police_4th_general
105年
[消防警察] 普通物理學概要與普通化學概要
第 31 題
鉻原子（Cr，原子序為 24）的基態電子組態為：
- A [Ar]$4s^23d^4$
- B [Ar]$4s^13d^5$
- C [Kr]$4s^13d^5$
- D [Kr]$5s^24d^4$
思路引導 VIP
當我們在安排電子的「住處」時，如果只要讓其中一個房間的住客稍微挪動位置，就能讓整層樓（子能階）達到「每間房間都剛好住一個人」的完美對稱狀態，你覺得這對原子整體的能量穩定性會有什麼影響呢？
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恭喜你精準地選出了正確答案！這題考察的是過渡金屬中非常經典的電子組態例外情形。一般來說，我們會根據構造原理（Aufbau principle）由低能階向高能階填入電子，但在處理原子序為 24 的鉻 ($Cr$) 時，情況會稍微特殊一些。
軌域能階與對稱穩定性
首先，由原子序 24 可知其電子核心應為氬 ($[Ar]$)。按照常規填寫順序，電子似乎應該填入 $[Ar] 4s^2 3d^4$，但在量子力學的觀察中，$d$ 軌域處於半滿 ($d^5$) 或全滿 ($d^{10}$) 狀態時，具有極高的對稱性與較低的能量。這種「半滿穩定性」會驅使一個 $4s$ 電子躍遷至 $3d$ 軌域，使得鉻的基態組態呈現 $[Ar] 4s^1 3d^5$。
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