孤對電子是什麼？

01-07

看到一句話:「孤獨的電子」，文科生表示不知道是什麼東西。

感謝邀請。既然是給文科生解釋，我來講得簡單一點，需要注意我的這個講法是不嚴謹的。

在現代，對化學鍵的描述應該要涉及到量子力學，「孤對電子」這樣的說法沿襲自歷史上對化學鍵的一些看法，現在看來是某種實用而不準確的但有時候還能幫助我們分析很多問題的一種概念。

我就不往更學術的方向說了，這裡已經有了許多很好的學術的回答。

原子是由帶正電的原子核和帶負電的核外電子所構成的。
原子核外的電子通常是最外層的部分最容易得到或者失去，最外層的電子的數目對一個原子的化學性質影響特別大。
原子與原子（或者更多的原子們）合在一起可以形成分子（或者離子），形成分子之後，原先只屬於一個某原子的電子就可能不再只屬於那一個原子了。
將原子們結合在一起的力量叫做化學鍵，共用電子可以使得系統能量降低，它是一種形成化學鍵的好的策略，例如一個氧原子（外層6個電子）和兩個氫原子（每個氫原子外層都是1個電子）要形成化學鍵，於是氫原子各交出一個電子（屬於氧原子自己的還剩下4個電子），氧原子分別向兩個氫原子交出一個電子，這樣就有了兩對公用的電子，這兩對公用的電子像膠水一樣將氫原子和氧原子粘在一起，形成一個水分子。
在化學鍵形成之後，還剩下來的成對的電子就叫做孤對電子，例如前面提到的水分子的例子里，氧原子自己還剩下4個電子，這時候就是還剩下2對孤對電子。
孤對電子和未成對的電子是兩碼事。例如前面氧原子和氫原子形成水分子的例子，假設只有一個氧原子和一個氫原子來形成化學鍵，這時候氧原子就還剩下5個電子，這時候是兩對孤對電子和一個未能成對的電子。

謝邀：）

孤對電子是一個定性唯象的概念，應該來自於早期化學家對化學成鍵的樸素理解。

這個概念可以以如下方式簡單理解一下。

請先看原子軌道雜化的概念：怎樣理解碳原子sp、sp2、sp3雜化軌道的電子云圖？

比較常見的例子是水分子和氨氣分子。我們以氨分子為例：N原子的外層電子分布是 $(2s)^2 (2p)^3$，缺三個電子形成佔滿的「穩定結構」（氖）。在氨分子中，N原子的 n=2 殼層形成 sp3 雜化，就是一個 2s 和三個 2p (x,y,z) 雜化，變成四個組成上比較像的軌道，分別指向四面體的四個頂點，每個軌道可以放 0-2 個電子。這其中的三個軌道分別有一個來自於 N 的電子，並與三個 H 原子形成共價鍵，這時每個 H 原子也提供自己僅有的一個電子。成鍵以後，還有一個 sp3 雜化軌道是被兩個來自於 N 的電子佔據著，這一對電子就叫孤對電子。顯然，由於四個雜化軌道的化學環境不完全一樣，氨分子基態是一個三角錐的樣子，N 在一個頂點，三個 H 在其他三個等同的頂點，而孤對電子在 N 的另一側。

如果更進一步，氨分子捕獲一個 $H^{+}$ 離子，也就是一個紅果果的質子的話，這個質子更喜歡孤對電子那一邊，通過孤對電子跟氨分子結合在一塊，形成銨離子（這好像叫配位？不對的話麻煩做化學的同學指正），這樣就使得 N 周圍的四個雜化軌道化學環境完全相同，導致銨離子是一個正四面體，四個 H 在四個頂點，N 在中心。

水分子的情況類似，O 原子提供兩個成單電子跟兩個 H 結合，剩下兩對孤對電子。四個雜化軌道也傾向於形成四面體形，然而由於其中兩個軌道上只有電子沒有原子，所以我們經常看到的水分子是一個扇形的，O，兩個H分別在三個頂點。

@傅渥成 @任浩二位理論講的已經非常好了，我用更淺顯一些的語言隨便扯一下。

聲明：本文適合高中及以下學生觀看，成年人請在未成年人指導下閱讀。

0. 背景

0.1 原子結構

「孤對電子」的概念來源於早期較為簡陋的、對於原子結構的描述方法。沿用初中化學書的說法，原子內部的結構如同一個小型太陽系，有一個位置相對固定的原子核和數個繞核旋轉的電子，即盧瑟福模型（Rutherford model）；而各種化學反應，則發生那些最外層的電子上（Outer Shell Electron）。

Neutron = 中子
Proton = 質子
Electron = 電子

0.2 電子式

當然，懶惰的化學家們不可能每畫一個原子，就把它所有的電子排布都畫出來；於是，從 18 至 19 世紀開始，便有各種各樣的電子式被源源不斷地發明了出來，若是一一拿出來展覽，恐怕這個答案會就此偏了題；所幸萬變不離其宗，它們都是用「元素符號+外層電子」的方法表示，比如以下這個最簡陋（也是最常用）的版本：

