Ein ungepaartes Elektron ist ein Elektron, das ein Orbital eines Atoms allein und nicht als Teil eines Elektronenpaars besetzt. Ungepaarte Elektronen sind relativ selten, da eine Einheit, die ein ungepaartes Elektron trägt, in der Regel ziemlich reaktiv ist. Eine Bildung von Elektronenpaaren ist in der Regel energetisch günstig, entweder in Form einer chemischen Bindung oder als einsames Paar. In der organischen Chemie treten ungepaarte Elektronen in der Regel nur kurzzeitig während einer Reaktion an einer als Radikal bezeichneten Einheit auf. Sie spielen jedoch eine wichtige Rolle bei der Erklärung von Reaktionsabläufen.
EPR
Ein EPR, oder Elektronenparamagnetische Resonanz, ist eine spektroskopische Technik, die Spezies mit ungepaarten Elektronen nachweist. Sie wird auch als ESR (Electron Spin Resonance) bezeichnet. Zu den ungepaarten Elektronen gehören freie Radikale, viele Übergangsmetallionen und Defekte in Materialien.
Freies Radikal
Ein Radikal ist ein Atom, Molekül oder Ion, das ungepaarte Valenzelektronen oder eine offene Elektronenhülle hat und daher als eine oder mehrere „baumelnde“ kovalente Bindungen angesehen werden kann.
Diese „baumelnden“ Bindungen machen freie Radikale, von einigen Ausnahmen abgesehen, chemisch sehr reaktiv gegenüber anderen Substanzen oder sogar gegenüber sich selbst. Diese Moleküle werden oft spontan dimerisieren oder polymerisieren, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Die meisten Radikale sind nur bei sehr geringen Konzentrationen in inerten Medien oder im Vakuum einigermaßen stabil.
Paramagnetismus
Paramagnetismus ist eine Form des Magnetismus, bei der bestimmte Materialien von einem von außen angelegten Magnetfeld angezogen werden.
Paramagnetische Eigenschaften sind auf das Vorhandensein einiger ungepaarter Elektronen und auf die Neuausrichtung der Elektronenbahnen durch das äußere Magnetfeld zurückzuführen. Zu den paramagnetischen Materialien gehören Magnesium, Molybdän, Lithium und Tantal.
Die stabilsten Beispiele für ungepaarte Elektronen finden sich in den Atomen und Ionen der Lanthaniden. Die unvollständige f-Schale dieser Elemente interagiert nicht sehr stark mit der Umgebung, in der sie sich befinden, und dies verhindert, dass sie gepaart werden. Das Ion mit der größten Anzahl ungepaarter Elektronen ist Gd3+ (Gadolinium) mit sieben ungepaarten Elektronen.