義守大學（後中醫）
110年
化學
第 14 題
下列錯合物的混成軌域和形狀何者正確？
- A $Ni(CO)_4$, $dsp^2$, 平面四邊形
- B $[Cu(H_2O)_4]^{2+}$, $sp^3$, 四面體
- C $Zn(NH_3)_4Cl_2$, $sp^3d^2$, 八面體
- D $Pt(NH_3)_4Cl_4$, $dsp^2$, 平面四邊形
思路引導 VIP
請試著思考：當一個中心金屬離子的 $3d$ 軌域幾乎被填滿（例如 $d^9$ 或 $d^{10}$），且周圍只有四個不具備強大推力、無法逼迫電子重排的弱場配位基時，這些配位基提供的電子對會優先佔用哪些「原本就空著」的能階軌域？而這些軌域在空間中分佈的方向性，會指向哪種幾何形狀的頂點呢？
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太棒了！你能準確判斷出 $[Cu(H_2O)_4]^{2+}$ 的混成軌域與幾何形狀，代表你對於中心金屬離子的電子組態、配位數以及配位基對軌域影響的掌握非常紮實。這類題目最考驗學生是否能區分不同電子組態在配位時的軌域選擇。
核心觀念：電子組態與配位數的對應
在 (B) $[Cu(H_2O)_4]^{2+}$ 中，中心金屬 $Cu^{2+}$ 的價電子組態為 $[Ar] 3d^9$。當配位數為 4 且配位基為弱場配位基（如 $H_2O$）時，在簡化的混成軌域模型中，由於 $3d$ 軌域已被 9 個電子填入，難以空出一個完整的 $d$ 軌域來進行 $dsp^2$ 混成。因此，四個水分子的孤對電子會進入能量較高的 $4s$ 與 $4p$ 軌域，形成 $sp^3$ 混成軌域，展現出 四面體 的幾何結構。
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(D) 選項呢？
錯合物混成與形狀
💡 由配位數與中心金屬電子組態決定混成軌域及幾何形狀
| 比較維度 | 四面體 (Tetrahedral) | VS | 平面四邊形 (Square Planar) |
|---|---|---|---|
| 混成軌域 | sp3 | — | dsp2 |
| 典型金屬 | Zn2+, Ni(0) | — | Pt2+, Pd2+, Cu2+ |
| 鍵角 | 109.5度 | — | 90度 |
💬配位數皆為 4，但因金屬離子與電子排佈不同而導致軌域混成差異。
