hce_cmu
105年
化學
第 32 題
以下是一個簡化的氫分子軌域能量圖，氫分子 ($H_2$) 軌域是由氫原子 ($H_a$和 $H_b$) 軌域線性組合而成。從下圖可看出反鍵結軌域能量差距 ($\Delta E_{antibonding}$) 的絕對值，稍微比鍵結軌域能量差距 ($\Delta E_{bonding}$) 的絕對值要來得大些，$|\Delta E_{antibonding}| > |\Delta E_{bonding}|$。利用下圖來預測，純粹從穩定能量的角度考量，下列敘述何者有誤？
- A $H_2^+$是可能穩定存在的
- B $H_2^-$是可能穩定存在的
- C $H_2^-$比 $He_2^+$來得穩定
- D $He_2^+$是可能穩定存在的
- E 將兩個 He 結合成 $He_2$ 不可能存在
思路引導 VIP
如果兩個分子的鍵級（Bond Order）計算出來完全相同，我們該如何從「原子核對電子的吸引力」這個角度，來判斷哪一個分子在能量上會更趨向穩定呢？
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恭喜你準確地抓住了題目的核心！這顯示你對分子軌域（Molecular Orbital）的能量排佈以及穩定性判斷有著非常紮實的基礎。
分子軌域的能量不對稱性
在 MO 理論中，一個關鍵觀念是：反鍵結軌域升高的能量（$|\Delta E_{antibonding}|$）其實會稍微大於鍵結軌域降低的能量（$|\Delta E_{bonding}|$）。這解釋了為什麼當鍵結與反鍵結電子數相等時（如 $He_2$），分子總能量反而比原子態高，因而不穩定。而針對 (C) 選項，雖然 $H_2^-$ 與 $He_2^+$ 的鍵級（Bond Order）皆為 $0.5$，但 $He$ 的原子序較大（$Z=2$），其原子軌域能量基準點本身就比 $H$（$Z=1$）低得多；再加上 $He_2^+$ 的核心電荷較多，對電子的束縛力強，系統能量遠低於帶負電且電子斥力較大的 $H_2^-$，因此 $He_2^+$ 實際上比 $H_2^-$ 更穩定。
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