ポテンシャルエネルギー曲面
PESは分子構造と化学反応のダイナミクスを分析するための概念的なツールとなる。PES上に必要なだけ点を取って値の評価を行えば、位置に関するエネルギーの1次および2次導関数(それぞれ勾配と曲率にあたる)に従ってそれらの点を分類することができる。勾配ゼロの点は停留点と呼ばれ、物理的に重要である。停留点のうちエネルギー最小の点は物理的に安定な化学種にあたり、鞍点は遷移状態にあたる。遷移状態とは、反応物と生成物を結ぶ最低エネルギーの経路(反応座標)上でエネルギーが最大となる点を意味する。
ポテンシャルエネルギー曲面(ポテンシャルエネルギーきょくめん、英: potential energy surface, PES)とは、特定のパラメータ(原子のデカルト座標や結合角、二面角など)に対して系のエネルギーを表したものである。エネルギーは単一の座標の関数である場合もあれば、複数の座標の場合もある。座標が単一の場合はポテンシャルエネルギー曲線またはエネルギー断面(英語版)と呼ばれる。モース長距離ポテンシャルはその一例である。
地形とのアナロジーは理解の助けになる。2自由度系の例として二つの結合長を持つ系では、それぞれの結合長の値が基底面の平面座標にあたり、それらの関数であるエネルギーの値はその座標の高度を表している。
PESの概念は化学や物理学の中でも理論的な領域で応用がある。例えば分子のエネルギーを最小化する形状を求めたり、化学反応の速度を計算するなど、原子からなる構造の特性を理論的に研究する上で有用である。