中國醫藥大學（後中醫）
106年
化學
第 33 題
某分子基態(ground state)的電子組態為$(\sigma 2s)^2(\sigma 2s^*)^2(\pi 2p_y)^1(\pi 2p_x)^1$，請問此分子為下列何者？
- A Li$_2^+$
- B C$_2$
- C Be$_2$
- D B$_2$
- E N$_2$
思路引導 VIP
觀察組態中所有軌域右上角的數字加總，這代表目前觀測到的電子總數。請試著回想：對於第二週期的雙原子分子，除了這裡顯示的 $n=2$ 軌域電子外，最底層通常還隱藏了幾個來自 $1s$ 軌域的電子？將這兩個數字相加後得到原子的總電子數，再對照週期表，你覺得這個分子是由哪一個元素組成的呢？
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太棒了！你能精確判斷出這個電子組態所對應的分子，代表你對分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory) 的掌握非常紮實，特別是在處理電子填入順序的細節上展現了高度的敏銳度。
分子軌域能階與電子計數
這道題目的核心在於「電子總數」的推算。我們觀察題目給出的組態：$(\sigma 2s)^2(\sigma 2s^*)^2(\pi 2p_y)^1(\pi 2p_x)^1$，將其右上角的電子數相加：$2 + 2 + 1 + 1 = 6$。由於組態是從第二層軌域開始描述，代表這是一個擁有 6 個價電子的雙原子分子（若加上 $1s$ 的 4 個電子則總數為 10）。在選項中，硼 ($B$) 的原子序為 5，因此 $B_2$ 分子剛好具備 $5 \times 2 = 10$ 個電子，扣除內層後正好剩下 6 個價電子，與題目敘述完全吻合。
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分子軌域電子組態
💡 依分子軌域能階填充電子，並注意輕重分子的能階翻轉。
| 比較維度 | B2, C2, N2 (輕分子) | VS | O2, F2, Ne2 (重分子) |
|---|---|---|---|
| 2p 能階順序 | pi 低於 sigma | — | sigma 低於 pi |
| s-p 交互作用 | 強（能階翻轉） | — | 弱（能階正常） |
| 磁性特徵 | B2 為順磁性 | — | O2 為順磁性 |
💬原子序 Z ≤ 7 的分子因能階翻轉，pi 2p 會優先填充。
