Elektronijakaumasta

Elektronijakaumasta tarkoitetaan sitä, miten elektronit ovat jakautuneet tilaan atomissa, ionissa tai molekyylissä. Keskeinen käsite on elektronitiheys ρ(r), joka kertoo todennäköisyyden löytää elektroni tietyltä paikkalta. Kokonaismäärä elektronien tilassa saadaan integroimalla ρ(r) koko avaruudesta: ∫ ρ(r) d^3r = N. Radiaalinen jakauma D(r) = 4π r^2 ρ(r) kuvaa todennäköisyyden löytää elektroni etäisyydellä ytimestä.

Atomitasolla elektronijakauma määräytyy elektronikonfiguraation sekä kvanttimekaniikan sääntöjen mukaan: elektronit asettuvat s-, p-, d- ja f-orbitaaleille Hundin säännösten ja Aufbau-säännön ohjaamina. Tilojen energiatilan täytettyä jakauma on yleensä symmetrisempi sisäosissa ja tiheys suurenee ytimen läheisyydessä. Molekyyleissä jakauma on usein epätasaisempi sidosten ja hybridisaation vuoksi; suuret elektronegatiivisuuserot johtavat elektronien siirtymiseen elektronegatiivisempaan atomiin ja aiheuttavat dipolin sekä polaarisuuden.

Jakaumaa voidaan tutkia kokeellisesti muun muassa X-ray diffractionin avulla rekonstruoiden elektronitiheyskarttoja sekä käyttämällä spektroskopiaa ja elektronimikroskopiaa. Teoreettisesti elektronijakaumaa mallintavat ab initio -menetelmät (esim. Hartree–Fock ja post-HF) sekä tiheysfunktioanalyysi (DFT), joiden avulla voidaan saada ρ(r) ja siihen liittyvät ominaisuudet. Elektronijakaumalla on keskeinen rooli kemiallisessa sidoksessa, reaktiivisuudessa, polaarisuudessa sekä monien aineiden fysikaalisissa ominaisuuksissa.