elektronitilalla

Elektronitila on kvanttifysiikassa käytetty käsite, joka kuvaa elektronin tilaa atomissa, molekyylissä tai kiinteässä aineessa. Tilan ominaisuudet määritellään kvanttinumeroilla n (pääkvantnumero), l (kulmamomentin), m_l (magnettinen kvanttiluku) sekä m_s (spinnin kvanttiluku) ja vastaavalla aaltofunktiolla. Elektronitila määrittää elektronin energian, momentin ja käyttäytymisen ulkoisten voimien vaikutuksesta.

Elektronitilan käsitys johtaa kemiallisen rakenteen kuvaamiseen elektronikonfiguraation avulla. Esimerkiksi vedyn tapaus on yksittäinen elektronitila 1s, kun taas heliumissa täyttyy tila 1s^2. Tilojen täyttö noudattaa periaatteita kuten Pauli-esto (kaksi elektronia samalla atomisella tilalla ei voi olla samoja kvanttinumeroita), Aufbau-periaatetta (tilat täyttyvät energian mukaan) sekä Hundin sääntöä (saman energian tiloissa elektroneja lisätään mahdollisimman vähän parittain).

Kiinteissä aineissa elektronitilat käsitellään usein laajemmin bandien muodossa: elektronit voivat asettua valenssi- tai johtotiloille, mikä määrää aineen sähköiset ja magneettiset ominaisuudet. Termi elektronitila kattaa sekä yksittäisen elektronin tilan että tilojen kollektiivisen järjestymän kiinteässä aineessa.

Fysiikassa ja kemiassa elektronitilan täyttö huomioidaan myös lämpötilan vaikutuksesta: tilojen occupancy määräytyy Fermi-Dirac-jakauman mukaan, jolloin korkeammat energiatilat voivat olla osittain täynnä lämpötilasta riippuen. Elektronitilan kuvauksella on keskeinen rooli spektroskopiassa, reaktiokäyttäytymisessä sekä materian makroskooppisissa ominaisuuksissa kuten sähköisyydessä ja magnetismissa.