elektronijakaumien

Elektronijakaumat kuvaavat elektronien todennäköisen sijainnin kolmiulotteisessa tilassa. Yleisin mitta on elektronitiheys ρ(r), joka kertoo todennäköisyyden löytää elektroni pisteestä r. Kvanttimekaniikassa ρ(r) voidaan kirjoittaa ρ(r) = ∑_i n_i |ψ_i(r)|^2, missä ψ_i ovat järjestelmän aaltifunktioita ja n_i niiden occupancy-arvot. Tämä tulkinta perustuu Bornin säännön mukaiseen todennäköisyyslakiin.

Atomissa elektronijakaumat määräytyvät ytimen ympärillä olevien elektronien vuorovaikutusten tuloksena. Elektronit asettuvat kuorille ja alikuorille (K-, L-, M-kuori) ja niiden radiaalinen jakauma sekä kuorien kokonaisuus määrittävät kemiallisen reaktiivisuuden sekä monia fyysisiä ominaisuuksia. Kuorien muodot luovat tyypillisiä tiheysjakaumia, esimerkiksi s- ja p-aaltojen eri muotoja.

Molekyyleissä elektronijakauma määräytyy molekyylimoduuleiden kautta, jotka syntyvät atomien elektronien yhteistoiminnasta. Elektronitiheys ρ(r) kertoo sidosten vahvuuden ja elektronien jakautumisen molekyylin sisällä. Laskennassa käytetään usein Hartree-Fock -menetelmää tai tiheysfunktioita (DFT).

Kiinteissä aineissa elektronijakauma liittyy valenssi- ja konduktiobandien täyttymiseen sekä Fermi-tilan jakautumiseen. Lämpötilan vaikutuksesta metalleissa elektronit noudattavat Fermi-Dirac-jakaumaa. Elektronijakaumia tutkitaan sekä kokeellisesti (esimerkiksi X-ray-diffraktio ja STM) että teoreettisesti laskentamenetelmien kautta.

Yhteenvetona elektronijakaumat tarjoavat perustan ymmärtää kemiallisia sidoksia, materiaalien ominaisuuksia ja reaktiivisuutta.