
【化】 antibonding (molecular) orbital
【化】 antibond; antibonding
course; orbit; path; railway; roadway; track; trajectory; tramroad
【计】 orbiting laboratory
【化】 orbit; orbital; trajectory
反键轨道(antibonding orbital)是分子轨道理论中的核心概念,指由原子轨道线性组合形成的能量较高的分子轨道,其电子密度分布会削弱原子核间的成键作用。该术语的英文名称"antibonding orbital"源自1950年代分子轨道理论的系统化命名,词根"anti-"表示"对抗","bonding"指化学键的形成。
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义,反键轨道形成时,参与组合的原子轨道波函数相位相反,导致核间区域电子云密度显著降低。这种轨道具有以下特征:
在分子轨道能级图中,反键轨道总位于成键轨道上方。当电子根据泡利不相容原理和洪德规则填充时,成键与反键轨道的电子数差异决定键级(bond order)。诺贝尔化学奖得主Linus Pauling在《化学键的本质》中指出,反键轨道的存在使得共价键具有可调节的强度,这一原理被广泛应用于解释分子光谱、反应活性等化学现象。
美国化学会(ACS)的权威教材特别强调,反键轨道概念成功解释了传统价键理论难以说明的分子磁性现象,例如O₂分子中存在两个未配对电子,这一发现直接推动了分子轨道理论在20世纪中期成为主流的化学键理论。
反键轨道是分子轨道理论中的核心概念,其定义、形成机制及作用可综合如下:
反键轨道(Antibonding Molecular Orbital)是原子轨道线性组合形成的分子轨道类型之一,其能量高于原始原子轨道及成键轨道。当两个原子轨道波函数相位相反时组合形成反键轨道,导致核间电子密度降低,削弱化学键稳定性。
能量特性
反键轨道能量高于成键轨道和原始原子轨道。例如,氢分子中σ*反键轨道能量显著高于成键σ轨道(见图示)。
电子分布与结构
对分子稳定性的影响
反键轨道中的电子会抵消成键轨道的稳定作用,降低分子整体稳定性。例如,氧气(O₂)的顺磁性源于两个电子分别占据π*反键轨道。
反键轨道用“*”标记,常见类型包括:
在光化学反应中,电子从成键轨道跃迁至反键轨道会导致化学键断裂(如臭氧分解)。此外,过渡金属配合物的颜色与d轨道分裂产生的反键轨道能级差有关。
如需更深入的理论推导或图示,可参考分子轨道理论相关教材或权威化学数据库。
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