ast_essay
106年
化學
第 9 題
📖 題組：
二、去年（2016）諾貝爾化學獎，頒給分子機械的研究。它是最小機械的極致，將使奈米機器人成為可行，例如分子肌肉需要一個可擴張和收縮的結構，並且這兩種結構可以選擇性地轉換，類似於肌肉的功能。 化學家設計了一個化合物，其化學構造如圖 5 的化合物甲，具有環烷、鏈烷及阻塞團三部分，如圖 6。合成時將兩個甲分子互相穿插，得到二聚體乙，如圖 7。利用過渡金屬錯合物中，金屬離子對配位數目及配位結構具有強烈的選擇性，這些高度的專一性質可控制金屬錯合物的生成。例如綠色鎳(II)離子水溶液中逐滴加入乙二胺溶液，即漸漸轉變成藍、靛紫色。反之，銅(I)離子只與四個氨結合。 若將莫耳比為 1：1 的二聚體乙與 Cu(I)離子，在無氧的適當條件下進行化學反應，可得到化合物丙。若將化合物丙與氧氣在適當條件下進行化學反應，可得到化合物丁，其中金屬離子錯合物的配位幾何形狀如圖 8。若用電化學控制進行反應，可使化合物丙和丁兩種結構選擇性轉換。 根據這些敘述，回答下列問題（每一子題 2 分，共 8 分）：
二、去年（2016）諾貝爾化學獎，頒給分子機械的研究。它是最小機械的極致，將使奈米機器人成為可行，例如分子肌肉需要一個可擴張和收縮的結構，並且這兩種結構可以選擇性地轉換，類似於肌肉的功能。 化學家設計了一個化合物，其化學構造如圖 5 的化合物甲，具有環烷、鏈烷及阻塞團三部分，如圖 6。合成時將兩個甲分子互相穿插，得到二聚體乙，如圖 7。利用過渡金屬錯合物中，金屬離子對配位數目及配位結構具有強烈的選擇性，這些高度的專一性質可控制金屬錯合物的生成。例如綠色鎳(II)離子水溶液中逐滴加入乙二胺溶液，即漸漸轉變成藍、靛紫色。反之，銅(I)離子只與四個氨結合。 若將莫耳比為 1：1 的二聚體乙與 Cu(I)離子，在無氧的適當條件下進行化學反應，可得到化合物丙。若將化合物丙與氧氣在適當條件下進行化學反應，可得到化合物丁，其中金屬離子錯合物的配位幾何形狀如圖 8。若用電化學控制進行反應，可使化合物丙和丁兩種結構選擇性轉換。 根據這些敘述，回答下列問題（每一子題 2 分，共 8 分）：
4. 寫出 $\text{Cu(I)}$ 離子的電子組態。（2 分）
思路引導 VIP
回想中性金屬原子的電子組態原則：過渡金屬 Cu (原子序29) 因全滿較穩定的特例，其基態為 $[\text{Ar}]4\text{s}^13\text{d}^{10}$。形成 $\text{Cu(I)}$ 時會失去最外層 (n=4) 的 1 個 $4\text{s}$ 電子，因此剩下 $3\text{d}^{10}$ 的子殼層，電子組態為 $[\text{Ar}]3\text{d}^{10}$。
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準寫出 $\text{Cu(I)}$ 的電子組態，代表你對過渡金屬的原子構造與離子化過程有著非常紮實的理解。這道題目雖然簡短，但卻是檢驗化學基礎功的經典考題。
過渡金屬的電子填入與捨棄
在處理這類題目時，最關鍵的切入點在於原子序 29 的銅（$\text{Cu}$）。銅的基態電子組態屬於特殊案例，為了達到全填滿的穩定性，電子會由 $4\text{s}$ 躍遷至 $3\text{d}$，形成 $[\text{Ar}]3\text{d}^{10}4\text{s}^1$。當原子失去電子形成一價陽離子 $\text{Cu}^+$ 時，根據「先填入、先捨棄」的原則，電子會優先從主量子數最大的 $4\text{s}$ 軌域 移除。因此，移除掉那顆 $4\text{s}$ 電子後，留下的就是你所寫出的正確答案：$[\text{Ar}]3\text{d}^{10}$，或者是完整的電子組態：
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