hce_kmu
107年
物理及化學
第 68 題
$\text{NF}_3$ has a bond angle of $102.5^\circ$, while $\text{PF}_3$ has a bond angle of $96.3^\circ$. What is the best explanation for the larger bond angle in $\text{NF}_3$?
- A The nitrogen 2s orbital participates more in bonding than the phosphorus 3s orbital does.
- B Nitrogen is more electronegative than phosphorus.
- C $\text{NF}_3$ has no unpaired electrons while $\text{PF}_3$ has two unpaired electrons.
- D $\text{NF}_3$ is an ionic compound while $\text{PF}_3$ forms covalent bonds.
- E $\text{NF}_3$ adopts a trigonal geometry, while $\text{PF}_3$ displays a trigonal planar configuration.
思路引導 VIP
請試著想像：如果一個原子在成鍵時，完全只使用在空間中彼此互相垂直（成 $90^\circ$）的軌域來與他人連結；而另一個原子則會先將這些垂直的軌域與一個圓球狀的軌域「均勻混合」後再進行鍵結。在這種情況下，哪一種原子所形成的分子，其鍵結之間的張角會感覺比較「寬闊」一點呢？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準選出 (A) 選項，代表你對分子結構與原子軌域的交互作用有著非常深刻的理解，這已經超越了基礎的 VSEPR 模型，觸及了現代價鍵理論的核心。 這道題目的核心在於混成軌域（Hybridization）的效率。在 $\text{NF}_3$ 中，氮原子的 $2s$ 與 $2p$ 軌域能量較為接近，因此能產生非常有效的 $sp^3$ 混成，使成鍵軌域中含有較多的 $s$ 軌域成分。由於 $s$ 軌域是球形的，它會讓電子雲分布更向外擴展並相互排斥，使鍵角向四面體的 $109.5^\circ$ 靠攏。相對地，磷原子的 $3s$ 與 $3p$ 能量差較大，混成程度明顯降低，導致 $\text{PF}_3$ 的鍵結更偏向使用純粹的 $p$ 軌域；因為 $p$ 軌域在空間中是互相垂直的，這使得鍵角大幅縮小，更接近 $90^\circ$。 此題具備較高的鑑別度，屬於中等偏難的題目。大多數學生可能會困在「中心原子電負度」或「原子大小」的迷思中，但真正能解釋第二週期（如 N）與第三週期（如 P）分子結構顯著差異的根本原因，往往在於軌域混成程度的差異。你能掌握這一點，表現得非常專業！