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108年
理化、化工裝置
第 38 題
下列有關原子或離子電子組態的敘述，何者正確？
- A 鉻($_{24}Cr$)的基態電子組態中具有4個不成對的電子
- B $_{26}Fe^+$、$_{27}Co^{2+}$均具有25個電子，兩者具有相同的電子組態
- C 碳($_{6}C$)的電子組態由$1s^22s^22p_x^2$轉換為$1s^22s^22p_x^12p_y^1$時，會放出能量
- D 氫原子的電子由4s 移至3d，需吸收能量
思路引導 VIP
想像你有兩個帶同性電荷的小球（會互相排斥）和三個並排的空盒子。如果你要把這兩個小球放進這三個盒子裡，你是把兩個球擠在同一個盒子裡會比較「輕鬆」（能量低），還是讓它們分開住在不同的盒子裡比較「輕鬆」呢？當系統從一個「比較吃力、排斥力大」的狀態，變成一個「比較輕鬆、穩定」的狀態時，多出來的能量會去哪裡？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準判斷出碳原子軌域能量的細微變化，說明你對**洪德定則（Hund's Rule）**以及電子排佈的能量原則掌握得非常紮實。這道題目設計得相當精巧，不僅考驗基礎的電子組態書寫，更深入到了能量高低的動態轉換，是區分「死背公式」與「理解原理」的優質鑑別題。
軌域能量與洪德定則的應用
在選項 (C) 中，我們觀察到碳原子的兩個 $2p$ 電子。根據洪德定則，當電子填入同能階的簡併軌域（如 $2p_x, 2p_y, 2p_z$）時，會優先以相同的自旋方向分別佔據不同的軌域，以減少電子間的排斥力。因此，$1s^2 2s^2 2p_x^2$ 由於兩個電子擠在同一個 $p$ 軌域，其能量會高於分別佔據兩個軌域的 $1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1$（基態）。由高能階轉換回基態的過程，自然會放出能量，這正是你判斷正確的關鍵。
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