化学键与分子轨道

成键轨道与反键轨道(bonding and antibonding orbitals)

两列水波相遇时,可以叠加成更高的波,也可以抵消成一片平静。电子云既然也是波,便会做同样的事。把两个原子轨道「同步」地组合,电子密度就会在两核之间堆积起来;把它们「异步」地组合,两核之间就裂开一道密度为零的缝。前一种叫成键轨道,后一种叫反键轨道。

准确地说,两个原子轨道组合时,总会生成两个分子轨道:一个能量较低的成键轨道,它在两核之间有额外的电子密度,把两核拉到一起;一个能量较高的反键轨道,它在两核之间有一个节面(密度为零的曲面),让两核相互排斥。反键轨道常用一个星号标记,比如 σ* 或 π*。

这一对正是分子轨道理论的核心。当成键轨道里的电子比反键轨道里的多时,分子就被维系在一起——正是这份净盈余造就了一根键。诚实的提醒是:反键轨道并不只是空着的摆设:把一个电子推进去(比如靠吸收光),就会削弱甚至打断这根键,这正是许多颜色和光化学现象的根源。

He₂ 并不能作为一个稳定的分子存在。它的四个电子把成键轨道和反键轨道都填满了,于是两者相互抵消——没有任何净成键,两个氦原子就各自飘开。而 H₂ 只有两个电子,只填满成键轨道,便维系在一起。

填满的反键轨道会抵消填满的成键轨道——这正是 He₂ 无法形成的原因。

反键轨道是真实存在的,而不只是「没有成键」。它是一个有自身能量和形状的、货真价实的量子态,电子确实可以占据它。而且反键能级被抬高的幅度,比成键能级被压低的幅度还要大,所以把两者都填满,整体上反而略微不稳定。

又称
成键轨道和反键轨道成鍵軌域和反鍵軌域bonding MOantibonding MO