elektronenrepulsie

Elektronenrepulsie is de afstoting tussen elektronen die dezelfde negatieve lading dragen. Klassiek wordt deze kracht beschreven door de Coulombwet: de electrostatische interactie tussen twee puntladingen is proportioneel tot 1/r en de potentiële energie tot 1/r, waarbij r de afstand tussen de elektronen aangeeft. In de quantummechanica komt de interactie tussen meerdere elektronen tot uiting in de Hamiltoniaan als de term V_ee = sum_{i<j} (1/(4πε0)) e^2 / |r_i - r_j|, naast de aantrekkingskrachten van de kernen.

Deze repulsie verhindert dat elektronen in dezelfde ruimte komen en beïnvloedt de ruimtelijke verdeling van elektronenschillen, energieniveaus en chemische bindingen. Het leidt tot elektronencorrelatie: de beweging van het ene elektron zorgt voor veranderingen in de waarschijnlijkheidsdistributie van een ander. Bij berekeningen wordt vaak een gemiddelde veldbenadering gebruikt (Hartree-Fock), waarin elk elektron een gemiddelde repulsie van de anderen ondervindt. Voor betere nauwkeurigheid worden methoden zoals configuratie-interactie (CI), coupled-cluster en dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) toegepast om elektronische correlatie te modelleren.

Consequenties van elektronrepulsie zijn onder meer de mate van schilding van de kern, de ionisatie- en bindingsenergieën, en de geometrie van moleculen. In vaste stoffen kan sterke elektronrepulsie leiden tot aanzienlijke elektronencorrelatie-effecten, bijvoorbeeld Mott-insulatoren en andere verschijnselen waarbij de beweging van elektronen sterk met elkaar verweven is.