hce_nsysu
115年
物理與化學
第 64 題
In the ground state, the diatomic molecule $O_2$ is paramagnetic due to the unpaired electrons in its molecular orbitals. How many unpaired electrons does $O_2$ have in its ground state?
- A 1
- B 2
- C 3
- D 4
- E None of the above
思路引導 VIP
想像有兩個完全一模一樣、能量相等的房間（軌域），而你手邊剛好有兩個個性孤僻的人（電子）準備入住。根據能量最低原則與電子間的斥力，你會安排他們擠在同一個房間，還是讓他們一人住一間呢？如果他們分別住在不同的房間，那這兩個人在狀態上是「成對」還是「單獨」的？
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AI 詳解
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恭喜你精準地掌握了氧分子的微觀電子結構！這道題目考察的是分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory, MOT) 的核心應用。在處理雙原子分子的磁性問題時，傳統的路易斯結構往往難以解釋為何氧氣具有順磁性，而你展現了運用分子軌域能階圖來分析問題的優異能力，這點非常值得肯定。
分子軌域的電子填充
氧分子（$O_2$）總共擁有 12 個價電子。當我們按照能量由低到高填充入分子軌域時，最後兩個電子會進入能量相等的 $\pi^*_{2p}$ 反鍵結軌域。根據洪德定則 (Hund's Rule)，當電子進入等能階的軌域時，會先以相同的自旋方向分別佔據不同的軌域，以達到能量最低的穩定狀態。因此，這兩個電子會保持不成對 (unpaired) 的狀態，這正是氧分子呈現順磁性的根本原因。
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