Рівняння Томаса — Фермі — рівняння, що наближено описує розподіл електричного поля й густини електронів у важких атомах. Запропоноване в 1927 році незалежно Л. Г. Томасом і Енріко Фермі

Припущення локальної густини електронів Рівняння виводиться, виходячи з припущення, що багатоелектронну систему важких атомів можна описати за допомогою електронної густини, яка залежить від потенціалу електричного поля в даній точці й задається формулою

,

де m — маса електрона, е — елементарний заряд,  — потенціал,  — зведена стала Планка, а величина A визначається таким чином, щоб -eA давало повну енергію. Для нейтрального атома A = 0, для іона ,

де Z — зарядове число ядра атома, N — кількість електронів у іоні, R — радіус іона.

Рівняння Томаса — Фермі виводиться, виходячи з рівняння Пуасона де густина заряду дорівнює :

У безрозмірнісній формі рівняння зводиться до універсального

Це рівняння розв'язується з граничними умовами

де  — радіус атома в безрозмірнісних одиницях.

Характеристики розв'язку Розв'язок рівняння Томаса — Фермі дає однаковий розподіл електронної густини для всіх важких атомів. Від атома до атома змінюється лише радіус. Електронна густина різко зростає від центру, а потім, досягши максимуму, спадає до краю.

Недоліки Рівняння Томаса — Фермі неспроможне описати електронні оболонки атомів. Електронна густина спадає на великих віддалях від ядра повільно. Рівняння Томаса — Фермі не може пояснити також природу хімічних зв'язків. Однак, запропонований метод лежить в основі теорії функціоналу електронної густини, який широко й успішно застосовується в сучасній квантовій хімії .

Джерела

Примітки