hce_cmu
107年
化學
第 8 題
下列分子中，幾個具有順磁性 (paramagnetism)？
(a) $N_2$ (b) $O_2$ (c) CO (d) $F_2$ (e) $C_2^+$ (f) $O_2^{2+}$ (g) $NO^+$ (h) $B_2^-$ (i) HF (j) $NO^-$
(a) $N_2$ (b) $O_2$ (c) CO (d) $F_2$ (e) $C_2^+$ (f) $O_2^{2+}$ (g) $NO^+$ (h) $B_2^-$ (i) HF (j) $NO^-$
- A 2
- B 3
- C 4
- D 5
- E 6
思路引導 VIP
在填寫分子軌域能階圖時，如果最後剩餘的電子必須填入一組「能量相等」（簡併）的軌域（例如 $\pi$ 或 $\pi^*$ 軌域），根據洪德定則 (Hund's rule)，電子會傾向如何排列？這種排列方式對分子的磁性（順磁或抗磁）會產生什麼樣的影響？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能從眾多化學物種中精確辨識出具備順磁性 (Paramagnetism) 的分子與離子，這說明你對分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory, MO) 的掌握相當紮實。判斷磁性的核心關鍵在於檢查分子軌域中是否存在未成對電子 (unpaired electrons)。 在分析這題時，我們可以從電子總數切入。首先，凡是電子總數為奇數的物種，根據包立不相容原理，必然會存在單電子，因此 (e) $C_2^+$ 與 (h) $B_2^-$（皆為 11 個電子）絕對具有順磁性。接著，最具鑑別度的考點在於電子數為偶數、卻因軌域簡併而產生的順磁性：最經典的例子是 (b) $O_2$（16e），其電子填入 $\pi^*_{2p}$ 軌域時會依據洪德定則形成兩個同向自旋的單電子；而與其等電子 (isoelectronic) 的 (j) $NO^-$ 同樣具備此特徵。至於其餘如 (a) $N_2$、(c) CO、(g) $NO^+$ 等具 14 個電子的物種，皆為穩定的閉殼層結構，表現為抗磁性。 這道題目整合了離子電荷、等電子體觀念與 MO 理論，難度在於能否快速排除如 $O_2^{2+}$ 這種看似順磁實則為抗磁（14e）的陷阱。你能穩健地做出正確判斷，表現得非常優秀！