意思是：一個孤立的氟（F）原子的最外層，有 7 個電子。

這七個小圓點當然也不是隨便一畫就能了事，需要遵循電子排布的規律（Hund"s Rule，Aufbau principle 及 Pauli Exclusion Principle），兩兩成對；拿元素周期表的前 20 號元素舉例，它們還需遵循「Octet Rule」 ——即一個原子的最外層電子，最多、也是最穩定的情況下，是 8 個。換句話說，可以想像成原子家有 4 間房，每個房間可以住兩個電子 —— 而電子又是特別缺乏安全感的生物，必須兩兩抱團在一起（孤對電子）。多出來的一個電子（未成鍵電子），則只能孤單地呆在自己的房間（軌道）里，等著別人住進來。

1. 正文

1.1 化學鍵

理解了以上的背景（雖然其中很多理論都過時了，但對於初學者還是具有一定的指導意義）之後，該談談化學鍵了。

對於化學鍵，用稍微科學一點的講法，可能是原子軌道間的 overlap，稍微學過點化學的人會告訴你：原子間只有電子云形成的引力或斥力，並沒有一根真正的「鍵」連接兩個原子。這話聽起來總是讓人覺得雲里霧裡；而「不科學」的說法則可愛多了：化學鍵是兩個原子上的未成鍵電子「配對」的過程。

比如HF，是這樣的：

氫（H）原子的電負性很弱，所以外層的電子就像軟妹子一樣，柔弱又害羞；氟（F）原子的電負性很強，對氫原子具有非常強的吸引力；於是，當氫原子和氟原子一相遇，兩個未配對的電子便結合在一起，緊緊拉住，變得難以分開……就像這樣。其中，氫氟的成鍵電子快樂地生活在一起，而氟原子上剩下的 3 對電子，則只能在一邊寂寞相望——孤對電子。

當然，氫原子的電負性不算最弱，所以比較矜持；更誇張的有如NaCl：

一見面便有如乾柴烈火，Na 妹子身上的電子和 Cl 身上的電子不僅配成了一對，更是直接住進了 Cl 家……那感情，簡直濃的如膠似漆，直到天崩地裂，海枯石爛，Facebook 解封，才能把它們分開……或者，只要放到水裡就行了。

1.2 「孤獨的電子」

似乎說到「孤獨的電子」，大家總是會想到未成鍵電子——獨守空房，寂寞難耐，渴望與夢中的電子結合成鍵……

可我想說，真正孤獨的，難道不是孤對電子嗎？未成鍵電子，雖然看起來孤單，卻生活地有希望、有期盼：他堅信總有一天，會有另一枚香噴噴、軟綿綿、可愛至極的電子找到它，從此 live happily together，幸福美滿地生活在穩定的化學鍵上；而孤對電子，雖然房間（軌道）一直滿著，心卻是空的：這一生中，幾乎不會再有任何機會，讓他找到屬於自己的另一半——雖然室友和自己一模一樣，卻少了那種因為電負性而產生的奇妙的化學反應，更別說體驗強到令人激動不已的原子間引力了。

孤對電子——Forever A 『lone』

2. 結尾

科學的發展早已證實：這套理論缺陷很大，並不能解釋所有成鍵現象。本文以娛樂為主，如果想要深入了解，請閱讀專業書籍。

嚴肅閱讀，請點擊這裡：Lone pair

請學習使用百度百科（-_-#）：孤對電子_百度百科

按照提問者的詩句，這貌似指的是單個未成鍵的電子，而非孤對電子。。因為孤對電子那也是一對，兩個。

電子不是在成對，就是在成對的路上啊。。。

自然界厭惡孤獨的電子！

以下抄襲自百度百科：

分子中除了用於形成共價鍵的鍵合電子外，還經常存在未用於形成共價鍵的非鍵合電子。這些未成鍵的價電子對叫做孤對電子。

所謂「孤」是因為它未成鍵，而「對」是因為兩個自旋相反的電子會配對。

孤對電子是分子或離子未共享價層的電子對。孤對電子在分子中的存在和分配影響分子的形狀、偶極矩、鍵長、鍵能等，對輕原子組成的分子影響尤為顯著。路易斯鹼(Lewis)的鹼性，配體通過配位原子與中心體的鍵合，親核反應的發生等均通過孤對電子。

一些常見的例子如：氨分子的氮原子上有一對孤對電子；水分子的氧原子上有兩對孤對電子等。由於孤對電子的電子云比成鍵電子對在空間的伸展大，對成鍵電子有更強的排斥作用，致使分子的鍵角減少。如甲烷無孤對電子，鍵角為109°28』，而氨和水分子的鍵角分別為107°18』和104.5°。在描述分子幾何構型時，不包括孤對電子，故甲烷分子為正四面體；氨分子為三角錐形而水分子則為彎曲形。

在雜化軌道理論裡面，孤對電子是決定分子構型的單元。實際上對於外層電子已經飽和的原子，孤對電子和通過共價鍵形成的一對電子在決定分子構型上幾乎沒有什麼區別（除了體積不一樣大對鍵角的影響）。因此，如果樓主了解一點兒共價鍵，就可以把孤對電子可以理解為兩個電子都來自同一個原子的共價鍵類似物。

至於這個概念的用途，除了分子構型以外，還和配位鍵有關。雖然這套理論很土，不過在有機裡面用的還是挺多的。

只被一個原子/離子所擁有的一對電子