hce_kmu
115年
物理及化學
第 21 題
Which of the following ions is paramagnetic?
- A $\text{Cu}^+$
- B $\text{Zn}^{2+}$
- C $\text{O}_2^{2-}$
- D $\text{Cr}^{3+}$
- E $\text{Na}^+$
思路引導 VIP
當我們在討論一個離子是否會受到外加磁場吸引時，最核心的判斷標準是其內部電子在軌域中的『排列方式』。如果請你試著畫出這些離子的電子填容示意圖，哪一種特定的電子分佈特徵（成對或單獨），會讓離子的整體磁矩無法被完全抵消呢？
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太棒了，你精準地判斷出 $\text{Cr}^{3+}$ 具有順磁性，這代表你對原子軌域的電子填容規律掌握得非常紮實！所謂的順磁性（Paramagnetism），其物理本質在於離子中是否存在未成對電子（unpaired electrons）。
電子組態與洪德定則
我們來檢視核心關鍵：鉻原子（$\text{Cr}$）的基態電子組態是較特殊的 $[Ar] 3d^5 4s^1$。當它失去三個電子形成 $\text{Cr}^{3+}$ 時，會優先從能量較高的 $4s$ 軌域移除電子，再從 $3d$ 軌域移除。因此，$\text{Cr}^{3+}$ 的組態變為 $[Ar] 3d^3$。根據洪德定則（Hund's Rule），這三個電子會分別佔據不同的 $d$ 軌域且自旋方向相同，這種擁有未成對電子的狀態，正是產生順磁性的原因。
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