孤電子對(duì)（英語：Lone pair）或稱孤對(duì)電子，是不與其他原子結(jié)合或共享的成對(duì)價(jià)電子。存在于原子的最外圍電子殼層。電子對(duì)的概念由吉爾伯特·路易士在1916年首次提出，指位于同一分子軌道的一對(duì)不同自旋的電子。
生成
y光子從原子核近旁經(jīng)過時(shí)，在原子核的庫侖場(chǎng)作用下，y光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，這種過程稱為電子對(duì)生成（pair production），如圖1所示。電子對(duì)生成證明了能量可以轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。電子對(duì)生成的過程發(fā)生在原子核附近，只有這樣才能滿足能量和動(dòng)量守恒定律。產(chǎn)生電子對(duì)所需的最小能量為E=2mec2，此處，m是電子的靜止質(zhì)量。由于一個(gè)電子的靜止質(zhì)量等效于0．51MeV，要產(chǎn)生一個(gè)電子對(duì)，光子的能量必須大于1．02MeV(稱為產(chǎn)生電子對(duì)的能量閾值)。
高于閾能的光子，電子對(duì)生成產(chǎn)生的幾率隨原子序數(shù)的增加而增加，也隨光子能量增加而增加，能量在1.02—5MeV時(shí)，產(chǎn)生電子對(duì)生成的幾率增加比較慢，超過5MeV時(shí)增加較快。高能光子與原子序數(shù)大的物質(zhì)相互作用時(shí)，電子對(duì)生成效應(yīng)是主要的。另外，該過程正比于吸收體的Z2，因而，對(duì)于高Z物質(zhì)，電子對(duì)生成是主要的。
價(jià)層電子對(duì)
互斥理論
20世紀(jì)60年代初，吉勒斯匹（R．J．Gilespie）和尼霍母（R．S．Nyholm）發(fā)展了判斷分子或原子團(tuán)空間構(gòu)型的簡(jiǎn)單規(guī)則，稱為價(jià)層電子對(duì)互斥理論，簡(jiǎn)稱VSEPR理論（va-lence shell 電子 pair repulsion theory）。
價(jià)層電子對(duì)互斥理論基本要點(diǎn)：
（1）多原子共價(jià)型分子或原子團(tuán)的幾何構(gòu)型取決于中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。
中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)N等于中心原子形成的σ鍵數(shù)，NB與孤對(duì)電子對(duì)數(shù)NI之和：N=NB+NI。其中σ鍵數(shù)NB是與中心原子成鍵的原子數(shù)目，凡多重鍵只計(jì)σ鍵。孤對(duì)電子對(duì)數(shù)NI等于中心原子價(jià)電子數(shù)減去周圍各成鍵原子的未成對(duì)電子數(shù)之和后的一半。
（2）價(jià)層電子對(duì)盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小排斥力，滿足排斥力最小原則。
電子對(duì)問的夾角越小，排斥力越大，不同夾角斥力的大小順序?yàn)椋?0°>60°>90°>120°。
價(jià)層電子對(duì)的排斥力大小還與價(jià)層電子對(duì)的類型有關(guān)，斥力大小的一般規(guī)律如下：孤對(duì)電子—孤對(duì)電子>孤對(duì)電子—成鍵電子對(duì)>成鍵電子對(duì)一成鍵電子對(duì)。
電子對(duì)效應(yīng)
電子對(duì)效應(yīng)的作用結(jié)果是光子消失了，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)正電子。要保證能量和動(dòng)量能夠同時(shí)守恒，必須有第三者參加。在電子對(duì)效應(yīng)中，第三者可以是原子核，也可以是核外電子。單射光子的一部分能量2mec2（1.02 MeV）用于產(chǎn)生電子對(duì)（等于正負(fù)電子的靜止質(zhì)量），剩余的能量變?yōu)殡娮訉?duì)的動(dòng)能T+與T- 以及第三者的反沖能丁反，則有關(guān)系T+ + T- = hν—2mec2—T反 。
由狄拉克理論很容易理解電子對(duì)效應(yīng)，入射光子作用到負(fù)能態(tài)電子海洋中的一個(gè)負(fù)能電子上，使它躍遷到正能態(tài)，這時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴即正電子，到正能態(tài)上的電子即為電子。顯然要產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)，光子能量至少要大于正負(fù)能態(tài)的間隔2mec2，考慮到反沖能，產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)的閾能為hv閾 = 2mec2（1+me/M）。
M為吸收反沖能的第三者（原子核或電子）的質(zhì)量。因此，在原子核電磁場(chǎng)中閾值近于2mec2，而在電子電磁場(chǎng)中閾值近于4mec2，顯然光子主要是與原子核作用產(chǎn)生電子對(duì)，在光子能量超過4mec2后，光子與電子作用產(chǎn)生電子對(duì)的概率逐漸增加，但通常還是比前者小很多注意。在后一情況中，如果反沖電子的動(dòng)能較大而脫離束縛，則將產(chǎn)生三個(gè)電子。此外還可以看到，具有確定能量的光子產(chǎn)生的電子對(duì)的動(dòng)能之和為常數(shù)，但單個(gè)電子或正電子的能量可以從0到hv一2mec2。圖2是理論計(jì)算的產(chǎn)生的電子對(duì)的能量分布，Φ = re2Z（Z+1）/137，σp（T+）是正電子能量為丁+的微分截面。由圖2可見，在很寬的能量范圍內(nèi)，低能光子產(chǎn)生各種能量的電子對(duì)的概率接近相等，而高能光子作用傾向于其中一個(gè)電子得到絕大部分能量。
通常總截面盯由導(dǎo)數(shù)截面對(duì)能量T+積分而得，即為圖2中曲線下的面積乘以事。而當(dāng)產(chǎn)生的正負(fù)電子能量T+和T-還不夠大，滿足條件137mec2hv/（2T+T-2Z1/3）時(shí)，電子對(duì)產(chǎn)生的距離還未超過原子半徑，可以不考慮核外電子對(duì)原子核的屏蔽，光子在電荷為壓的原子核庫侖場(chǎng)中產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)的原子總截面是：
式中，r是電子的經(jīng)典半徑。當(dāng)T+和T-很大以至不滿足上述條件時(shí)，電子對(duì)產(chǎn)生距離超過原子半徑，核外電子對(duì)原子核庫侖場(chǎng)形成完全屏蔽，電子對(duì)效應(yīng)的原子總截面為：
因此，電子對(duì)效應(yīng)截面與原子序數(shù)Z2成正比，在光子能量較小時(shí)，隨hv增加截面線性增長(zhǎng)，然后近于對(duì)數(shù)增加，當(dāng)hv很大時(shí)，σ近于常數(shù)，與光子能量無關(guān)。吸收光譜總吸收系數(shù)在光子能量很高時(shí)，曲線又上升就是由于電子對(duì)效應(yīng)的貢獻(xiàn)，最后平坦不變。
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