Divergence in spherical coordinates
Divergence in spherical coordinates Divergence in spherical coordinates
ivergence in Spherical Coordinates ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ = ∇ 2 2 2 2 2 2 2 2 sin 1 sin sin 1 1 φ θ θ θ θ θ r r r r r r *Free Particle on a Sphere ( (constant)): Spherical Harmonics r = r e I 2I ˆ sin 1 sin sin 1 2 2 ) , ( ˆ 2 2 2 2 2 2 2 L H = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ = − ∇ = − φ θ θ θ θ θ µ φ θ h h where ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ = − 2 2 2 2 2 sin 1 sin sin 1 ˆ φ θ θ θ θ θ h L , ∂φ ∂ = i z h Lˆ ) , ( 2 1) ( ) , ( 2 ˆ ) , ( ˆ 2 2 φ θ φ θ φ θ lm lm lm Y I l l Y I Y + = = h L H Hydrogen(-like) atom r Ze r V 1 4 ) ( 0 2 πε − = (Coulombic potential) Hamiltonian operator ) ( 2 ) , , ( ˆ 2 2 r r +V ∇ = − µ φ θ h H r Ze r r r r r 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 sin 1 sin sin 1 2 2 πε φ θ θ θ θ θ µ µ − ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ = − h h r Ze r r r r r 0 2 2 2 2 2 2 4 2 ˆ 2 πε µ µ − + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ = − L h where ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ∂ ∂ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ = − 2 2 2 2 2 sin 1 sin sin 1 ) , ( ˆ φ θ θ θ θ θ φ θ h L , φ φ ∂ ∂ = i z h ) ( ˆL Schrödinger equation: ) , , ( 4 ) , ( ˆ 2 1 2 ) , , ( ) , , ( ˆ 0 2 2 2 2 2 2 φ θ ψ ψ πε ψ φ θ µ ψ µ φ θ ψ φ θ r E r Ze r r r r r r r = − + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ − = L H h 0 4 ) , ( ˆ 2 1 2 0 2 2 2 2 2 2 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ − ψ πε ψ φ θ µ ψ µ E r Ze r r r r r L h 0 ) , ( ˆ 1 4 2 2 2 0 2 2 2 2 = − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ∂ ∂ ψ φ θ ψ πε µ ψ L h h E r Ze r r r r
- Page 2 and 3: Separation of variables ( ) , ( ) (
- Page 4: 3 2 Zr − 3a0 2 2 1 2 2 ⎛ Z ⎞
ivergence <strong>in</strong> Spherical Coord<strong>in</strong>ates<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
=<br />
∇<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
s<strong>in</strong><br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
1<br />
φ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
*Free Particle on a Sphere (<br />
(constant)): Spherical Harmonics<br />
r = r e<br />
I 2I<br />
ˆ<br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
s<strong>in</strong><br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
2<br />
2<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
L<br />
H =<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎤<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎣<br />
⎡<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
∇<br />
= −<br />
φ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
µ<br />
φ<br />
θ<br />
h<br />
h<br />
where<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎤<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎣<br />
⎡<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
s<strong>in</strong><br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
ˆ<br />
φ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
h<br />
L ,<br />
∂φ<br />
∂<br />
= i<br />
z<br />
h<br />
Lˆ<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
ˆ<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
2<br />
2<br />
φ<br />
θ<br />
φ<br />
θ<br />
φ<br />
θ<br />
lm<br />
lm<br />
lm<br />
Y<br />
I<br />
l<br />
l<br />
Y<br />
I<br />
Y<br />
+<br />
=<br />
=<br />
h<br />
L<br />
H<br />
Hydrogen(-like) atom<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
V<br />
1<br />
4<br />
)<br />
(<br />
0<br />
2<br />
πε<br />
−<br />
= (Coulombic potential)<br />
Hamiltonian operator<br />
