分子軌域能階圖

分子軌域能階圖是整門學科裡最有用的一張圖。它是一架能量階梯。在左緣畫一個原子的原子軌域能階，在右緣畫另一個原子的原子軌域能階，中間則放上兩者組合後生成的分子軌域。在紙上越高代表能量越高。圖一畫好，你只需把電子倒進去，就能讀出答案。

畫圖遵循固定的步驟。把每個原子的價層原子軌域按正確的相對能量畫在它那一側。把對稱性與能量匹配的軌域配對，每一對在中間畫一條較低的成鍵軌域和一條較高的反鍵軌域。沒有搭檔的軌域原封不動地留在中間，作為非鍵能階。然後用分子全部的價電子從底往上填這些分子軌域，每條軌域兩個自旋相反的電子（構造原理），並在能量相同的軌域上先各填一個再配對（洪德規則）。這張圖現在逐級顯示出每個價電子住在哪裡。

從畫好的圖上，你能直接讀出分子最重要的性質。數「成鍵電子減反鍵電子」，除以二，就是鍵級。任何容納孤立未配對電子的軌域，都告訴你分子是順磁性的——會被磁鐵吸引。最高的佔據能階是 HOMO，最低的空能階是 LUMO，兩者之間的能隙決定顏色和反應活性。一張圖細讀下來，同時預言了鍵的強弱、磁性和反應活性。