量子化学：什么是静电势？

静电势（Electrostatic Potential）是量子化学中描述分子周围电场特性的一个关键物理量。它直观地反映了分子的电荷分布、反应活性位点及分子间相互作用模式。

其代表的物理意义是：将一个单位正试探电荷从无穷远处（此处电势定义为零）移动到该点时，静电场力所做的功。

一、物理意义与特征

值得注意的是，静电势是一个标量场。

可以理解为分子周围的一张“能量地形图”。

空间中每一点都有一个数值，代表一个试探电荷在此处感受到的静电“海拔”高低（单位为能量或伏特）。

它与有方向的电场不同，本身没有方向。

静电势反映的是分子哪些区域带负电，哪些区域带正电，

这比用一个简单的偶极矩数值来描述分子要精确和直观。

通过观察整个分子表面的静电势分布，可以直观地理解分子的极性和电荷分离情况。

这使得静电势常用于反应位点分析（一般认为静电势越负（越正）位置的原子越容易发生亲电（亲核）反应）。

其中，

q_i：点电荷

r：原子的坐标

r_i：空间中某处的位置

实例：氯乙酸静电势图

以氯乙酸为例，可以明显观察到：

氯原子与氧原子区域呈负电势（蓝色） → 更易受到亲电试剂的进攻；

氢原子区域呈正电势（红色） → 更容易被亲核取代或形成阳离子离去。

静电势作为量子化学的核心描述符，能够直观地了解分子的电荷分布特征以及判断分子的反应性质。并且分子间的相互作用，如氢键、范德华力、静电相互作用等，都与分子表面的静电势分布有关。例如在形成氢键时，氢原子通常位于分子静电势的正区域，而与之形成氢键的原子（如氧、氮等）则位于分子静电势的负区域。