Elektronijakautumisesta

Elektronijakautumisesta tarkoitetaan elektronien jakaantumista tilaan molekyylissä tai kiinteässä aineessa. Se kuvaa, miten elektronitiheys on jakautunut eri alueille ja miten negatiivinen varaus kohdistuu sidoksille, atomeille ja elektronipareille. Elektronijakautuminen vaikuttaa kemiallisiin ominaisuuksiin kuten polaarisuuteen ja reaktiivisuuteen sekä fyysisiin ominaisuuksiin kuten värivaraukseen ja sähkönjohtokykyyn.

Kvanttifysiikan ja molekyyliteorian kehyksessä elektronijakautuminen kuvataan elektronitiheydellä ρ(r) sekä molekyylin orbitalsoitumisella. Molekyylin elektronit voidaan esittää molekyylin orbitaleilla (MO-teoria) tai valenssihybridisaation avulla (VB-teoria). Epäyhtenäinen jakautuminen johtaa osittaisiin varauksiin ja resonanssin kautta delokalisaatioon, jolloin elektronit voivat olla sekä paikallisesti sidoksissa että jaettuja useiden atomeiden kesken.

Faktoreita, jotka vaikuttavat elektronijakautumiseen, ovat elektronegatiivisuuserot, sidosten luonne (kovalentti vs. ioninen), resonance sekä konjugaatio ja delokalisaatio. Lisäksi substituenttien vaikutukset sekä molekyylin koko ja topologia voivat muuttaa paikallista elektronijakautumista. Delokalisaatio voi siirtää elektronitiheyttä laajemmalle alueelle, mikä näkyy erityisesti aromaattisissa yhdisteissä ja suurissa konjugoituneissa järjestelmissä.

Tutkimusmenetelmät jakautuvat kokeellisiin ja laskennallisiin. Kokeellisesti elektronitiheyttä voidaan kartoittaa X-ray diffraation avulla ja erilaisten spektroskopialöydösten avulla. Laskennallisesti käytetään populaatioanalyysien (esimerkiksi Mulliken, Löwdin tai Natural Population Analysis) sekä atoms-in-molecules -lähestymistapojen (AIM) ja elektrostaattisen potentiaalin perusteella johdettujen varauksien mallintamista. Esimerkkitilanteissa vesimolekyyli H2O osoittaa elektronien jakautumisen hapelle kohti polaarisuutta, kun taas metaanissa jakaantuminen on pääosin tasaisempaa.