Elektronipilveen

Elektronipilvi on termi, jota käytetään kuvaamaan alueen todennäköisyyttä, jolla elektronin löytyy atomin sisällä. Se ei ole fyysinen, näkyvä pilvi, vaan elektronin tilan todennäköisyysjakauma, jonka voidaan määrittää kvanttimekaniikan kautta.

Elektronipilvi määritellään elektronin tilan aaltokäyrän (wavefunction) neliön mukaan. Schrödingerin yhtälön ratkaisut tuottavat orbitaaleja, joiden muodot ja energiat riippuvat kvanttiluvuista: pääkvanttiluku n, kulkurivo, l, sekä magneettinen kvanttiluku m. Orbitaaleja kutsutaan yleisesti s-, p-, d- ja f-tyypeiksi, ja niiden muodot heijastavat elektronin todennäköisyysjakaumaa ympäristöytimen suhteen.

Historian kuluessa mallit siirtyivät kiertoradoilta todennäköisyysjakaumiin. Bohrin mallit pitivät elektroneja kiertoradoina, mutta nykyään elektronipilvi kuvastaa elektronin aalto- ja hiukkasluonnetta. Todennäköisyysjakauman perusteella mittaukset voivat paljastaa tietyn alueen sijainnin lähellä tilapäisesti, mutta ei määrittää tarkkaa rata- tai sijaintia; Heisenbergin epätarkkuusperiaate ja Bornin todennäköisyyssääntö ovat oleellisia.

Käytännössä elektronipilveen tukeutuvat muun muassa kemialliset yhdisteet ja materiaalit, joissa elektronien jakautuminen määrittelee sidokset, selittää kemiallista reaktiivisuutta ja antaa molekyylin geometrian. Tietokonemallit, kuten tiheysfunktio- (DFT) ja kuvat, perustuvat elektronipilven tiheydelle, ja ne ovat keskeisiä nykyaikaisessa kvanttikemia- ja materiaalitutkimuksessa.