Knotenebenen sind Regionen um Atomkerne, in denen die Wahrscheinlichkeit, Elektronen zu finden, null ist. Die Koordinaten dieser Ebenen werden durch Lösen der Schrödinger-Wellengleichung für Atome oder Moleküle ermittelt, um die Form von Atom- und Molekülorbitalen zu bestimmen.
Die Dichte der Elektronenwolke, die die Form eines Atomorbitals ergibt, zeigt die Wahrscheinlichkeit an, Elektronen in Regionen um das Atom oder Molekül herum zu finden. Je dichter die Wolke ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden. Knotenebenen haben keine Elektronenwolkendichte, was darauf hindeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, in diesen Ebenen Elektronen zu finden, null ist.
Ein Schlüsselkonzept der Quantenmechanik ist, dass Elektronen sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften haben. Die Knotenebenen um einen Atomkern sind ein Hinweis auf die Wellennatur von Elektronen, da Knoten Punkte der Amplitude Null entlang einer stehenden Welle sind. Keine Schwingungsamplitude bedeutet, dass keine Elektronen vorhanden sind.
Aus der Anzahl und Position der Knotenebenen ergeben sich viele Eigenschaften von Atomen und Molekülen. Moleküle mit wenigen Knotenebenen sind sehr stabil, während Moleküle mit zahlreichen Knotenebenen instabil und reaktiv sind. Die Anzahl der Knotenebenen ist direkt proportional zur freien Energie einer Gruppe gebundener Atome.
