Elektronitilat

Elektronitilat ovat elektronien mahdollisia kvanttitiloja, jotka määrittävät energian sekä avaruudellisen jakauman tilassa. Ne ovat keskeisiä sekä atomin, molekyylin että kiinteän aineen ominaisuuksien ymmärtämisessä. Atomitasolla elektronit täyttävät kuoret ja alikuoret, ja heidän tilansa määritellään kvanttiluvuilla n, l, m_l ja m_s. Energian suuruus riippuu suurimmaksi osaksi pääkvanttiluvusta n ja alikuorista l; elektronien välinen vuorovaikutus hajottaa tilojen degeneroituneita ominaisuuksia. Aufbau-periaate, Pauliin periaate ja Hundin säännöt ohjaavat tilojen täyttymistä ground-tilassa ja mahdollisia excited-tiloja.

Molekyyleissä elektronit muodostavat molekyyliorbitaaleja, jotka voivat olla bonding- tai antibonding-tiloja. Tilojen energia ja elektronien täyttö määräävät molekyylin kemialliset ominaisuudet ja reaktiivisuuden sekä sen spektroskooppisen käyttäytymisen.

Kiinteissä aineissa elektronit muodostavat energiamyötä (bandit) kiinteän rakenteen vuoksi. Täyttö noudattaa Fermin jakaumaa, ja tilojen ominaisuudet sekä elektroniwantuvat vaikuttavat sähkönjohtavuuteen sekä optisiin ominaisuuksiin. Siirrot tilasta toiseen, esimerkiksi absorptio- tai emission kautta, tapahtuvat elektronitilojen välisessä energiamarpissa ja noudattavat valinnan sääntöjä.

Elektronitilojen tutkimus yhdistää kemian, fysiikan ja materiaalitieteen, ja niitä lähestytään sekä kokeellisesti spektroskopian että teoreettisesti kvanttisanalyysien avulla.