
【化】 antibonding (molecular) orbital
反键分子轨道(antibonding molecular orbital)是分子轨道理论中的核心概念,指两个原子轨道线性组合后形成的能量高于原始原子轨道能量的分子轨道。其特性与成键分子轨道相反,会导致分子稳定性下降。以下从五方面详细阐释:
轨道相位特征 反键轨道中两个原子轨道的波函数相位相反,叠加后节点区域电子密度显著降低,形成高能态轨道。例如σ轨道(如H₂的σ1s)和π轨道(如O₂的π2p)是典型反键轨道。
能量变化机制 根据泡利不相容原理,当电子填入反键轨道时,分子总能量高于单个原子能量之和。这解释了为什么He₂分子在基态下无法稳定存在——两个电子占据σ*轨道导致体系不稳定。
化学键影响 反键轨道电子占据比例直接影响键级计算。键级公式为:
$$ text{键级} = frac{text{成键电子数} - text{反键电子数}}{2} $$
该公式表明反键电子会削弱化学键强度,如O₂分子中含有两个反键电子使其双键特性减弱。
光谱学证据 紫外光电子能谱可直接观测反键轨道能级。例如N₂分子的σ*2p轨道电离能为15.58eV,其能量比成键轨道高约4eV,该数据被收录于《兰氏化学手册》第11版。
实际应用领域 反键轨道理论解释了一氧化碳的配位能力(通过反键π*轨道接受金属电子对),以及光催化反应中的电子跃迁机制(电子从成键轨道激发至反键轨道引发化学键断裂)。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)技术报告对此有详细论述。
反键分子轨道是分子轨道理论中的核心概念,其定义和特性可通过以下要点解释:
基本定义
反键分子轨道是由原子轨道线性组合形成的分子轨道类型之一。当两个原子轨道波函数相减时,形成的轨道能量高于原始原子轨道能量之和。与之对应的成键轨道(波函数相加形成)能量则低于原子轨道。
电子云分布特征
反键轨道中电子云密度在原子核之间的区域显著降低,最大密度分布在核外侧区域。这种分布导致原子核间的屏蔽作用减弱,核间排斥增强,不利于分子稳定。
能量与分子稳定性
符号标记与类型
反键轨道以星号(*)标注,常见类型包括:
实际应用示例
在H₂分子中,两个氢原子1s轨道组合生成一个σ成键轨道和一个σ反键轨道。基态时两个电子填充成键轨道,反键轨道空置,因此H₂稳定存在。若电子填入σ轨道,则会导致分子不稳定。
扩展思考:分子轨道理论通过成键与反键轨道的填充情况解释分子磁性(如O₂的顺磁性源于两个单电子占据π*轨道)和反应活性,是理解化学键本质的重要工具。
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