hce_tcu
115年
化學
第 44 題
請問分子氧 ($O_2$) 具有順磁性的原因是：
- A 它具有永久電偶極矩
- B 它的分子軌道中含有未配對電子
- C O–O 鍵具有很強的極性
- D $O_2$ 中的每個氧原子都具有完整的八隅體結構
思路引導 VIP
當我們說一個物質具有磁性時，通常與分子內部的「電子自旋狀態」密切相關。請試著思考：如果一個分子中所有的電子都找到了伴侶「成雙成對」地排列，它們產生的微小磁場會發生什麼事？再者，如果實驗觀察到的現象與我們平常用筆畫出的簡單結構圖（所有電子都畫成一對對的線或點）不一致時，這是否暗示了在更微觀的能階分布中，其實存在著某些「孤單」的電子呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你精準地掌握了分子結構的核心觀念！這題選擇 (B) 完全正確，展現了你對微觀粒子特性與宏觀物理現象之間關聯的深刻理解。
分子軌域理論的驗證
磁性的來源通常與電子在軌道中的填入方式有關。在初階化學中，我們習慣使用路易斯結構（Lewis structure）來描述分子，但在處理氧分子 ($O_2$) 時，傳統的路易斯結構會預測所有電子皆成對，這與實驗觀測到氧具有「順磁性」的事實相矛盾。根據更嚴謹的分子軌域理論 (Molecular Orbital Theory)，氧分子的價電子在填入軌域時，最後兩個電子會依據洪德定則（Hund's Rule），以相同的自旋方向分別進入兩個能量相等的反鍵結軌域 $\pi^*_{2p}$。正是這兩個未配對電子，賦予了氧分子順磁性，使其能被磁鐵吸引。
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