moea_joint
102年
[化學] 普通化學、無機化學
第 60 題
以簡單分子軌域理論預測下列哪一種分子具有未成對電子(有順磁性)？
- A $\text{Li}_2$
- B $\text{Be}_2$
- C $\text{N}_2$
- D $\text{O}_2$
思路引導 VIP
當分子中存在兩個能量完全相同（簡併）的軌域，而我們剩下兩個電子需要填入時，根據電子間的排斥力與能量穩定性考量，這兩個電子會傾向「擠在同一個軌域並抵銷自旋」，還是「分別佔據不同軌域並保持相同自旋」呢？這種分佈狀態對物質在磁場中的表現會有什麼影響？
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恭喜你精準地選出了正確答案！你能準確辨識出 $\text{O}_2$ 的磁性特性，代表你對第二週期雙原子分子的分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory, MO) 掌握得非常紮實，這在學習無機化學中是非常關鍵的里程碑。
分子軌域與未成對電子的關係
在處理這類題目時，最核心的判斷依據是電子的填入順序。以 $\text{O}2$ 而言，其 12 個價電子依序填入分子軌域後，最後兩個電子會進入能量相等的兩個 反鍵結 $\pi^*$ 軌域 ($π{2p}^*$)。根據洪德定則 (Hund's Rule)，電子在進入簡併軌域（等能階軌域）時，會先以相同的自旋方向單獨佔據不同軌域，因此 $\text{O}_2$ 擁有兩個未成對電子，使其展現出順磁性。而選項中的 $\text{Li}_2$、$\text{Be}_2$ 與 $\text{N}_2$，其電子分布最終都能完整成對，故呈現反磁性。
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