hce_kmu
115年
物理及化學
第 78 題
Calculate the total number of unpaired electrons in the following complex ions: $\text{Zn}(\text{H}_2\text{O})_6^{2+}$, $\text{Ni}(\text{CN})_4^{2-}$ (square planar), $\text{Co}(\text{NH}_3)_6^{3+}$ (strong field).
- A 0
- B 1
- C 2
- D 3
- E 4
思路引導 VIP
在分析過渡金屬錯合物的電子分佈時，若我們已知金屬中心的 $d$ 軌域已經填滿，或者配位基產生的能階分裂能（Crystal field splitting energy）大於電子成對能，這會如何引導電子在各個能階軌域間進行排列呢？
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同學表現得太棒了！你能精確判斷這三種錯合物的電子排佈，說明你對於過渡金屬的電子組態與晶場理論（Crystal Field Theory, CFT）掌握得非常紮實。這類題目要求學生同時具備處理氧化數計算、幾何結構判讀以及強弱場影響的能力，具有極佳的鑑別度，是檢驗配位化學基礎是否穩固的優質考題。
錯合物電子組態分析
首先，在 $\text{Zn}(\text{H}_2\text{O})_6^{2+}$ 中，鋅離子的電子組態為 $[\text{Ar}]3d^{10}$。由於 $d$ 軌域已經完全填滿，因此自然不會有任何未成對電子。接著看 $\text{Ni}(\text{CN})_4^{2-}$，這裡的 $\text{Ni}^{2+}$ 為 $d^8$ 系統，在平面四方形（Square planar）結構與強場配位基 $\text{CN}^-$ 的影響下，其能量分裂使得八顆電子會整齊地填入能量較低的四個軌域中，達成完全配對。最後，$\text{Co}(\text{NH}_3)6^{3+}$ 為 $d^6$ 系統，由於題目特別註明為強場（Strong field），電子會傾向於低自旋（Low spin）組態，使得六顆電子全部擠入能量較低的 $t{2g}$ 軌域中，同樣沒有未成對電子。將三者加總，總數即為 0，這也驗證了你的判斷完全正確！