elektronirakenteiden

Elektronirakenteet kuvaavat elektronien jakautumista atomeihin, molekyyleihin ja kiinteisiin aineisiin sekä niiden energiatasojen ja vuorovaikutusten järjestäytymistä. Ne määrittelevät kemiallisen reaktiokyvyn, magnetismin, optiset ominaisuudet ja sähkönjohtavuuden. Elektronirakenteet muodostuvat elektronien täyttämien tilojen ja niiden vuorovaikutusten kokonaisuudesta.

Atomin elektronirakenteissa elektroneja täytetään kuorittain (esim. 1s, 2s, 2p, 3d) Hundin säännön ja Pauli-periaatteen ohjaamina. Tämä määrää, miten elektronit jakautuvat alikuorille ja spinit asetuvat. Molekyylissä elektronit muodostavat molekyyliorbitaalit, joista syntyy sitovia ja antibonding-tiloja sekä mahdollisesti resonanssia.

Elektronirakenteiden tutkimuksessa yhdistetään kokeellisia menetelmiä, kuten spektroskopiaa (fotoelektroninen, röntgen), UV-Vis sekä elektronimikroskopiaa, sekä teoreettisia malleja. Laskennassa käytetään pääasiassa tiheysfunktiototeoriaa (DFT), Hartree–Fockia ja sen laajennuksia sekä tiukkaa sidosta mallintavia malleja. Näillä menetelmillä voidaan ennustaa sidosten vahvuuksia, elektronitiheyttä tilassa sekä materiaaleja kuvaavien ominaisuuksien, kuten bandkoko, johtavuus ja magnetismi.

Elektronirakenteilla on keskeinen rooli materiaalien suunnittelussa ja kemiallisessa synteesissä. Ne selittävät sekä reaktioprosessien nopeuksia että optisten sekä sähköisten ominaisuuksien muokkautuvuutta. Rajoitteet johtuvat usein likimääräisyyksistä ja monielektronisten vuorovaikutusten haastavasta tarkasta kuvaamisesta.