)<br />
(<br />
2<br />
)<br />
,<br />
,<br />
(<br />
ˆ 2<br />
2<br />
r<br />
r +V<br />
∇<br />
= −<br />
µ<br />
φ<br />
θ<br />
h<br />
H<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r 0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
4<br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
s<strong>in</strong><br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
2<br />
2 πε<br />
φ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
µ<br />
µ<br />
−<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎤<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎣<br />
⎡<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
−<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
h<br />
h<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r 0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
4<br />
2<br />
ˆ<br />
2 πε<br />
µ<br />
µ<br />
−<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
L<br />
h<br />
where<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎤<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎣<br />
⎡<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
s<strong>in</strong><br />
s<strong>in</strong><br />
1<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
φ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
θ<br />
φ<br />
θ<br />
h<br />
L ,<br />
φ<br />
φ<br />
∂<br />
∂<br />
= i<br />
z<br />
h<br />
)<br />
(<br />
ˆL<br />
Schröd<strong>in</strong>ger equation:<br />
)<br />
,<br />
,<br />
(<br />
4<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
2<br />
1<br />
2<br />
)<br />
,<br />
,<br />
(<br />
)<br />
,<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
φ<br />
θ<br />
ψ<br />
ψ<br />
πε<br />
ψ<br />
φ<br />
θ<br />
µ<br />
ψ<br />
µ<br />
φ<br />
θ<br />
ψ<br />
φ<br />
θ<br />
r<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r =<br />
−<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
−<br />
= L<br />
H<br />
h<br />
0<br />
4<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
2<br />
1<br />
2 0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
+<br />
−<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
−<br />
ψ<br />
πε<br />
ψ<br />
φ<br />
θ<br />
µ<br />
ψ<br />
µ<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r<br />
L<br />
h<br />
0<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
1<br />
4<br />
2 2<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
−<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
+<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
ψ<br />
φ<br />
θ<br />
ψ<br />
πε<br />
µ<br />
ψ<br />
L<br />
h<br />
h<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
r
Separation of variables (<br />
)<br />
,<br />
(<br />
)<br />
(<br />
)<br />
,<br />
,<br />
( φ<br />
θ<br />
φ<br />
θ<br />
ψ<br />
lm<br />
Y<br />
r<br />
R<br />
r = lm<br />
lm<br />
lm<br />
Y<br />
I<br />
l<br />
l<br />
Y<br />
I<br />
Y<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
ˆ<br />
ˆ<br />
2<br />
2<br />
+<br />
=<br />
=<br />
h<br />
L<br />
H )<br />
0<br />
)<br />
,<br />
(<br />
ˆ<br />
1<br />
)<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
)<br />
(<br />
1<br />
4<br />
2<br />
)<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
−<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
+<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
φ<br />
θ<br />
φ<br />
θ<br />
πε<br />
µ<br />
φ<br />
θ<br />
lm<br />
lm<br />
lm<br />
Y<br />
r<br />
R<br />
Y<br />
r<br />
R<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
L<br />
h<br />
h<br />
Y<br />
0<br />
)<br />
,<br />
(<br />
1)<br />
