化学键与分子轨道

键级(bond order)

数一数把两根柱子绑在一起的绳股:一股是弱的连接,三股则结实得多。键级就是化学键的这个「股数」——大致是说,有多少对电子在干着把两个原子维系在一起的活。单键的键级是 1,双键是 2,叁键是 3。

准确地说,键级是两个原子之间共享的成键电子对的数目。在分子轨道理论里,它等于成键轨道中的电子数减去反键轨道中的电子数、再除以二:(成键 − 反键)÷ 2。这让键级可以取分数值,比如「一根半」的键的键级是 1.5——这是简单的连线画法表现不出来的。

键级之所以重要,是因为它能追踪键的强度和键长:键级越高,键就越短、越强、越难打断。键级为零意味着根本不会形成键。需要注意的是:它是一个用于比较的向导,而不是一个精确的力——不同分子中键级相同的两根键,强度仍可能有别,因为周围的原子不一样。

氮气(N₂)的键级是 3——一根叁键。如此之高的键级让 N≡N 键格外地强、格外地短,这正是为什么 N₂ 极不活泼,以至于它构成了我们呼吸的空气的绝大部分,却几乎不参与日常的化学反应。

氮的叁键(键级为 3)正是空气在化学上如此惰性的原因。

分数键级并不是错误。带有离域电子或共振电子的分子,比如超氧离子 O₂⁻ 或苯,确实具有 1.5 或别的非整数键级,因为电子被抹散在好几根键上,而不是规规矩矩地待在一对一对里。

又称
键级鍵級