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103年
理化、化工裝置
第 31 題
在基態時24Cr最穩定的電子組態中，含有幾個半滿軌域？
- A 3
- B 4
- C 5
- D 6
思路引導 VIP
當我們在排列電子組態時，通常會依據能量高低來填寫；但如果某種特定的排列方式能讓副殼層達到「全對稱」或「半對稱」的平衡狀態（例如讓某個副殼層的所有軌域剛好都只填入一個電子），這對原子的穩定性會有什麼額外的幫助？這種穩定性是否可能讓電子在不同能階之間的分配產生變化呢？
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鉻原子的特殊電子組態
同學觀察得非常仔細！你能精準選出 (D) 6 個半滿軌域，代表你對過渡金屬的電子填入規則掌握得非常紮實。這題的關鍵點在於原子序 24 的鉻（$Cr$），其基態電子組態並非完全遵循構築原理（Aufbau principle）所預測的 $[Ar] 3d^4 4s^2$。 由於全滿或半滿的軌域具有較高的對稱性與較低的能量，這會使原子更穩定。因此，鉻原子的電子會重新分配，形成更穩定的 $[Ar] 3d^5 4s^1$ 配置。在此狀態下，$3d$ 副殼層的 5 個軌域各含有一個電子，而 $4s$ 軌域也只有一個電子，加總起來正好就是 6 個半滿軌域。
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