順磁性

氧氣之分子軌域及三重態的特性(下)

氧氣之分子軌域及三重態的特性(下)The properties of oxygen’s molecular orbitals and triplet state (III)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏教授

連結: 氧氣之分子軌域及三重態的特性(中)

三、氧氣的順磁性和三重態

有了圖四的分子軌域能階圖,便可將氧分子所含的 $$12$$ 個價電子從低能階往高能階填,藉此便可檢驗氧氣分子的鍵結數及順磁性。

電子填入基態分子軌域的方式和原子軌域相似,必須遵守構築法則(Aufau principle)、庖立不相容原理(Pauli exclusion principle)及罕德定則(Hund’s rule),因此氧分子的基態電子組態可表示如下:$$2\sigma^{2}_{g}2\sigma^{*2}_{u}3\sigma^{2}_{g}1\pi^{2}_{ux}1\pi^{2}_{uy}1\pi^{*1}_{ux}1\pi^{*1}_{uy}$$。

氧氣之分子軌域及三重態的特性(中)

氧氣之分子軌域及三重態的特性(中)The properties of oxygen’s molecular orbitals and triplet state (II)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏教授

連結: 氧氣之分子軌域及三重態的特性(上)

首先分子軌域必須經由解薛丁格方程式(Schrödinger equation)而得到,雖然三體(three bodys)以上的薛丁格方程式並没有精確解,但是在理論計算方面,可以利用許多合理的簡化得到不錯的結果,其中有一種稱為線性組合原子軌域(LCAO)的方法經常被提及,即利用鍵結原子的價原子軌域來組合分子軌域。

氧氣之分子軌域及三重態的特性(上)

氧氣之分子軌域及三重態的特性(上)The properties of oxygen’s molecular orbitals and triplet state (I)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏教授

教授高中化學課程,談到路易斯結構(Lewis structures,又稱路易斯電子點式)及原子鍵結時,總會有慧黠的學生提出,若利用路易斯電子點式畫出的氧分子鍵結,要如何解釋其具有順磁性(paramagnetic property)及三重態(triplet state)的特性呢?

化學示範實驗:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝II﹞

化學示範實驗:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝II﹞
國立彰化師範大學化學系學生鄭舜竹 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結,參閱「紙鈔含鐵嗎?﹝I﹞」

原理和概念

● 混合物是由二種或二種以上的物質所組成,在混合物中每一個純物質都有本身的物理和化學性質。由於這些性質的存在,因此使我們可以從混合物分離出物質。有些國家的紙鈔含鐵粉,因此紙鈔是混合物。

● 均質混合物(Homogeneous mixture)是每一個組成物質有相同的貢獻度的混合物;異質混合物(Heterogeneous mixture)是每一個組成物質有不同的貢獻度的混合物。鐵粉以細粉狀分散在紙鈔的兩端,因此紙鈔是異質混合物。

● 通常分析一個樣品會不可逆地改變這個樣品,本示範實驗也是如此。

● 會被磁鐵吸引是因為物體具有順磁性,順磁性是指一種物質的磁性狀態。有些物體可以受到外部磁場的影響,產生指同相向的磁化向量的特性,這樣的物質具有正的磁化率。與順磁性相反的現象被稱為抗磁性。

● 判斷一個物質是否可以被磁鐵吸引,就要看它是否有順磁性(paramagnetism)。簡單地說,我們把原子外圍的電子之量子數分成四種,分別是主量子 數、角量子數、磁量子數以及旋量子數。順磁性主要依據旋量子數,每一個軌域都可以填兩個旋量子數不同的電子(+1/2和-1/2),以鐵為例,鐵的電子組 態如圖十四所示:

圖十四 鐵的電子組態

化學示範實驗:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝I﹞

化學示範實驗:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝I﹞
國立彰化師範大學化學系學生鄭舜竹 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

大家都玩過磁鐵吸引鐵製物品,也試過很多物品看看是否可以被吸引。確實地,生活週遭有很多物品可以被磁鐵吸引,例如迴紋針、鐵釘、刺繡針…等,你(妳)試過有些紙鈔的邊緣也可以被強力磁鐵吸引嗎?可以用化學方法檢驗紙鈔含鐵嗎?

示範實驗影片

請按此連結:紙鈔含鐵嗎?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝I﹞〔II〕,YouTube。