Un elettrone spaiato è un elettrone che occupa un orbitale di un atomo da solo, piuttosto che come parte di una coppia di elettroni. Gli elettroni spaiati sono relativamente poco comuni perché un’entità che porta un elettrone spaiato è di solito piuttosto reattiva. Una formazione di coppie di elettroni è di solito energeticamente favorevole, sia sotto forma di un legame chimico che come coppia solitaria. In chimica organica, gli elettroni spaiati tipicamente si verificano solo brevemente durante una reazione su un’entità chiamata radicale. Tuttavia, giocano un ruolo importante nello spiegare i percorsi di reazione.
EPR
L’EPR, o risonanza paramagnetica degli elettroni, è una tecnica spettroscopica che rileva le specie che hanno elettroni spaiati. È anche chiamata ESR (Electron Spin Resonance). Gli elettroni spaiati includono i radicali liberi, molti ioni di metalli di transizione e difetti nei materiali.
Radicale libero
Un radicale è un atomo, molecola o ione che ha elettroni di valenza spaiati o un guscio elettronico aperto, e quindi può essere visto come se avesse uno o più legami covalenti “penzolanti”.
Questi legami “penzolanti”, con alcune eccezioni, rendono i radicali liberi molto reattivi chimicamente verso altre sostanze, o anche verso se stessi. Queste molecole spesso si dimerizzano o polimerizzano spontaneamente se entrano in contatto tra loro. La maggior parte dei radicali sono ragionevolmente stabili solo a concentrazioni molto basse in mezzi inerti o nel vuoto.
Paramagnetismo
Il paramagnetismo è una forma di magnetismo in cui certi materiali sono attratti da un campo magnetico applicato esternamente.
Le proprietà paramagnetiche sono dovute alla presenza di alcuni elettroni spaiati, e dal riallineamento dei percorsi degli elettroni causato dal campo magnetico esterno. I materiali paramagnetici includono magnesio, molibdeno, litio e tantalio.
Gli esempi più stabili di elettroni spaiati si trovano sugli atomi e sugli ioni dei lantanidi. Il guscio f incompleto di queste entità non interagisce molto forte con l’ambiente in cui si trovano e questo impedisce loro di essere accoppiati. Lo ione con il maggior numero di elettroni spaiati è Gd3+ (Gadolinio) con sette elettroni spaiati.