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量子自由電子理論

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量子自由電子理論的主要內容包括：金屬中的正離子形成的電場是均勻的，價電子不被原子所束縛，可以在整個金屬中自由地運動。自由電子的能量必須符合量子化的不連續性。量子自由電子理論與經典電子理論的根本區別是自由電子的運動必須必須服從量子力學的規律。

簡介

溶劑化電子（solvated electron）是指溶液中的自由電子e-aq，即最小的陰離子。它可以與很多粒子反應，如與氧原子反應形成超氧自由基（O2）。因此，溶劑化電子的行為模式對電化學、光化學、高能化學以及生物學都有根本性的影響——它的非平衡前體（nonequilibrium precursor）也是造成DNA輻射損傷的原因之一。近50多年來溶劑化電子一直是實驗和理論研究的重要主題。水合電子（hydrated electron）是最小的陰離子，也是化學中最簡單的還原劑。它雖然看起來很簡單，但掌握它的物理學原理卻很難。水合電子的壽命很短，產生的數量也很少，無法在自然界自發地集中和分離。因此，其結構幾乎不可能通過直接的實驗觀察（如衍射法或核磁共振）來捕捉。

評價

密度函數理論(DFT)是最常用於研究「溶劑化電子」和「水」的電子結構方法。不過標準的密度函數受到離域性誤差（delocalization error）的影響，使得它無法準確地對「自由基」進行建模。而純淨的水也使「DFT近似」變得相當複雜：儘管選擇正確的函數能讓「高級電子結構基準」和「通過實驗觀察到的值」相近，對液態水的精確描述也可以用「多體量子化學」方法來實現，但這些方法的實現都極其昂貴。雖然最近基於皮秒級分子動力學的研究在複雜度上取得了前所未有的突破，在需要的計算資源方面也達到了可能的極限，這為e-aq的空腔結構（cavity structure）提供了重要的論據，但它並沒有為我們帶來新的見解或完整的統計描述。