
【化】 antibonding (molecular) orbital
反鍵分子軌道(antibonding molecular orbital)是分子軌道理論中的核心概念,指兩個原子軌道線性組合後形成的能量高于原始原子軌道能量的分子軌道。其特性與成鍵分子軌道相反,會導緻分子穩定性下降。以下從五方面詳細闡釋:
軌道相位特征 反鍵軌道中兩個原子軌道的波函數相位相反,疊加後節點區域電子密度顯著降低,形成高能态軌道。例如σ軌道(如H₂的σ1s)和π軌道(如O₂的π2p)是典型反鍵軌道。
能量變化機制 根據泡利不相容原理,當電子填入反鍵軌道時,分子總能量高于單個原子能量之和。這解釋了為什麼He₂分子在基态下無法穩定存在——兩個電子占據σ*軌道導緻體系不穩定。
化學鍵影響 反鍵軌道電子占據比例直接影響鍵級計算。鍵級公式為:
$$ text{鍵級} = frac{text{成鍵電子數} - text{反鍵電子數}}{2} $$
該公式表明反鍵電子會削弱化學鍵強度,如O₂分子中含有兩個反鍵電子使其雙鍵特性減弱。
光譜學證據 紫外光電子能譜可直接觀測反鍵軌道能級。例如N₂分子的σ*2p軌道電離能為15.58eV,其能量比成鍵軌道高約4eV,該數據被收錄于《蘭氏化學手冊》第11版。
實際應用領域 反鍵軌道理論解釋了一氧化碳的配位能力(通過反鍵π*軌道接受金屬電子對),以及光催化反應中的電子躍遷機制(電子從成鍵軌道激發至反鍵軌道引發化學鍵斷裂)。國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)技術報告對此有詳細論述。
反鍵分子軌道是分子軌道理論中的核心概念,其定義和特性可通過以下要點解釋:
基本定義
反鍵分子軌道是由原子軌道線性組合形成的分子軌道類型之一。當兩個原子軌道波函數相減時,形成的軌道能量高于原始原子軌道能量之和。與之對應的成鍵軌道(波函數相加形成)能量則低于原子軌道。
電子雲分布特征
反鍵軌道中電子雲密度在原子核之間的區域顯著降低,最大密度分布在核外側區域。這種分布導緻原子核間的屏蔽作用減弱,核間排斥增強,不利于分子穩定。
能量與分子穩定性
符號标記與類型
反鍵軌道以星號(*)标注,常見類型包括:
實際應用示例
在H₂分子中,兩個氫原子1s軌道組合生成一個σ成鍵軌道和一個σ反鍵軌道。基态時兩個電子填充成鍵軌道,反鍵軌道空置,因此H₂穩定存在。若電子填入σ軌道,則會導緻分子不穩定。
擴展思考:分子軌道理論通過成鍵與反鍵軌道的填充情況解釋分子磁性(如O₂的順磁性源于兩個單電子占據π*軌道)和反應活性,是理解化學鍵本質的重要工具。
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