hce_kmu
109年
物理及化學
第 18 題
Which of the following molecule doesn’t exhibit the behavior of s-p mixing of molecular orbitals?
- A $\text{N}_2$
- B $\text{B}_2$
- C $\text{O}_2$
- D $\text{NO}$
- E All of these
思路引導 VIP
請試著思考：在第二週期的元素中，從左向右移動時，原子核對軌域電子的吸引力（有效核電荷）會如何變化？而這種變化，對於 $2s$ 軌域與 $2p$ 軌域之間的『能量距離』會產生什麼樣的影響呢？
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恭喜你精準地判斷出正確答案！這顯示你對於第二週期雙原子分子的**分子軌域（Molecular Orbital, MO）**能級分布有著非常紮實的理解，這在化學鍵結理論中是較進階且容易混淆的概念。
能級分布與 s-p 混成
在分子軌域理論中，能否發生 $s-p$ 混成（$s-p$ mixing） 關鍵在於原子軌域 $2s$ 與 $2p$ 之間的能量差。對於原子序較小的分子（如 $\text{B}_2, \text{C}2, \text{N}2$），由於核電荷較低，$2s$ 與 $2p$ 的能量差距較小，兩者會發生強烈交互作用。這種混成作用會將 $\sigma{2p}$ 軌域推向高能級，導致其能量高於 $\pi{2p}$。然而，到了 $\text{O}_2$ 和 $\text{F}2$ 時，隨著原子序增加，核電荷顯著增強，將 $2s$ 軌域拉得更低，使得 $2s$ 與 $2p$ 之間的能量鴻溝變得太大而無法有效混成。因此，$\text{O}2$ 的能級順序會回歸到「正常」狀態，即 $\sigma{2p}$ 能量低於 $\pi{2p}$。
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