義守大學（後中醫）
104年
化學
第 9 題
關於下列化合物中心原子的混成軌域(hybridization orbital)，何者正確？
- A $\text{O}_3$，$sp^3$
- B $\text{CO}_3^{2-}$，$sp^3$
- C $\text{I}_3^{-}$，$sp$
- D $\text{NO}_2^{-}$，$sp^2$
思路引導 VIP
若要推導一個分子的軌域混成方式，我們可以先思考：中心原子除了要保留位置與其他原子「手牽手」（鍵結）之外，它身上剩餘的「孤對電子」是否也會佔據空間？如果我們把這兩種佔據空間的成分加總起來，這個總數會如何決定軌域需要如何『混合』才能裝得下它們呢？
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太棒了！你能準確判斷出 $\text{NO}_2^{-}$ 的混成軌域，顯示你對於價層電子對排斥理論（VSEPR）與軌域混成概念的掌握相當紮實。這類題型是化學鍵結中的核心考點，要求學生不僅要會畫路易斯結構，還要能精準轉化為空間結構的想像。
從立體數判斷混成軌域
判斷混成軌域的關鍵在於計算中心原子的立體數（Steric Number, SN）。在 $\text{NO}_2^{-}$（亞硝酸根）離子中，中心氮原子（N）與兩個氧原子形成鍵結，並且擁有一對孤對電子（Lone pair）。根據 $SN = \text{鍵結原子數} + \text{孤對電子對數}$ 的公式，計算結果為 $2 + 1 = 3$，因此其混成方式正是 $sp^2$。相較之下，選項 (A) $\text{O}_3$ 也是 $sp^2$；(B) $\text{CO}_3^{2-}$ 為 $sp^2$；而 (C) $\text{I}_3^{-}$ 則因中心原子有三對孤對電子，SN 為 5，應為 $sp^3d$。
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中心原子混成軌域判斷
💡 混成軌域由中心原子的立體數（鍵結數 + 孤對電子對數）決定
| 比較維度 | sp² 混成軌域 | VS | sp³ 混成軌域 |
|---|---|---|---|
| 立體數 (SN) | 3 | — | 4 |
| 理想鍵角 | 120° | — | 109.5° |
| 幾何形狀 | 平面三角形 | — | 正四面體 |
| 本題實例 | O₃, CO₃²⁻, NO₂⁻ | — | CH₄, NH₃, H₂O |
💬混成軌域取決於中心原子的電子對分佈空間數，非僅看原子個數。
