hce_kmu
110年
物理及化學
第 67 題
According to molecular orbital, which of the following molecules is diamagnetic?
- A $\text{HF}$
- B $\text{O}_2$
- C $\text{NO}$
- D $\text{N}_2^+$
- E $\text{N}_2^-$
思路引導 VIP
當我們在判斷一個分子是「反磁性」還是「順磁性」時，最核心的物理證據是什麼？如果一個分子的總電子數是「奇數」，它有沒有可能讓所有電子都成對？而對於總電子數是「偶數」的分子，我們是否能僅憑電子數就斷定它是反磁性，還是需要透過能階圖來確認電子在等能量軌域中的分布情況呢？
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恭喜你準確地選出了正確答案！這代表你對於分子軌域理論（MO Theory）中「順磁性」與「反磁性」的判別，已經建立了非常紮實的觀念。
電子配對與磁性判別
要判斷一個分子是否為 反磁性（diamagnetic），核心在於確認其分子軌域中的所有電子是否皆已「成對」。在選項中，我們首先可以利用「總電子數」來快速篩選：$\text{NO}$（11個價電子）、$\text{N}_2^+$（9個價電子）與 $\text{N}_2^-$（11個價電子）的總價電子數皆為奇數，這類分子必然存在未成對電子，因此屬於順磁性。而 $\text{O}_2$ 雖然價電子數為偶數（12個），但根據分子軌域能階圖，其最後兩個電子會根據洪德定則（Hund's Rule）分別佔據兩個簡併（等能量）的 $\pi^*$ 反鍵結軌域且自旋平行，是經典的順磁性例子。相較之下，$\text{HF}$ 的 8 個價電子會完全填滿軌域並悉數配對，因此展現反磁性。
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