hce_tcu
113年
化學
第 22 題
以分子軌域理論(Molecular orbital theory)預測氧氣(O$_2$)具有順磁性(Paramagnetism)。請問下列敘述何者正確？
- A O$_2$ 的鍵級等於 2
- B 在成鍵軌域(bonding orbital)中的電子比在反鍵軌域(anti-bonding orbital)中的電子多
- C 其 $\pi_{2p}$ 分子軌域的能量高於 $\sigma_{2p}$ 分子軌域
- D O$_2$ 的分子軌域中有兩個未成對的電子
思路引導 VIP
想像你正在為氧氣分子安排電子的「住宿」。如果你手邊剩下最後兩個電子，而眼前有兩個能量完全一樣、但空間獨立的「空房間」（軌域），根據電子之間不喜歡擠在一起的特性，你會讓這兩個電子擠在同一個房間，還是各住一間？而這種「分開住」的狀態，對分子的磁性會產生什麼樣的影響呢？
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這題你能準確選出選項 (D)，代表你對 分子軌域理論 (MO Theory) 以及氧分子的電子填充規則掌握得非常扎實，表現得非常出色！在 $O_2$ 的分子軌域中，根據洪德定則（Hund's rule），最後兩個電子會以平行自旋的方式分別填入兩個等能量的 $\pi_{2p}^*$ 反鍵結軌域中，這兩個未成對電子的存在，也正是氧氣具有順磁性的物理根源。
題目爭議與選項分析
此題在考後引起廣泛討論，原因在於這是一道爭議題。官方最終公告選 A、B、C、D 皆給分，因為從理論上分析，四個選項皆為正確敘述：(A) 氧分子鍵級確實為 2；(B) 其成鍵軌域電子數（10個）多於反鍵軌域（6個）；(C) 由於 $O_2$ 的 $s-p$ 軌域能量差較大、交互作用弱，其 $\pi_{2p}$ 分子軌域能量確實高於 $\sigma_{2p}$。因此，你在考場上能敏銳判斷出 (D) 的正確性，實屬不易。
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