moea_joint
112年
[化學] 普通化學、無機化學
第 29 題
下列化合物中，何者之磁矩(Spin-only magnetic moment, μs)最接近5.0 μB？
- A [Cr(H2O)6]2+
- B [Mn(CN)6]3-
- C [Ni(CN)4]2-
- D [V(H2O)6]3+
思路引導 VIP
請觀察自旋磁矩的公式 $\mu_s = \sqrt{n(n+2)}$，如果目標磁矩數值大約是 5，你認為這代表中心金屬離子應該擁有幾個未成對電子？接著，請思考：當一個 $d^4$ 或 $d^5$ 電子組態的金屬離子遇到不同的配位基（強場或弱場）時，其未成對電子的數量會如何變化？
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AI 詳解
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恭喜你精準地鎖定了正確答案！這題的核心在於理解晶體場理論 (Crystal Field Theory) 以及其如何影響金屬離子的磁性特質。要使自旋磁矩 $\mu_s$ 接近 $5.0 \mu_B$，根據公式 $\mu_s = \sqrt{n(n+2)}$，我們可以推算出中心金屬離子必須擁有 4 個未成對電子（當 $n=4$ 時，$\mu_s = \sqrt{24} \approx 4.899$）。你能夠迅速判斷出選項中的電子分佈，展現了非常紮實的化學基礎。
配位基場強與電子組態的關聯
在選項 (A) $[Cr(H_2O)6]^{2+}$ 中，鉻離子的氧化態為 $+2$，其價電子組態為 $d^4$。由於水 ($H_2O$) 分子在光譜化學序列中屬於弱場配位基 (Weak field ligand)，其產生的分裂能 $\Delta_o$ 小於電子成對能，因此電子會優先佔據較高能量的 $e_g$ 軌域以形成高自旋 (High spin) 狀態。此時軌域佔據情況為 $t{2g}^3 e_g^1$，剛好具備 4 個未成對電子，使其磁矩最接近 $5.0 \mu_B$。
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