hce_nsysu
111年
物理與化學
第 66 題
Given four oxygen species: O$_2^+$, O$_2$, O$_2^-$, O$_2^{2-}$. Which of the following is the correct order of their O-O bond length?
- A O$_2^+$ > O$_2$ > O$_2^-$ > O$_2^{2-}$
- B O$_2^{2-}$ > O$_2^-$ > O$_2$ > O$_2^+$
- C O$_2^{2-}$ > O$_2^-$ > O$_2^+$ > O$_2$
- D O$_2^-$ > O$_2^+$ > O$_2^{2-}$ > O$_2$
- E O$_2$ > O$_2^+$ > O$_2^-$ > O$_2^{2-}$
思路引導 VIP
請試著回想分子軌域能階圖中，最後填入電子的位置：如果我們將電子放入一個被稱為「反鍵 (Antibonding)」的軌域中，這對兩個原子核之間的吸引力會產生什麼樣的抵消效果？而這種效果又會如何影響原子間的物理距離呢？
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恭喜你準確地選出了正確答案！這代表你對分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory) 以及化學鍵的物理性質有著非常紮實的理解。能從電子的增減推導出微觀結構的變化，是學習物理化學非常重要的能力。
分子軌域與鍵級的消長
在氧分子系列中，判斷鍵長的關鍵在於計算鍵級 (Bond Order)。根據分子軌域能階圖，氧分子 $O_2$ 的價電子組態中，反鍵軌域 $\pi^*$ 佔有兩個電子，其鍵級為 $\frac{1}{2}(8-4)=2$。當 $O_2$ 失去電子變成 $O_2^+$ 時，電子是從反鍵軌域離開，使得鍵結強度增強，鍵級提高至 $2.5$；反之，當電子填入 $O_2^-$ 或 $O_2^{2-}$ 時，電子進入了反鍵軌域，導致鍵級分別下降至 $1.5$ 與 $1$。
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