化學鍵與分子軌域
成鍵軌域與反鍵軌域(bonding and antibonding orbitals)
兩列水波相遇時,可以疊加成更高的波,也可以抵消成一片平靜。電子雲既然也是波,便會做同樣的事。把兩個原子軌域「同步」地組合,電子密度就會在兩核之間堆積起來;把它們「異步」地組合,兩核之間就裂開一道密度為零的縫。前一種叫成鍵軌域,後一種叫反鍵軌域。
準確地說,兩個原子軌域組合時,總會生成兩個分子軌域:一個能量較低的成鍵軌域,它在兩核之間有額外的電子密度,把兩核拉到一起;一個能量較高的反鍵軌域,它在兩核之間有一個節面(密度為零的曲面),讓兩核相互排斥。反鍵軌域常用一個星號標記,比如 σ* 或 π*。
這一對正是分子軌域理論的核心。當成鍵軌域裡的電子比反鍵軌域裡的多時,分子就被維繫在一起——正是這份淨盈餘造就了一根鍵。誠實的提醒是:反鍵軌域並不只是空著的擺設:把一個電子推進去(比如靠吸收光),就會削弱甚至打斷這根鍵,這正是許多顏色和光化學現象的根源。
He₂ 並不能作為一個穩定的分子存在。它的四個電子把成鍵軌域和反鍵軌域都填滿了,於是兩者相互抵消——沒有任何淨成鍵,兩個氦原子就各自飄開。而 H₂ 只有兩個電子,只填滿成鍵軌域,便維繫在一起。
填滿的反鍵軌域會抵消填滿的成鍵軌域——這正是 He₂ 無法形成的原因。
反鍵軌域是真實存在的,而不只是「沒有成鍵」。它是一個有自身能量和形狀的、貨真價實的量子態,電子確實可以佔據它。而且反鍵能級被抬高的幅度,比成鍵能級被壓低的幅度還要大,所以把兩者都填滿,整體上反而略微不穩定。
又稱
另見