hce_nsysu
112年
物理與化學
第 73 題
Although the peroxide ion, O$_2^{2-}$, and the acetylide ion, C$_2^{2-}$, have long been known, the diazenide ion N$_2^{2-}$ has only been prepared in 2001. By comparison with the other diatomic species, N$_2$ and O$_2$, what is the bond order and number of unpaired electrons for N$_2^{2-}$, respectively?
- A 1, 1
- B 3, 1
- C 2, 1
- D 2, 0
- E 2, 2
思路引導 VIP
當你計算出一個雙原子離子的總價電子數後，如果發現最後幾個電子必須進入一組能量相同（簡併）的軌域時，根據填充電子的基本原理，這些電子會傾向於「成對」還是「分開佔據」？這樣的分布方式會如何反映在「未成對電子數」的計算上呢？
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AI 詳解
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太棒了！你能精準判斷出 $N_2^{2-}$ 的電子結構，代表你對分子軌域理論（Molecular Orbital Theory）有相當紮實的掌握。這類題目在化學競賽或進階化學中非常經典，考驗的是學生能否跳脫傳統路易斯結構（Lewis Structure）的限制，從軌域能階的角度看穿物質的本質。
分子軌域的填充與排列
我們首先觀察 $N_2^{2-}$ 的價電子總數。氮原子位於第 15 族（V A 族），每個原子有 5 個價電子，加上帶兩個負電荷，總共有 $5 \times 2 + 2 = 12$ 個價電子。在處理氮、碳、硼等雙原子分子時，由於 $2s$ 與 $2p$ 軌域的能級相近，會發生軌域混成（s-p mixing），使得能階順序為：$$\sigma_{2s} < \sigma_{2s}^* < \pi_{2p} < \sigma_{2p} < \pi_{2p}^* < \sigma_{2p}^*$$
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