إلكترون منفرد

في الكيمياء ، يُعرف الإلكترون المنفرد بأنه إلكترون يشغل مدارًا ذريًا منفردًا، وليس جزءًا من زوج إلكتروني . يتسع كل مدار ذري (يُحدد بالأعداد الكمية الثلاثة n و l و m) لإلكترونين ( زوج إلكتروني ) ذوي دوران مغزلي متعاكس . ولأن تكوين أزواج الإلكترونات غالبًا ما يكون مُفضلاً من الناحية الطاقية، سواءً في صورة رابطة كيميائية أو كزوج إلكتروني حر ، فإن الإلكترونات المنفردة نادرة نسبيًا في الكيمياء، لأن الجسيم الذي يحمل إلكترونًا منفردًا يكون عادةً شديد التفاعل. في الكيمياء العضوية، تظهر هذه الإلكترونات عادةً لفترة وجيزة فقط أثناء تفاعل على جسيم يُسمى الجذر الحر ؛ ومع ذلك، فإنها تلعب دورًا هامًا في تفسير مسارات التفاعل.

تُعدّ الجذور الحرة نادرة في كيمياء الفئتين s و p، حيث يشغل الإلكترون المفرد مدارًا تكافؤيًا من نوع p أو مدارًا مهجنًا من نوع sp أو sp² ^أو sp³ ^. تتميز هذه المدارات بتوجيه قوي، ولذلك تتداخل لتكوين روابط تساهمية قوية، مما يُفضّل تكوين ثنائيات الجذور الحرة. يمكن أن تكون الجذور الحرة مستقرة إذا كان تكوين الثنائيات سيؤدي إلى رابطة ضعيفة، أو إذا استقرت الإلكترونات المفردة بفعل عدم التمركز . في المقابل، تُعدّ الجذور الحرة شائعة جدًا في كيمياء الفئتين d و f. تتداخل مدارات d و f الأقل توجيهًا والأكثر انتشارًا، والتي تتواجد فيها الإلكترونات المفردة، بشكل أقل فعالية، وتُكوّن روابط أضعف، وبالتالي يكون تكوين الثنائيات غير مُفضّل عمومًا. كما تتميز مدارات d و f هذه بامتداد شعاعي أصغر نسبيًا، مما يُقلّل من احتمالية التداخل لتكوين ثنائيات. ^{[ 1 ]}

توجد مركبات أكثر استقرارًا نسبيًا تحتوي على إلكترونات غير مزدوجة، مثل جزيء أكسيد النيتريك . ووفقًا لقاعدة هوند ، فإن دوران الإلكترونات غير المزدوجة يكون متوازيًا، مما يُكسب هذه الجزيئات خصائص مغناطيسية مسايرة .

توجد أكثر الأمثلة استقرارًا للإلكترونات غير المزدوجة في ذرات وأيونات اللانثانيدات والأكتينيدات . لا يتفاعل الغلاف الإلكتروني f غير المكتمل لهذه العناصر بقوة مع البيئة المحيطة بها، مما يمنعها من تكوين أزواج إلكترونية. أما الأيونات التي تحتوي على أكبر عدد من الإلكترونات غير المزدوجة فهي Gd³⁺ و Cm³⁺ ، ^{حيث يمتلك كل} منهما سبعة إلكترونات غير مزدوجة.

يمتلك الإلكترون المفرد عزم ثنائي قطب مغناطيسي ، بينما لا يمتلك زوج الإلكترونات عزم ثنائي قطب لأن للإلكترونين دورانًا متعاكسًا، وبالتالي يكون مجالهما المغناطيسي ثنائي القطب في اتجاهين متعاكسين، مما يؤدي إلى إلغاء أحدهما الآخر. لذا، تعمل الذرة التي تحتوي على إلكترونات مفردة كقطب مغناطيسي وتتفاعل مع المجال المغناطيسي . وتُظهر العناصر التي تحتوي على إلكترونات مفردة فقط خصائص المغناطيسية المسايرة ، والمغناطيسية الحديدية ، والمغناطيسية المضادة للحديد .