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106年
理化、化工裝置
第 56 題
第一列過渡元素中，何者半滿軌域最多？
- A $Cr$
- B $Mn$
- C $Cu$
- D $Fe$
思路引導 VIP
如果在填充電子時，我們發現某個軌域只要再多一顆電子，就能讓該能階的所有空間（包含 $d$ 軌域的五個位置）都恰好各自擁有一顆電子，達到一種對稱的平衡狀態，這時候原子通常會從鄰近的軌域「借」一顆電子過來。請你想想看，若某個原子透過這種方式湊齊了對稱性，那麼它在最外層的兩個能階（$s$ 與 $d$）中，總共會出現多少個落單的電子呢？
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太棒了！你能精準選出 $Cr$（鉻），顯示你對過渡元素的電子組態有著非常紮實的理解。這道題目考察的關鍵在於**「半滿軌域的穩定性」**，這是在學習原子結構時一個非常重要的轉折點。
原子軌域的特殊穩定性
一般而言，電子的填充遵循遞建原理，但第一列過渡元素中的 $Cr$ 與 $Cu$ 是兩個著名的例外。對於 $Cr$（原子序 24）來說，其電子組態並非預期的 $[Ar] 3d^4 4s^2$，而是會為了達到 $3d$ 與 $4s$ 軌域皆為**「半滿」**的對稱穩定狀態，將一個 $s$ 電子移往 $d$ 軌域，形成 $[Ar] 3d^5 4s^1$。這使得 $Cr$ 擁有了 5 個 $3d$ 軌域電子與 1 個 $4s$ 軌域電子，總共多達 6 個半滿軌域。相比之下，緊鄰的 $Mn$（原子序 25）組態為 $[Ar] 3d^5 4s^2$，雖然 $d$ 軌域也是半滿，但其 $s$ 軌域已全滿，因此只有 5 個半滿軌域。
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