氢原子是一个质子氢原子核和一个围绕原子核旋转电子组成,按照量子力学大师玻尔的描述,氢原子的电子在原子核外运动局限在特定电子轨道内。氢原子核质子自身也具有两种自旋方向,这导致组成氢气的两个氢原子核存在两种可能,两个质子的自旋方向一致的氢分子是仲氢,不一样的是正氢。按照规范的说法,正氢中两个核的自旋是平行的,仲氢中两个核的自旋则是反平行的。氢气通常是正氢和仲氢的平衡混合物。室温热平衡态下,氢气大约是75%正氢和25%仲氢的混合物。
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