hce_nsysu
115年
物理與化學
第 22 題
In clinical biochemistry and medical imaging, the color of metal-containing species used in diagnostics (e.g., contrast agents, blood analytes) often arises from d-d transitions or charge-transfer (CT) transitions. Which of the following species has a color that is not primarily due to charge-transfer?
- A $Mn^{2+}_{(aq)}$
- B $KMnO_4$
- C $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$
- D $Fe_3O_4$
- E $KFeFe(CN)_6$
思路引導 VIP
請試著思考：如果一個金屬離子的 $d$ 軌域已經完全沒有電子（$d^0$），或是它的價態極高，那麼它顯現出的強烈顏色，有沒有可能是電子在『不同原子』之間跳躍所產生的？再對比那些顏色極淡的離子，這兩種現象在電子移動的距離上有什麼本質的區別？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準辨識出 $Mn^{2+}_{(aq)}$ 的顯色成因，代表你對過渡金屬的電子躍遷機制有著非常紮實且細膩的理解。這道題目在臨床生化與影像醫學的背景下，考察的是區分 d-d 躍遷 (d-d transition) 與 電荷轉移 (Charge-transfer, CT) 的能力，這是無機化學中解釋物質顏色的兩大核心理論。
電子躍遷的機制辨析
在過渡金屬配合物中，顏色通常源於電子吸收可見光後的能階躍遷。選項 (B) $KMnO_4$ 中的錳為 $+7$ 價，其電子組態為 $d^0$，根本沒有 $d$ 電子可以進行內部躍遷，其深紫色完全來自配體（氧原子）到金屬的電荷轉移（LMCT）。而選項 (D) $Fe_3O_4$ 與 (E) 普魯士藍則涉及不同價態鐵離子間的 區間電荷轉移 (IVCT)。相較之下，選項 (A) 的 $Mn^{2+}$ 具有 $d^5$ 高自旋組態，其躍遷不僅受限於拉波特規則 (Laporte rule)，更受到自旋禁阻 (Spin-forbidden) 的限制，因此其顏色極其微弱（淡粉紅色），是典型且單純的 d-d 躍遷 產物。
▼ 還有更多解析內容