Электронная плотность
Электро́нная пло́тность, плотность вероятности распределения электронов в квантовой системе (атоме, молекуле, кристалле). Обычно электронную плотность задают как функцию координат одного электрона. В этом случае электронная плотность отражает пространственное распределение заряда и позволяет найти электрические свойства частицы (дипольный момент и т. п.), в связи с чем электронную плотность называют также зарядовой плотностью. Электронную плотность молекулярных систем чаще всего изучают с помощью экспериментальных данных о рассеянии электронов или рентгеновского излучения.
В молекулярных системах с ненулевым суммарным спином (радикалы, триплетные возбуждённые состояния молекул и др.) плотность распределения проекции электронного спина на выделенную ось называют спиновой плотностью. Спиновая плотность может быть изучена экспериментально методами электронного парамагнитного резонанса.
Данные об электронной плотности представляют обычно либо в компактной форме с помощью эффективных «зарядов на атомах», либо картами электронной плотности (похожими на топографические), на которых для определённых сечений трёхмерного пространства задаются линии уровня электронной плотности. Как правило, электронная плотность имеет максимумы лишь в точках пространства, отвечающих положениям ядер. Хотя в целом, электронная плотность – гладкая функция, в указанных точках она имеет особенности, характеризуемые зарядами ядер. Некоторые из ядер на картах электронной плотности соединены «горными хребтами», которые соотносят с химическими связями. Изучение изменений электронных распределений позволяет судить об особенностях перераспределения электронной плотности при образовании молекул или кристаллов из атомов или при других химических реакциях.
Для основного состояния молекулы электронная плотность, согласно теореме Хоэнберга – Кона, отражает всю специфику молекулы. Например, с ростом расстояния от электрона до молекулы электронная плотность экспоненциально спадает, причём показатель экспоненты задаётся ионизационным потенциалом. В рамках методов функционалов плотности делаются попытки соотнести электронную плотность и энергию молекулы.
Электронная плотность – важная физическая характеристика молекулярной системы, анализ которой позволяет соотнести химическое строение молекулы с локальными особенностями электронного распределения. Перераспределение электронной плотности молекулы, по сравнению с электронной плотностью входящих в её состав атомов, отражает характер химической связи и позволяет судить о взаимном влиянии атомов, изменении строения того или иного молекулярного фрагмента в ряду родственных молекул.