Elektrontiheduse

Elektrontiheduse mõiste on põhiline kontseptsioon aatomite ja molekulide kvantmehaanikas ning kirjeldab elektronide jaotust ruumis tihedusena. Tihedus ρ(r) on funktsioon, mille väärtus antud punktis r kirjeldab elektronide tihedust selles piirkonnas. ρ(r)d^3r on tõenäosus leida elektron selles väikeses mahus d^3r. Kogu elektronide arv N on normaliseeritud: ∫ ρ(r) d^3r = N.

Matemaatiline kirjeldus: ρ(r) saab tavaliselt esitada orbitallide ruutude summana. Näiteks ühe determinantidega lähenemisviisi korral ρ(r) = ∑_i n_i |φ_i(r)|^2, kus φ_i on elektronide orbitalid ja n_i nende täitumus. ρ(r) on alati mittenegatiivne ning selle integratsioon üle ruumi annab elektronide koguarvu.

Eksperimentaalselt saab elektronide tihedust uurida X-kiirte difraktsiooni abil; sellest koostatakse elektrontiheduskaardid ning isosurfid, mis annavad ruumilise pildi tihedusest aatomites ja molekulides. Teoreetiliselt leitakse ρ(r) kvantmehaaniliste wavefunctioonide või tihedusfunksionaalteooria (DFT) abil; DFT põhineb ideel, et paljude aatomite ja molekulide omadused saab kirjeldada elektronide tiheduse kaudu.

Tähtsus: elektrontihedus on keskne, et mõista sidemete olemust, laengujagunemist, reaktiivsuse asukohti ning materjalide elektrilisi omadusi. ρ(r) võimaldab hinnata pisikeste muutuste mõju molekulaarses struktuuris ja on laialdaselt kasutatav keemias, materjaliteaduses ja kvantkeemias.

Seotud mõisted sisaldavad elektrostaalset potentsiaali V(r) arvutust, mis sõltub ρ(r) ning tuletatakse tiheduse ja ioonide või tuumade kaudu.