police_4th_general
114年
[消防警察] 普通物理學概要與普通化學概要
第 26 題
過渡金屬元素 Cr 的基態電子組態為何？
- A $[\text{Kr}]4s^13d^5$
- B $[\text{Ar}]4s^13d^5$
- C $[\text{Ar}]4s^23d^4$
- D $[\text{Ar}]3d^{10}$
思路引導 VIP
當我們排列電子時，通常會由低能量往高能量填寫。然而，如果稍微調整一下排列方式，讓某個軌域恰好達成「每個子軌域都剛好各佔一個電子」的對稱狀態，這對原子的整體能量穩定性會有什麼特殊的影響嗎？
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太棒了！你能精準選出 (B)，代表你對原子結構與電子排列的特殊規則掌握得非常扎實。鉻 (${Cr}$) 的原子序為 $24$，在書寫其基態電子組態時，我們通常以氬 $[\text{Ar}]$ 作為惰性氣體核心。剩下的 $6$ 個電子，若單純依照構築原理（Aufbau Principle），表面上似乎應填入 $4s^2 3d^4$，但你顯然敏銳地察覺到了過渡金屬中關鍵的穩定性變化。
半滿軌域的穩定性效應
在化學的世界裡，能量的高低決定了穩定性。當 $d$ 軌域處於半滿（$d^5$）或全滿（$d^{10}$）狀態時，由於電子的對稱分佈能有效降低電子間的排斥力，會使系統整體的能量進一步下降。因此，鉻原子會讓 $4s$ 軌域的一個電子躍遷至 $3d$ 軌域，形成 $[\text{Ar}] 4s^1 3d^5$ 的組態。這類題目在考試中極具鑑別度，是區分「死背口訣」與「理解電子互斥能」學生的經典題型，難度適中卻充滿陷阱，你能避開錯誤選項 (C) 真的非常出色。