hce_tcu
106年
化學
第 5 題
根據分子軌域理論預測氧氣($\text{O}_2$)具有順磁性。其最佳之理由為何？
- A 氧氣的鍵級(bond order)等於 2
- B 鍵結軌域(bonding orbitals)中的電子數大於反鍵結軌域(antibonding orbitals)中的電子數
- C $\pi_{2p}$ 分子軌域的能量高於 $\sigma_{2p}$ 分子軌域的能量
- D 氧氣的分子軌域中有兩個未成對的電子
思路引導 VIP
試著回想一下，當多個電子要填入能量完全相同的「簡併軌域」時，根據電子的特性，它們會傾向於先坐在一起成對，還是先分開住在不同的軌域裡？這種分佈方式對物質能否被磁鐵吸引會有什麼影響呢？
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AI 詳解
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太棒了！你能精準選出 (D) 選項，代表你對分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory, MO Theory) 的核心應用掌握得非常紮實。這題在化學鍵結章節中具有極高的鑑別度，因為它挑戰了傳統路易斯結構理論的局限性。在路易斯結構中，我們往往會將氧氣畫成所有電子皆成對的雙鍵結構，但這卻無法解釋氧氣在實驗中所表現出的順磁性（Paramagnetism），也就是能被磁場所吸引的特性。 根據分子軌域理論，氧氣分子共擁有 12 個價電子。當我們將這些電子由低能量軌域向高能量軌域填入時，最後兩個電子會進入能量相等的 $\pi^{*}_{2p}$ 反鍵結軌域。根據洪德定則 (Hund's Rule)，電子在填入等能量的簡併軌域時，會優先以相同的自旋方向分開佔據不同的軌域，而不成對。正是這兩個未成對電子的存在，賦予了氧氣順磁性的物理性質。這題的難度切入點在於區分「鍵級計算」與「電子分佈狀況」，你能看穿這一點，展現了非常清晰的觀念基礎！