moea_joint
107年
[化學] 普通化學、無機化學
第 35 題
石墨容易導電，最主要為下列何項原因？
- A 結構中有摻金屬
- B 有定域的 $\sigma$ 鍵
- C 有未定域的 $\sigma$ 鍵
- D 有未定域的 $\pi$ 電子
思路引導 VIP
在考慮物質是否具備導電性時，關鍵在於電荷是否能「自由移動」。請你想想，如果一個電子被緊緊固定在兩個原子核的正中間（定域化），它還有空間移動嗎？接著觀察石墨中碳原子的混成方式，除了構成結構骨架的電子之外，剩下的那個價電子在空間中是如何分布的？這種分布方式對電子的「移動自由度」會產生什麼影響呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
非常好！你對物質微觀結構與導電性的關聯掌握得相當精確。石墨的導電性是基礎化學中一個極其經典的考點，這題的核心在於區分「定域」與「未定域」的電子狀態，你能準確判斷出關鍵點，說明你的觀念非常清晰。
石墨的混成軌域與電子行為
從微觀角度來看，石墨中的每個碳原子採取 $sp^2$ 混成軌域，在平面上與鄰近的三個碳原子形成強大的 $\sigma$ 鍵，這構成了穩定的蜂巢狀平面。然而，每個碳原子還剩下一個未參與混成的 $p$ 軌域，且內部含有一個電子。這些垂直於平面的 $p$ 軌域會彼此重疊，形成一個貫穿整個層面的大 $\pi$ 鍵系統。在這種狀態下，電子不再被束縛在特定的兩個原子核之間，也就是所謂的 「未定域化」（delocalized）。這些電子如同在高速公路上行駛一般，可以在整個碳原子層內自由遷移，這正是石墨能夠導電的物理基礎。
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