В химии неспаренный электрон — это электрон , который занимает орбиталь атома отдельно, а не как часть электронной пары . Каждая атомная орбиталь атома (определяемая тремя квантовыми числами n, l и m) имеет возможность 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 сущность, которая несет неспаренный электрон, обычно довольно реактивна. В органической химии они обычно встречаются только кратковременно во время реакции с сущностью, называемой радикалом ; однако они играют важную роль в объяснении путей реакции.
Радикалы нечасто встречаются в s- и p-блочной химии, поскольку неспаренный электрон занимает валентную p-орбиталь или sp, sp 2 или sp 3 гибридную орбиталь . Эти орбитали являются строго направленными и, следовательно, перекрываются, образуя сильные ковалентные связи, благоприятствуя димеризации радикалов. Радикалы могут быть стабильными, если димеризация приведет к слабой связи или неспаренные электроны стабилизируются делокализацией . Напротив, радикалы в d- и f-блочной химии очень распространены. Менее направленные, более диффузные d- и f-орбитали, в которых находятся неспаренные электроны, перекрываются менее эффективно, образуют более слабые связи, и, таким образом, димеризация, как правило, неблагоприятна. Эти d- и f-орбитали также имеют сравнительно меньшее радиальное расширение, что неблагоприятно для перекрытия с образованием димеров. [1]
Существуют относительно более стабильные образования с неспаренными электронами, например, молекула оксида азота имеет один. Согласно правилу Хунда , спины неспаренных электронов выстроены параллельно, и это придает этим молекулам парамагнитные свойства.
Наиболее стабильные примеры неспаренных электронов обнаружены на атомах и ионах лантаноидов и актинидов . Незавершенная f-оболочка этих объектов не очень сильно взаимодействует с окружающей средой, в которой они находятся, и это препятствует их спариванию. Ионы с наибольшим числом неспаренных электронов — это Gd3 + и Cm3 + с семью неспаренными электронами.
Неспаренный электрон имеет магнитный дипольный момент , в то время как электронная пара не имеет дипольного момента, поскольку два электрона имеют противоположные спины, поэтому их магнитные дипольные поля находятся в противоположных направлениях и компенсируют друг друга. Таким образом, атом с неспаренными электронами действует как магнитный диполь и взаимодействует с магнитным полем . Только элементы с неспаренными электронами проявляют парамагнетизм , ферромагнетизм и антиферромагнетизм .