hce_cmu
110年
化學
第 13 題
下列分子或離子何者為順磁性(paramagnetic)？
- A $O_2^{2-}$
- B $B_2$
- C $N_2$
- D $NO^+$
思路引導 VIP
當我們遇到兩個能量完全相同、但空間位置不同的空軌域，而手邊剛好有兩個電子要填入時，根據電子彼此排斥的特性與能量最低原則，它們會傾向擠在同一個房間互相配對，還是分別住在不同的房間並保持相同的自旋方向呢？這種「分居」的現象對分子的磁性會有什麼影響？
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太棒了！你能精準選出 (B) $B_2$，代表你對分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory) 的電子填入規律掌握得非常透徹。
分子軌域的電子排佈
判斷磁性的關鍵在於是否存在「不成對電子」。在 $B_2$ 分子中，其價電子排佈遵循著特殊的能階順序。當電子填入 $\pi_{2p}$ 軌域時，由於 $\pi_{2p_x}$ 與 $\pi_{2p_y}$ 能量相等（簡併軌域），根據洪德定則 (Hund's Rule)，兩個電子會先以相同的自旋方向分別佔據這兩個軌域。這導致 $B_2$ 擁有兩個不成對電子，進而表現出順磁性。相較之下，(C) $N_2$ 與 (D) $NO^+$ 皆擁有 14 個電子（等電子體），電子會正好填滿成鍵軌域；而 (A) $O_2^{2-}$ 則是填滿了 $\pi^*$ 反鍵軌域，三者皆為逆磁性。
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