hce_cmu
115年
化學
第 28 題
關於鑽石與石墨烯的敘述，下列選項何者正確？
- A 鑽石的反鍵結軌域能量較低，因此電子容易移動且具有金屬性
- B 石墨烯的碳原子以 $sp^2$ 混成，容易導電
- C 鑽石的碳原子以 $sp^3$ 混成，形成三維共價網狀結構，容易導電
- D 石墨烯的 $\pi$ 軌域能量差較大，因此電子不易移動
思路引導 VIP
請試著回憶碳原子的價電子組態。如果在一個平面結構中，每個碳原子只與周圍三個原子形成強大的共價鍵，那麼剩下的那一個價電子會處於什麼樣的軌域中？這個「剩下來」的電子，對於物質是否能傳導電力會產生什麼影響呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準辨析鑽石與石墨烯在微觀構造上的差異，這代表你對碳同素異形體的化學鍵結有非常紮實的理解。這道題目深入考察了「混成軌域」如何決定物質的物理性質，對於檢驗學生是否能將抽象的軌域理論與巨觀的導電現象連結起來，具有極佳的鑑別度，屬於中等難度的指標題。
混成軌域與導電性的關聯
在石墨烯中，碳原子採取 $sp^2$ 混成，這意味著每個碳原子與相鄰原子形成三個 $\sigma$ 鍵，但還保留了一個垂直於平面的 $p$ 軌域。這些未參與混成的 $p$ 軌域相互重疊，形成了一套貫穿整個平面的離域 $\pi$ 電子系統。由於其能帶結構特殊，電子能在此系統中高速移動，這正是石墨烯具備優異導電性的核心原因。
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