未成对电子（分子轨道中以单颗存在的电子）

简介

在d和f轨域中有不成对电子的自由基是较常见的，因这两种轨域较不具方向性，因此不成对电子不能有效地形成稳定的二聚体。

在一些稳定的分子中也会出现不成对电子。氧分子中有两颗不成对电子，而一氧化氮中有一颗。氧分子中不成对电子的自旋方向必然一致，因此氧元素表现出顺磁性。

镧系元素中的不成对电子是最稳定的，它们的f轨域不太与外界反应，不成对电子更难形成化学键。具有最多不成对电子的原子是Gd，有七颗不成对电子。

电子对

电子对

根据泡利不相容原理、一原子中的电子不能有同一量子数，若电子要留在同一分子轨道中（主量子数、角量子数、磁量子数一致），需改变其自旋量子数。电子为费米子，其自旋为-1/2或+1/2，因此一分子轨道中只能有一对电子。

因在同一分子轨道中的电子对自旋方向相反，它们的磁矩会互相抵消。有时侯电子对受到外磁场影响，产生净磁矩，形成抗磁性现象。

成对的电子较为稳定，但不成对电子也是存在的。

电子对有如下功用：

• 于原子间形成化学键；

• 作为孤电子对；

• 位于原子的核心轨域。

此外，即使电子不处于原子轨域中，它们在极低能量的状态时会因电子间的微小引力而结合，成为库柏对。

化学键

化学键

在原子中，带负电、绕原子核运行的电子与核内带正电的质子互相吸引，而位于两原子核之间的电子则皆受两方吸引。因此，原子核和电子间最稳定的组态，是当电子位处两原子核间之时。这些电子使原子核能够彼此相吸，形成所谓的化学键。然而，化学键并不能减少个别粒子所构成的体积。由于电子的质量较小且具有物质波性质，它们相较于原子核而言占据了极大部分的体积，使原子核之间距离较远。

一般而言，强化学键的形成伴随着原子间电子的共用或转移。分子、晶体、金属和双原子气体，事实上几乎生活中所有外在环境，都是由化学键所维系而来；它决定了物质的结构。

分子轨道理论

科学家认为“电子”是以一种称为费米子（Fermions）的型态存在于物质空间之中，电子在原子之中时是以不同能阶的原子轨域（AtomicOrbital）存在，氢原子光谱的实验就是电子在不同能量原子轨域间存在的证明，由此可更进一步的推广多电子原子的原子轨域，以及原子和原子形成分子的分子轨域理论（Molecular Orbital Theory）之理论模型，最后再利用量子化学中数学形式的条件限制，探讨与解释电子存在空间中的情况。

由微观世界的眼光看来，分子所存在的空间即是其电子密度分布所占据的空间，化学家定义连结原子和原子成为分子的作用为“化学键”，以量子化学的观念看来，化学键的形成主因是由于原子轨域的相互重叠，使得原有的轨域能阶分布改变，因而形成能量较稳定的分子轨域，也因此最直接影响化学键的形成因素就是电子密度的重新分布。

利用电子密度之分布可以找出两个相邻原子间电子密度极大值，其电子密度极大值的连线便是原子间化学键键结之路径，进一步的利用原子间电子密度极大值的等位面加以分别原子所占有的区域，可以界定出原子位于分子中所占据的空间大小。