(<br />
)<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
)<br />
(<br />
1<br />
4<br />
2<br />
)<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
+<br />
−<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
+<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
φ<br />
θ<br />
φ<br />
θ<br />
πε<br />
µ<br />
φ<br />
θ<br />
lm<br />
lm<br />
lm<br />
Y<br />
l<br />
l<br />
r<br />
R<br />
Y<br />
r<br />
R<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
h<br />
h<br />
h<br />
Y<br />
0<br />
1)<br />
(<br />
1<br />
4<br />
2<br />
)<br />
(<br />
)<br />
(<br />
1<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
+<br />
−<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
+<br />
+<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
l<br />
l<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
r<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
r<br />
R<br />
πε<br />
µ<br />
h<br />
0<br />
1<br />
4<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
−<br />
−<br />
+<br />
−<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
R<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
l<br />
l<br />
r<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
πε<br />
µ<br />
µ h<br />
h<br />
"Radial equation"<br />
0<br />
1<br />
4<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
−<br />
−<br />
+<br />
−<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
∂<br />
∂<br />
R<br />
E<br />
r<br />
Ze<br />
r<br />
l<br />
l<br />
r<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
R<br />
r<br />
πε<br />
µ<br />
µ h<br />
h<br />
0<br />
2<br />
1<br />
4<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
2<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
−<br />
−<br />
+<br />
−<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
∂<br />
∂<br />
R<br />
E<br />
r<br />
e<br />
Z<br />
r<br />
l<br />
l<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
R<br />
h<br />
h<br />
µ<br />
πε<br />
µ<br />
0<br />
8<br />
1<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
2<br />
0<br />
0<br />
0<br />
2<br />
2<br />
2<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
−<br />
−<br />
+<br />
−<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
∂<br />
∂<br />
R<br />
e<br />
a<br />
E<br />
r<br />
a<br />
Z<br />
r<br />
l<br />
l<br />
r<br />
R<br />
r<br />
r<br />
R<br />
πε<br />
where<br />
2<br />
2<br />
0<br />
0<br />
4<br />
e<br />
a<br />
µ<br />
πε h<br />
=<br />
Asymptotic solution as an auxiliary function<br />
0<br />
8<br />
2<br />
0<br />
0<br />
2<br />
2<br />
=<br />
+<br />
∂<br />
∂<br />
asymp<br />
asymp<br />
R<br />
e<br />
a<br />
E<br />
r<br />
R<br />
πε<br />
→ hen (bound state)<br />
cr<br />
asymp<br />
e<br />
r<br />
R<br />
−<br />
∝<br />
)<br />
( w 0<br />
E <<br />
where<br />
cr<br />
e<br />
r<br />
K<br />
r<br />
R<br />
−<br />
= )<br />
(<br />
)<br />
(<br />
2<br />
1<br />
2<br />
0<br />
0<br />
8<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛ −<br />
= e<br />
a<br />
E<br />
c<br />
πε<br />
0<br />
2<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
0<br />
2<br />
2<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
+<br />
−<br />
+<br />
−<br />
−<br />
′<br />
+<br />
+<br />
′<br />
−<br />
′<br />
′ −<br />
−<br />
−<br />
−<br />
−<br />
−<br />
cr<br />
cr<br />
cr<br />
cr<br />
cr<br />
cr<br />
Ke<br />
c<br />
r<br />
a<br />
Z<br />
r<br />
l<br />
l<br />
Ke<br />
r<br />
c<br />
K e<br />
r<br />
Ke<br />
c<br />
cK e<br />
e<br />
K<br />
0<br />
)<br />
(<br />
1)<br />
(<br />
2<br />
)<br />
(<br />
1<br />
2<br />
