双语化学辞典Chem Lexicon
高中Senior high 化学键与分子结构 Chemical bonding & molecular structure

键级(分子轨道理论)Bond order (molecular orbital theory)

\[\text{键级} = \frac{n_\text{成键} - n_\text{反键}}{2}\]\[\text{bond order} = \frac{n_\text{bonding} - n_\text{antibonding}}{2}\]

含义Meaning

成键与反键分子轨道电子数之差的一半。键级越大,键越强、越短;键级为 0 的分子不稳定(如 He₂)。分子轨道理论还能解释 O₂ 的顺磁性。

Half the difference between bonding and antibonding electrons. Higher order means stronger, shorter bonds; order 0 means no stable molecule (He₂). MO theory also explains O₂’s paramagnetism.

符号说明Symbols

符号Symbol含义 Meaning单位 Unit
\(n_\text{成键}, n_\text{反键}\)成键、反键轨道上的电子数electrons in bonding and antibonding orbitals1

推导Derivation

  1. 两个原子轨道组合成一个成键 MO(能量降低)和一个反键 MO(能量升高更多)。

    Two atomic orbitals give one bonding MO (lower) and one antibonding MO (higher).

  2. 每对成键电子相当于一个“键”,每对反键电子抵消一个;除以 2 得到以电子对计的净键数。

    Each bonding pair counts as one bond and each antibonding pair cancels one.

  3. 第二周期同核双原子:O₂ 为 (10 − 6)/2 = 2,有两个未成对 π* 电子(顺磁);N₂ 为 3;F₂ 为 1;Ne₂ 为 0。

    O₂: 2 with two unpaired π* electrons; N₂ 3; F₂ 1; Ne₂ 0.

适用条件与局限Assumptions & limitations

  • 只计价层电子;离域体系中可用分数键级(苯 C–C 为 1.5)。键级与键能的相关只是定性的。

    Valence electrons only; delocalised systems give fractional orders (benzene 1.5).

例题Worked example

O₂⁺ 键级 2.5(键长 112 pm)> O₂ 2(121 pm)> O₂⁻ 1.5(133 pm)> O₂²⁻ 1(149 pm)。

O₂⁺ 2.5 (112 pm) > O₂ 2 (121 pm) > O₂⁻ 1.5 (133 pm) > O₂²⁻ 1 (149 pm).