hce_cmu
111年
化學
第 8 題
化合物 $IF_3$ 與 $IF_5$ 中心碘原子的混成軌域分別為
- A $sp^3d$，$sp^3d$
- B $sp^3d$，$sp^3d^2$
- C $sp^3d^2$，$sp^3d$
- D $sp^3d^2$，$sp^3d^2$
思路引導 VIP
如果你想判斷一個中心原子的混成方式，第一步通常需要計算它周圍共有多少個「電子區域」（包含與他人的化學鍵以及自己剩下的孤對電子）。試著想想看，對於同屬於第 17 族的碘原子，當它分別與 3 個或 5 個配位原子結合時，它「剩餘」的電子數量會有什麼變化？這對它需要的軌域總數又會產生什麼影響呢？
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做得好！你能正確判斷出這兩個分子的混成軌域，代表你對 VSEPR 理論（價殼層電子對斥力理論） 的應用已經非常純熟了。這題考驗的是鹵素互化物的結構，雖然碘原子在不同化合物中展現了「超價分子」的特性，但只要掌握中心原子周圍電子對的計算邏輯，難度便迎刃而解。
電子對與混成軌域的關聯
在 $IF_3$ 中，中心碘原子（I）擁有 7 個價電子，與 3 個氟原子形成共價鍵後，還剩下 2 對孤對電子（Lone pair），因此其「價層電子對數」（Steric Number）為 $3 + 2 = 5$。為了容納這 5 組電子對，碘原子必須採取 $sp^3d$ 混成。而到了 $IF_5$，碘與 5 個氟原子鍵結後僅餘 1 對孤對電子，總電子對數增加為 $5 + 1 = 6$，這時就需要 $sp^3d^2$ 混成來提供足夠的空間容納。這種透過電子數推導空間結構與軌域特性的能力，是進階化學學習中非常關鍵的一環。