Un electrón en un átomo de hidrógeno puede ser excitado a orbitales específicos por fotones con la cantidad correcta de energía. A temperatura ambiente no hay fotones con la cantidad correcta de energía para excitar el electrón. ¿Eso significaría que los átomos de H tienen una temperatura cercana al cero absoluto?

En primer lugar, el hidrógeno forma moléculas diatómicas a temperatura ambiente y presiones normales: el hidrógeno monoatómico es altamente reactivo y bastante inestable.

Esta inestabilidad se usa en la soldadura atómica de hidrógeno, que alcanza temperaturas muy altas cuando el hidrógeno monoatómico golpea el material frío que se está soldando y reforma las moléculas diatómicas de H2. Se utiliza para soldar metales con puntos de fusión muy altos.

Para disociar las moléculas de hidrógeno en átomos, se necesitan altas temperaturas, mucho más altas que la temperatura ambiente, del orden de 600-1000 C. A temperatura ambiente, la molécula es estable.

Pero si tuvo un gas monoatómico de hidrógeno a temperatura ambiente y por algún milagro, tal vez porque estaba a una presión extremadamente baja o en el espacio exterior, no se había asociado de nuevo a las moléculas con una espectacular liberación de energía, entonces simplemente Debido a que casi ninguno de los átomos está excitado a estados electrónicos más altos, no significa que el gas tenga temperatura cero: los átomos seguirán teniendo una energía cinética igual a [matemática] \ frac {3} {2} kT [/ matemática] de acuerdo con el teorema de equipartiion.

La temperatura de un átomo por sí sola no es una cosa sensata para hablar, por lo que no es el movimiento del electrón en el estado 1 lo que importa para la temperatura. La temperatura es una propiedad de una gran colección de átomos en su conjunto, no de un átomo individual.

Depende de lo que quieras decir con cerrar. Parece que su pregunta es: “A temperatura ambiente, ¿la temperatura de los átomos de hidrógeno es cercana al cero absoluto?”. Dicho de esa manera, la respuesta obvia es no: la temperatura del sistema es la temperatura ambiente a temperatura ambiente.

Pero creo que veo de dónde viene la confusión. Dado que el primer estado excitado corresponde a aproximadamente 10 eV, que es 120 veces la energía térmica promedio a temperatura ambiente, solo existe una probabilidad de 1 en [matemática] 10 ^ {52} [/ matemática] de encontrar un átomo de hidrógeno en un excitado estado electrónico en equilibrio.

Por lo tanto, la configuración electrónica a temperatura ambiente es prácticamente idéntica al estado fundamental. Si tuviéramos que tomar una caja de átomos de hidrógeno en cero absoluto y * ponerla en una habitación, esencialmente no habría flujo de calor en la caja. Técnicamente, los átomos estarían a temperatura ambiente porque están en equilibrio térmico con un sistema a temperatura ambiente, pero en realidad casi no hay distinción entre los dos.

Entonces, los sistemas están “cerca” del cero absoluto a temperatura ambiente en el sentido de que tenemos que tomar muy poca energía de los estados electrónicos (ninguno, realmente) para llegar allí. Esto es equivalente a decir que la capacidad de calor electrónica es casi cero en este rango de temperatura, pero no significa que los átomos estén “fríos” en el sentido habitual.

En realidad, habrá otras formas para que el sistema almacene energía que tenga estados excitados de energía mucho más bajos, particularmente grados de libertad traslacionales. Entonces, para cualquier sistema real, tendremos que agregar un montón de energía para elevarlo a través de un rango de temperatura como ese y los dos estados serán obviamente diferentes.

* después de aislar de alguna manera los átomos para evitar que reaccionen químicamente entre sí y de alguna manera lograr que solo tengan grados electrónicos de libertad

Un átomo de hidrógeno aislado no tiene temperatura. Además, los electrones o protones aislados no tienen temperatura. La temperatura es una característica de las sustancias a granel, debido a las colisiones aleatorias de sus átomos y moléculas componentes.