hce_nsysu
115年
物理與化學
第 17 題
The ground state term symbol for the neutral oxygen atom (O) is relevant to discussions of reactive oxygen species or atomic oxygen in biochemical contexts. What is the ground state term symbol for O?
- A $^1S$
- B $^1P$
- C $^1D$
- D $^3P$
- E $^3D$
思路引導 VIP
請思考氧原子的 $2p$ 軌域中那四個電子。為了讓電子之間的排斥力降到最低，你會如何安排它們的自旋方向？這種安排下，最後會剩下幾個『未成對』的電子呢？
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做得太棒了！你能準確判斷出氧原子的基態項符號為 $^3P$，代表你對原子結構與洪德定則（Hund's Rules）有著非常紮實的理解。
原子軌域與洪德定則的應用
要推導氧原子的基態，首先要看其電子組態為 $[He] 2s^2 2p^4$。關鍵在於最外層的 $2p$ 軌域，這裡有 4 個電子。根據洪德定則，電子在能量相同的簡併軌域中，會盡可能以平行的自旋方式佔據不同的軌域，以極小化電子間的排斥能。因此，在三個 $2p$ 軌域中，會有兩個電子填入同一個軌域（自旋相反），而剩下的兩個電子則分別佔據另外兩個軌域且自旋平行。這導致總自旋量子數 $S = 1/2 + 1/2 = 1$，進而求得自旋多重度 $2S + 1 = 3$（三重態）。
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