Непарный электрон

Таблица Менделеева с элементами, у которых неспаренные электроны окрашены в цвет

В химии неспаренный электрон — это электрон занимающий орбиталь атома , отдельно, а не как часть электронной пары . Каждая атомная орбиталь атома (задаваемая тремя квантовыми числами n, l и m) способна содержать два электрона ( электронную пару ) с противоположными спинами . Поскольку образование электронных пар часто энергетически выгодно, либо в форме химической связи , либо в виде неподеленной пары , неспаренные электроны относительно редки в химии, поскольку объект, несущий неспаренный электрон, обычно довольно реакционноспособен. В органической химии они обычно возникают лишь на короткое время во время реакции на вещество, называемое радикалом ; однако они играют важную роль в объяснении путей реакций.

Радикалы редко встречаются в химии s- и p-блоков, поскольку неспаренный электрон занимает валентную p-орбиталь или sp, sp. ² или сп ³ гибридная орбиталь . Эти орбитали сильно направлены и поэтому перекрываются, образуя прочные ковалентные связи, способствующие димеризации радикалов. Радикалы могут быть стабильными, если димеризация приводит к образованию слабой связи или неспаренные электроны стабилизируются за счет делокализации . Напротив, радикалы в химии d- и f-блоков очень распространены. Менее направленные, более размытые d- и f-орбитали, на которых находятся неспаренные электроны, менее эффективно перекрываются, образуют более слабые связи, и, таким образом, димеризация обычно нежелательна. Эти d- и f-орбитали также имеют сравнительно меньшую радиальную протяженность, что препятствует перекрытию с образованием димеров.

Существуют относительно более стабильные образования с неспаренными электронами, например, молекула оксида азота имеет такой. Согласно правилу Хунда , спины неспаренных электронов ориентированы параллельно, и это придает этим молекулам парамагнитные свойства.

Наиболее устойчивые примеры неспаренных электронов находятся на атомах и ионах лантаноидов и актинидов . Неполная f-оболочка этих сущностей не очень сильно взаимодействует с окружающей средой, в которой они находятся, и это препятствует их спариванию. Ионы с наибольшим количеством неспаренных электронов — это Gd. ³⁺ и см ³⁺ с семью неспаренными электронами.

Неспаренный электрон имеет магнитный дипольный момент , тогда как пара электронов не имеет дипольного момента, поскольку два электрона имеют противоположные спины, поэтому их магнитные дипольные поля направлены в противоположные стороны и компенсируются. Таким образом, атом с неспаренными электронами действует как магнитный диполь и взаимодействует с магнитным полем . Только элементы с неспаренными электронами обладают парамагнетизмом , ферромагнетизмом и антиферромагнетизмом .