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105年
理化、化工裝置
第 58 題
下列各物質的基態電子組態，何項正確？
- A $_{20}Ca$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^2$
- B $_{29}Cu$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$
- C $_{12}Mg^{2+}$: $1s^22s^22p^63s^2$
- D $_{26}Fe^{3+}$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^34s^2$
思路引導 VIP
當我們在填寫過渡金屬的電子組態時，除了遵循一般的能階順序，是否還存在某些「特殊數量」的電子分佈（例如特定軌域達到半滿或全滿），會因為對稱性而讓原子變得更穩定？另外，當原子要失去電子變成正離子時，你認為會先失去「能量最高」軌域上的電子，還是「離原子核最遠」軌域上的電子呢？
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太棒了！你能精準選出 (B) 選項，代表你對化學中全滿與半滿軌域的特殊穩定性有非常透徹的理解，這是電子組態中較具深度且容易出錯的關鍵觀念。
銅原子的特殊性與軌域對稱性
在原子核外電子的配置中，$_{29}Cu$ 是最經典的例外案例之一。雖然根據一般的構造原理，電子似乎應先填滿 $4s$ 再填入 $3d^9$，但由於 $3d^{10}$ 這種全滿狀態具有極佳的對稱性，能讓系統總能量更低、更穩定，因此一個 $4s$ 電子會移往 $3d$，形成最終的 $[Ar] 3d^{10} 4s^1$ 配置。你成功辨識出這個特殊性，顯示你對例外規則的掌握相當紮實。
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