)<br />
(<br />
2<br />
0<br />
=<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛ +<br />
−<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
−<br />
+<br />
′<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
−<br />
+<br />
′′ r<br />
K<br />
r<br />
l<br />
l<br />
r<br />
c<br />
a<br />
Z<br />
r<br />
K<br />
c<br />
r<br />
r<br />
K
2<br />
2<br />
⎛ ⎛<br />
⎞<br />
( ) ( ) ⎜<br />
Z ⎞<br />
r − cr K ′ r + 2⎜<br />
− c⎟r<br />
− l(<br />
l + 1) ⎟K(<br />
) = 0<br />
K ′′ ( r)<br />
+ 2<br />
⎜ ⎜ ⎟ ⎟<br />
r<br />
⎝ ⎝ a0<br />
⎠ ⎠<br />
K( r)<br />
= r L(<br />
r)<br />
l<br />
⎛ 2Z<br />
⎞<br />
r L′ ( r)<br />
+ (2l<br />
+ 2 − cr)<br />
L′<br />
( r)<br />
+<br />
⎜ − 2c<br />
− 2cl<br />
⎟L(<br />
r)<br />
= 0: Laguerre differential equation<br />
⎝ a0<br />
⎠<br />
Solutions: L l (r)<br />
n<br />
associated Laguerre functions<br />
Solutions (r)exist when n = 1, 2, 3, L and 0 ≤ l ≤ n −1<br />
.<br />
R nl<br />
E n<br />
2 2<br />
2 4<br />
Z ⎛ e ⎞ Z µ e<br />
= − ⎜ ⎟ = −<br />
( a<br />
2<br />
8<br />
2 2 2<br />
n<br />
πε 0a<br />
⎝ 0 ⎠ n 8ε<br />
0 h<br />
0<br />
=<br />
2<br />
0<br />
2<br />
4πε h<br />
µe<br />
= 0.529 Å: Bohr radius): n 2 -fold deg.<br />
1<br />
2<br />
3<br />
l+<br />
Zr<br />
na<br />
⎡<br />
⎤ ⎛ ⎞<br />
−<br />
( n − l −1)!<br />
2Z<br />
2 l 2 + 1⎛<br />
2 ⎞<br />
( ) = −⎢<br />
⎥<br />
⎜<br />
⎟<br />
0 l Zr<br />
Rnl r<br />
r e L +<br />
⎜<br />
⎟<br />
3<br />
n l (associated Laguerre functions)<br />
⎢⎣<br />
2n[(<br />
n + l)!]<br />
⎥⎦<br />
⎝ na0<br />
⎠<br />
⎝ na0<br />
⎠<br />
n = 1<br />
⎛<br />
⎜ E<br />
⎜<br />
⎝<br />
1<br />
= −Z<br />
2<br />
⎛ 2<br />
⎜<br />
e<br />
⎝ 8πε<br />
0a<br />
0<br />
⎞⎞<br />
⎟⎟<br />
⎟<br />
⎠⎠<br />
← No (1-fold) degeneracy<br />
0 :<br />
1 ⎛ Z ⎞<br />
l = L 1 ( x)<br />
= −1<br />
→ R ( ) 2<br />
0<br />
10 r =<br />
⎜ e<br />
a<br />
a<br />
⎟ (m = 0)<br />
⎝ 0 ⎠<br />
3<br />
2<br />
Zr<br />
−<br />
n = 2<br />
⎛<br />
⎜ E<br />
⎜<br />
⎝<br />
2<br />
2 ⎛ 2<br />
Z<br />
= − ⎜<br />
e<br />
4 ⎝ 8πε<br />
0a<br />
0<br />
⎞⎞<br />
⎟⎟<br />
⎟<br />
⎠⎠<br />
← 4-fold degeneracy<br />
3<br />
2<br />
Zr<br />
−<br />
2a0<br />
1 1 ⎛ Z ⎞ ⎛ Zr ⎞<br />
l = 0 : L 2 ( x)<br />
= −2!(2<br />
− x)<br />
→ R20<br />
( r)<br />
=<br />
1 e<br />
2<br />
⎜<br />
a<br />
⎟<br />
⎜ −<br />
0 2a<br />
⎟ (m = 0)<br />
⎝ ⎠ ⎝ 0 ⎠<br />
3<br />
2<br />
Zr<br />
−<br />
2a0<br />
3 1 ⎛ Z ⎞ ⎛ Zr ⎞<br />
l = 1: L 3 ( x)<br />
= −3!<br />
→ R21(<br />
r)<br />
=<br />
e<br />
2 6<br />
⎜<br />
a<br />
⎟<br />
⎜<br />
0 a<br />
⎟ (m = −1, 0, 1)<br />
⎝ ⎠ ⎝ 0 ⎠<br />
n = 3<br />
⎛<br />
⎜ E<br />
⎜<br />
⎝<br />
3<br />
2 ⎛ 2<br />
Z<br />
= − ⎜<br />
e<br />
9 ⎝ 8πε<br />
0a<br />
0<br />
⎞⎞<br />
⎟⎟<br />
⎟<br />
⎠⎠<br />
← 9-fold degeneracy
3<br />
2<br />
Zr<br />
−<br />
3a0<br />
2 2<br />
1 2<br />
2 ⎛ Z ⎞ ⎛ 2Zr<br />
2Z<br />
r ⎞<br />
l = 0 : L 3 ( x)<br />
= −3!(3<br />
− 3x<br />
+ x ) → R30<br />
( r)<br />
=<br />
⎜1<br />
⎟ e<br />
2<br />
3 3<br />
⎜ − +<br />
a<br />
⎟<br />
(m = 0)<br />
⎝<br />
⎜<br />
0 ⎠ 3a0<br />
27a<br />
⎟<br />
⎝<br />
0 ⎠<br />
3<br />
2<br />
Zr<br />
−<br />
3a0<br />
2 2<br />
3 8 ⎛ Z ⎞ ⎛ Zr Z r ⎞<br />
l = 1: L 4 ( x)<br />
= −4!(4<br />
− x)<br />
→ R31(<br />
r)<br />
=<br />
⎜ ⎟ e<br />
2<br />
27 6<br />
⎜ −<br />
a<br />
⎟<br />
(m = −1, 0, 1)<br />
⎝<br />
⎜<br />
0 ⎠ a0<br />
6a<br />
⎟<br />
⎝ 0 ⎠<br />
3<br />
2<br />
2<br />
Zr<br />
−<br />
3a0<br />
5 4 ⎛ Z ⎞ ⎛ Zr ⎞<br />
l = 2 : L 5 ( x)<br />
= −5!<br />
→ R32<br />
( r)<br />
=<br />
e<br />
81 30<br />
⎜<br />
a<br />
⎟<br />
⎜<br />
0 a<br />
⎟ (m = −2, −1, 0, 1, 2)<br />
⎝ ⎠ ⎝ 0 ⎠