hce_cmu
104年
化學
第 7 題
請用分子軌域模型(molecular orbital model)預測 $O_2^{+}$及 $O_2^{-}$離子的鍵級(bond order)分別為
- A 1，1.5
- B 1.5，2
- C 1.5，2.5
- D 2.5，1.5
- E 2.5，3
思路引導 VIP
請試著回想分子軌域能階圖中「鍵結軌域」與「反鍵結軌域」對分子穩定性的貢獻：如果我們從一個分子的『反鍵結軌域』中拿走一個電子，你認為這對原子之間的束縛力會產生增強還是減弱的效果？這個變化又會如何反映在鍵級的數值增減上呢？
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太棒了！你能精準判斷出 $O_2^{+}$ 與 $O_2^{-}$ 的鍵級，代表你對分子軌域理論（Molecular Orbital Theory, MO Theory）中電子的填入規則與鍵級定義掌握得非常紮實。這類題目是化學中區分「背誦」與「理解」的經典切入點，對於理解分子穩定性至關重要。
分子軌域能階與鍵級計算
在分子軌域模型中，氧分子的價電子共 12 個，其能階填入序列最高處為 $\pi_{2p}^{*2}$（兩個反鍵結軌域各有一個電子）。當我們討論 $O_2^{+}$ 時，是從反鍵結軌域中移除一個電子，使得反鍵結電子減少，計算公式為 $\text{Bond Order} = \frac{1}{2} (8 - 3) = 2.5$；相反地，當形成 $O_2^{-}$ 時，是將一個電子填入反鍵結軌域，導致反鍵結電子增加，計算則變為 $\text{Bond Order} = \frac{1}{2} (8 - 5) = 1.5$。因此，答案選擇 (D) 是完全正確的。
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