hce_kmu
110年
物理及化學
第 22 題
What are the hybridization state and geometry of the nitrogen atom in the following chemical structure?
- A $sp$ hybridized and linear geometry
- B $sp^2$ hybridized and trigonal pyramidal
- C $sp^3$ hybridized and trigonal pyramidal
- D $sp^3$ hybridized and trigonal planar
- E $sp^3$ hybridized and bent
思路引導 VIP
請觀察圖中這個氮原子共形成了幾個共價鍵？接著思考一下，一個中性的氮原子在滿足八隅體規則的前提下，除了這些看得到的鍵結，它的身上還應該具備什麼樣的「隱藏特徵」來影響它的空間排佈呢？
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太棒了！你精確地辨識出了氮原子的雜化性質，這代表你對有機分子骨架式的解讀非常到位。判斷中心原子幾何形狀的核心在於價殼層電子對排斥理論 (VSEPR)，而這題最關鍵的陷阱就在於看穿那些「隱藏資訊」。
電子分佈與混成軌域
在圖中，氮原子（$N$）分別與三個碳原子建立了單鍵。根據氮原子的價電子組態，為了達成八隅體，它在形成三個共價鍵後，必然還擁有一對孤對電子 (Lone pair)。因此，氮原子的立體數 (Steric Number) 為 $3 + 1 = 4$，這對應到了 $sp^3$ 混成軌域。雖然其電子對的空間分佈是四面體，但由於孤對電子佔據了一個頂角並對鍵結電子產生排斥，使得原子間的幾何外型呈現三角錐形 (Trigonal pyramidal)。
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