elektronijärjestelmä

Elektronijärjestelmä tarkoittaa elektronien kokonaisuutta atomissa, molekyylissä tai kiinteässä aineessa sekä näiden elektronien järjestäytymistä ja vuorovaikutuksia. Se kuvaa, miten elektronit asettuvat energiatasoille, alikuorille tai molekyylin orbitalille ja miten näitä rakenteita pitävät yllä sähköiset ja kvanttivaikutukset vaikuttavat aineen ominaisuuksiin.

Atomitasolla elektronit täyttävät energiatason pienimmän energian ensin ja noudattavat tietyt säännöt: Aufbau-periaatetta, Pauli-kieltosääntöä ja Hundin Sääntöä. Tämä johtaa elektronikonfiguraatioon, joka määrittää atomien kemialliset tuntomerkit ja käyttäytymisen.

Molekyylitasolla ja kiinteissä aineissa elektronijärjestelmä voidaan kuvata molekyylin orbitalien (MO-teoria) avulla tai kiinteän aineen banditeorian kautta. MO-teoria selittää sitoutumisen ja kemiallisen reaktiivisuuden, kun taas banditeoria kuvaa, miten elektronit käyttäytyvät kiinteissä materiaaleissa ja miten tämä vaikuttaa johtavuuteen, magnetismiin ja muihin ominaisuuksiin.

Teoreettiset lähestymistavat perustuvat kvanttimekaniikkaan. Yleisimmin käytettyjä keinoja ovat Hartree–Fock -menetelmä ja sen korrelaatiokäsittelyt sekä tiheyden funktionaalisuusteoria (DFT). Näillä malleilla voidaan ratkaista elektronien vuorovaikutukset ja saada talteen elektroninen rakenne sekä sen energioita, tiloja ja todennäköisyyksiä.

Elektronijärjestelmän ymmärrys on keskeinen kemiallisessa reaktiivisuudessa, spektrissä, magneettisissa ja sähköisissä ominaisuuksissa sekä materiaalien suunnittelussa, kuten puolijohteissa ja johtavissa kiinteissä aineissa. Se toimii perustana sekä teoreettiselle kuvaukselle että sovellusten kehittämiselle.