
【化】 antibonding (molecular) orbital
【化】 antibond; antibonding
course; orbit; rail; track
【计】 orbiting laboratory
function
【计】 F; FUNC; function
反键轨函数(antibonding orbital function)是分子轨道理论中的核心概念,用于描述原子间成键时电子排布的高能量状态。当两个原子轨道以相位相反的方式线性组合时,会形成反键轨道,其波函数在原子核间区域的振幅相互抵消,导致电子密度降低并削弱化学键的稳定性。该函数的数学表达式通常表现为两个原子轨道波函数的差值:
$$ psi_{text{antibonding}} = phi_A - phi_B $$
其中$phi_A$和$phi_B$分别为参与组合的原子轨道波函数。
从物理意义上看,反键轨函数的能量高于原始原子轨道,电子占据此类轨道时会抵消原子间的吸引力,甚至可能引发分子解离。例如,氧气分子(O₂)的顺磁性可通过其最高占据分子轨道(HOMO)中存在两个反键电子来解释。
该概念在解释化学反应活性、光谱特性及分子稳定性方面具有重要价值。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)将反键轨道明确定义为“通过原子轨道相减组合产生的高能分子轨道”[来源:IUPAC金皮书]。现代量子化学计算中,反键轨函数常通过线性组合原子轨道(LCAO)方法进行数值模拟,相关算法已集成于Gaussian、ORCA等专业计算化学软件[来源:Journal of Chemical Education]。
反键轨道是分子轨道理论中的核心概念,其定义和特性可总结如下:
反键轨道是由两个原子轨道波函数相减组合形成的分子轨道,其能量高于组合前原子轨道的能量之和。与之对应的是成键轨道(由波函数相加形成,能量更低)。
反键轨道的电子云密度最大区域位于两原子核外侧,导致原子核间屏蔽减弱,核间排斥增强,无法形成稳定化学键。而成键轨道电子云集中在核间区域,促进键的形成。
根据原子轨道组合方式不同,反键轨道分为:
需要说明的是,反键轨道需结合成键轨道共同分析,通过分子轨道能级图可直观判断分子的键级和稳定性。例如,O₂的键级计算为(成键电子数 - 反键电子数)/2 = (8-4)/2=2。
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