อิเล็กตรอนขาดคู่

ในเคมี อิเล็กตรอนขาดคู่ คือ อิเล็กตรอนที่อยู่ในออร์บิทัลของ อะตอมเพียงตัวเดียว แทนที่จะอยู่เป็นคู่อิเล็กตรอน ออร์บิทัลเชิงอะตอมแต่ละวง (ระบุด้วยเลขควอนตัมสามตัว คือ n l และ m) สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สองตัว (คู่อิเล็กตรอน) ที่มีสปินตรงกันข้ามกัน เนื่องจากการจับตัวของคู่อิเล็กตรอนมักให้พลังงานต่ำที่สุด ไม่ว่าจะเป็นในรูปของพันธะเคมี หรือคู่โดดเดี่ยว อิเล็กตรอนที่ขาดคู่จึงไม่ค่อยพบในเคมี เพราะโดยปกติสารที่มีอิเล็กตรอนขาดคู่มักจะไวปฏิกิริยา ในเคมีอินทรีย์โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นเพียงช่วงสั้น ๆ ในระหว่างปฏิกิริยากับสารที่เรียกว่าอนุมูลอิสระ แต่สารนี้ก็ยังมีบทบาทสำคัญในการอธิบายวิถีปฏิกิริยาได้

อนุมูลอิสระไม่ค่อยพบในเคมีของกลุ่ม s และกลุ่ม p เนื่องจากอิเล็กตรอนขาดคู่กันจะอยู่ในเวเลนซ์ออร์บิทัล p หรือ ออร์บิทัลไฮบริด sp sp2 หรือ sp3 ออร์บิทัลเหล่านี้ระบุทิศทางที่ชัดเจน และด้วยเหตุนี้จึงทับซ้อนกันเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์แรง ซึ่งส่งเสริมให้เกิดไดเมอร์ของอนุมูลอิสระ อนุมูลอิสระเสถียรได้หากการเกิดไดเมอร์ส่งผลให้เกิดพันธะอ่อน หรือทำให้อิเล็กตรอนขาดคู่เสถียรโดยการไม่ประจำที่ ในทางกลับกัน อนุมูลอิสระในเคมีกลุ่ม d และกลุ่ม f พบได้ทั่วไป ออร์บิทัล d และ f ที่ระบุทิศทางน้อยกว่าและกระจายตัวมากกว่า ซึ่งมีอิเล็กตรอนขาดคู่อยู่ จะทับซ้อนกันได้น้อยลง ก่อให้เกิดพันธะที่อ่อนแอกว่า และด้วยเหตุนี้ การเกิดไดเมอร์มักจะไม่เกิดขึ้น ออร์บิทัล d และ f เหล่านี้ยังมีส่วนขยายในแนวรัศมีที่เล็กกว่าเมื่อเปรียบเทียบ ซึ่งทำให้ไม่เกิดการทับซ้อนกันจนก่อให้เกิดไดเมอร์

มีสารที่เสถียรกว่าซึ่งมีอิเล็กตรอนขาดคู่ เช่น โมเลกุลไนตริกออกไซด์ มีหนึ่งตัวตามกฎของฮุนด์ สปินของอิเล็กตรอนขาดคู่จะเรียงตัวขนานกัน ซึ่งทำให้โมเลกุลเหล่านี้มีคุณสมบัติพาราแมกเนติก

ตัวอย่างที่เสถียรที่สุดของอิเล็กตรอนขาดคู่พบในอะตอมและไอออนของแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ ระดับชั้นย่อบ f ที่ไม่เต็มของสารเหล่านี้จะไม่ทำปฏิกิริยากับสภาพแวดล้อมมากนัก และทำให้ไม่สามารถจับคู่ได้ ไอออนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนขาดคู่มากที่สุดคือ Gd 3+ และ Cm 3+ ซึ่งมีอิเล็กตรอนขาดคู่ 7 ตัว

อิเล็กตรอนขาดคู่จะมีโมเมนต์ขั้วคู่แม่เหล็ก ในขณะที่คู่อิเล็กตรอนไม่มีโมเมนต์ไดโพล เนื่องจากอิเล็กตรอนทั้งสองมีสปินตรงกันข้ามกัน ดังนั้นสนามไดโพลแม่เหล็กจึงอยู่ในทิศทางตรงข้ามและหักล้างกัน ดังนั้นอะตอมที่มีอิเล็กตรอนขาดคู่จะทำหน้าที่เป็นไดโพลแม่เหล็ก และมีปฏิกิริยาต่อสนามแม่เหล็ก เฉพาะธาตุที่มีอิเล็กตรอนขาดคู่เท่านั้นที่แสดงคุณสมบัติพาราแมกเนติก เฟร์โรแมกเนติก และ แอนติเฟร์โรแมกเนติก

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:พันธะเคมี
หมวดหมู่:เคมีควอนตัม