同核双原子分子的分子轨道能级图

7.5.3　同核双原子分子的分子轨道能级图

两个原子轨道组合得到两个分子轨道，一个成键分子轨道，一个反键分子轨道。每个分子轨道都有相应的能量，其能级顺序为：成键分子轨道能量＜非键分子轨道能量＜反键分子轨道能量。

由于原子种类不同，组成的分子轨道能量也不相同。根据近代光谱测定的实验数据，可得到分子中各分子轨道的能量，依由低到高的次序排列，形成分子轨道能级图。对第二周期的同核双原子分子的分子轨道能级顺序，可根据2s和2p原子轨道的能量差异，得出两种分子轨道能级图，见图7.15。

在分子中，成键电子多，体系的能量低，分子就稳定。如果反键电子多，体系的能量高，不利于分子的稳定存在。由于分子中全部电子属于整个分子所有，分子轨道理论没有单键、双键等概念。分子轨道理论把分子中成键电子和反键电子数之差的一半定义为分子的键级(bond order)。

分子的稳定性通过键级来描述，键级越高，分子越稳定。键级为0的分子不能稳定存在。如H₂分子，有两个成键电子，键级为1，能够稳定存在。He₂分子，有两个成键电子和两个反键电子，键级为0，不能稳定存在。一般来说，键长随键级的增加而减小，键能随键级的增加而增大。

图7.15a表示2s原子轨道与2p原子轨道的能级差较大(如O、F、Ne)，不会发生2s轨道与2p轨道的组合。图7.15b则表示2s原子轨道与2p_x原子轨道的能级差较小(如B、C、N)，将发生2s轨道与2p_x轨道的组合。

从Li₂到N₂，由于成键原子的2s和2p轨道能量相差较小，依据图7.15b，不同原子轨道的相互作用使分子轨道能级次序顺序为：

从O₂到F₂，由于成键原子的2s和2p轨道能量相差较大，故不必考虑2s和2p原子轨道之间的相互作用，依据图7.15a，分子轨道能级次序顺序为

下面应用分子轨道理论来描述第二周期同核双原子分子的分子轨道。

7.氟(1s²2s²2p⁵)　F₂分子中的所有电子都成对；键级为1，与路易斯结构式相一致。

8.氖(1s²2s²2p⁶)　实验中从未检测出Ne₂分子的存在，这与分子轨道理论的判断相一致。电子填满了图7.15a中的所有分子轨道，键级为0。

分子轨道理论比较全面地反映了分子中电子的各种运动状态。运用该理论可以说明共价键的形成，也可以解释分子或离子中单键和三电子键的形成，但在解释分子的几何构型时不够直观。分子轨道理论和价键理论都以量子力学原理为基础，在处理化学问题时各有优势。它们可以互为补充，相辅相成，为人们解释化学结构和某些化学现象提供了可靠的理论依据。