分子軌道理論

把鍵簡單地看作兩個原子在它們之間的空間裡共享一對電子，這幅圖用起來很靈，但它是一幅漫畫。分子軌道理論是更深一層的圖像：當兩個原子靠攏時，它們的原子軌道融合成屬於整個分子、而非任一原子的新軌道。電子不再坐落在單個原子上；它們佔據這些橫跨整個鍵的、共享的分子軌道。

核心想法是：軌道有兩種結合方式。當兩個原子軌道同相相加時，它們在兩核之間的區域相互加強，把電子雲堆積在恰好能黏住原子之處——這就是成鍵分子軌道，能量更低、起穩定作用。當同樣兩個軌道反相結合時，它們在兩核之間相互抵消，在那裡留下一個節面（電子密度為零的空隙）——這就是反鍵軌道，能量更高、起破壞作用，通常用星號標記（σ*、π*）。電子先填能量低的成鍵軌道。當落在成鍵軌道裡的電子多於反鍵軌道時，就存在一個鍵；淨「鍵級」是這一差額的一半。

分子軌道理論之所以重要，是因為它解釋了簡單的「共享電子對」模型所不能解釋的事。它說明了為什麼氧氣有磁性（它有未成對電子）、為什麼某些分子會導電或吸收特定顏色的光（電子從填滿的成鍵軌道躍遷到空的反鍵軌道），它還是現代理解共軛、芳香性和紫外-可見光譜的基礎。代價是對複雜性的誠實：完整的分子軌道理論是數學化的，所以有機化學家日常多用更簡單的混成與共振圖像，等這些圖像不夠用時才搬出分子軌道理論。