elektronenzustand

Elektronenzustand bezeichnet den quantenmechanischen Zustand der Elektronen in einem Atom oder Molekül. Er umfasst die Energie, die Elektronenkonfiguration, den Gesamtspin, den Gesamtdrehimpuls sowie die räumliche Verteilung der Elektronen (Wellenfunktion). Der Zustand ist ein Eigenzustand des elektronischen Hamiltonians; zwischen Zuständen können Übergänge durch Absorption oder Emission von Licht erfolgen, was Spektren erklärt.

In Atomen wird der elektronische Zustand oft durch das Termensymbol 2S+1LJ beschrieben. S ist der Gesamtsinn (Spin), L der Gesamtbahndrehimpuls (S, P, D, F entsprechen L = 0, 1, 2, 3), und J ist der Gesamtdrehimpuls. Die Werte folgen aus dem Pauli-Prinzip und Hund’schen Regeln, wodurch die Reihenfolge der Zustände und deren Multiplizität festgelegt wird. Der Grundzustand besitzt die niedrigste Energie; angeregte Zustände entstehen durch das Umsetzen eines Elektrons auf höhere Orbitale oder durch Kopplung von Spin und Orbitalimpuls.

In Molekülen wird die Zustandsbezeichnung häufig durch Symmetriebezeichnungen der Molekülpunktgruppe zusammen mit Spinmultiplikität angegeben, zum Beispiel 1Σg+ oder 3Πu, oft ergänzt durch Referenzen wie X, A, B für die energetisch benachbarten Zustände. Die Born-Oppenheimer-Näherung trennt elektronische von Kernbewegungen, sodass elektronische Zustände als Funktionen der Kernabstände beschrieben werden. Singlet- und Triplet-Zustände unterscheiden sich in der Spin-Multiplikität und haben unterschiedliche chemische und spektrale Eigenschaften.

Die Elektronenzustände beeinflussen grundlegende Eigenschaften wie Spektren, Reaktivität, Photochemie und elektronische Transportprozesse. Ihre Bestimmung erfolgt experimentell mittels Spektroskopie und theoretisch durch Quantenchemie-Methoden (HF, DFT, Multireferenzmethoden, CI, CC) zur Berechnung von Energien, Wellenfunktionen und Übergangswahrscheinlichkeiten.