindi può essere utilmente considerato come un esotopo leggero dell'idrogeno .

Vero muonio : (μ + μ−)

Muonio vero o il muononio è un atomo esotico composto da un antimuone e un muone. Deve ancora essere osservato, ma potrebbe essere stato generato dalla collisione di fasci di elettroni e positroni.

Idrogeno muonico :

I muoni negativi possono, tuttavia, formare atomi muonici (precedentemente chiamati atomi mu-mesici), sostituendo un elettrone in atomi ordinari. Gli atomi di idrogeno muonico sono molto più piccoli dei tipici atomi di idrogeno perché la massa molto più grande del muone gli conferisce una funzione d'onda dello stato fondamentale molto più localizzata di quella osservata per l'elettrone.

Elio muonico :

L'elio muonico viene creato sostituendo un muone con uno degli elettroni nell'elio-4. Il muone orbita molto più vicino al nucleo, quindi l'elio muonico può quindi essere considerato come un isotopo dell'elio il cui nucleo è costituito da due neutroni, due protoni e un muone, con un solo elettrone all'esterno. Colloquialmente, potrebbe essere chiamato "elio 4.1", poiché la massa del muone è leggermente maggiore di 0,1 amu. Chimicamente, l'elio muonico, che possiede un elettrone di valenza spaiato, può legarsi con altri atomi e si comporta più come un atomo di idrogeno che come un atomo di elio inerte.

Atomi di idrogeno pesante muonico con un il muone negativo può subire la fusione nucleare nel processo di fusione catalizzata dal muone, dopo che il muone può lasciare il nuovo atomo per indurre la fusione in un'altra molecola di idrogeno. Questo processo continua finché il muone negativo non viene intrappolato da un atomo di elio e non può andarsene finché non decade.

sopra: da New Scientist.

Penso che un aspetto chiave che viene trascurato in queste risposte sia l'approssimazione di Born-Oppenheimer. Il nucleo di qualsiasi atomo può essere approssimato come un punto con pochissime correzioni relativistiche a causa della sua massa. Un elettrone d'altra parte è essenzialmente privo di massa (relativamente parlando. So che è ancora un fermione e ha massa). Una volta che si inserisce più di un elettrone in un orbitale, le correzioni relativistiche hanno delle conseguenze. Quindi "simile all'idrogeno" indica qualsiasi atomo che non necessita dell'intuizione di Pauli o Dirac per spiegare le deviazioni negli spettri, ovvero il modello di Bohr.

I sistemi a singolo elettrone sono noti come specie idrogeniche / simili all'idrogeno come He +, Li2 +, Be3 + ecc.