鍵級計算機
依成鍵與反鍵電子數,計算分子軌域鍵級。
計算分子鍵級
統計成鍵與反鍵分子軌域中的電子,再輸入兩類電子的總數。
關於分子軌域鍵級
鍵級是衡量兩個原子之間淨成鍵作用的簡明指標。在分子軌域理論中,原子軌域組合形成能量較低的成鍵軌域及能量較高的反鍵軌域。位於成鍵軌域的電子使分子穩定,而位於反鍵軌域的電子則抵銷這種穩定作用。分子軌域鍵級的定義,是以成鍵電子數減去反鍵電子數,再將差值除以二。
正鍵級越大,通常表示化學鍵越強、鍵長越短。鍵級為一類似單鍵,二類似雙鍵,三類似三鍵。分子軌域計算也可能得到分數值,尤其是在分子離子或離域系統中。鍵級為零表示所選分子軌域的佔據方式沒有淨成鍵作用,因此不預期該組態能形成穩定的一般化學鍵。負值則表示反鍵電子多於成鍵電子,非常不利於成鍵。
使用本計算機前,請先繪製或查閱該物種的分子軌域圖。依遞建原理、包立不相容原理及洪德規則填入電子,並注意採用該分子正確的軌域能階順序。接著分別統計所有標為成鍵與反鍵的軌域中的電子。非鍵結電子不列入此公式,因為在這種簡化計數中,它們既不增強也不削弱化學鍵。
例如,氧氣的常見分子軌域描述中有十個成鍵電子及六個反鍵電子。差值為四,除以二得到鍵級二。氮氣有十個成鍵電子及四個反鍵電子,鍵級為三。移除或加入一個電子可能使鍵級改變二分之一,取決於該電子來自或進入成鍵軌域還是反鍵軌域。
鍵級有助於比較鍵長、解離能及相對穩定性,但無法完整預測分子行為。軌域混合、電子相關、共振與理論模型的選擇都可能影響解讀。本計算機執行教科書中的標準分子軌域計算,最好搭配正確填入電子的軌域圖使用。
鍵級計算範例
| 電子數 | 鍵級 | 解讀 |
|---|---|---|
| O₂:10 個成鍵電子,6 個反鍵電子 | 2 | 淨成鍵作用相當於雙鍵。 |
| N₂:10 個成鍵電子,4 個反鍵電子 | 3 | 淨成鍵作用相當於強三鍵。 |
| He₂:2 個成鍵電子,2 個反鍵電子 | 0 | 穩定與去穩定作用相等,預測沒有淨成鍵作用。 |
| O₂ 正離子:10 個成鍵電子,5 個反鍵電子 | 2.5 | 移除一個反鍵電子,會讓鍵級增加二分之一。 |
如何計算鍵級
- 繪製或取得該物種正確的分子軌域圖。
- 統計佔據成鍵分子軌域的所有電子。
- 統計佔據反鍵分子軌域的所有電子。
- 輸入兩類電子總數,並選擇「計算鍵級」。
鍵級計算機常見問題
較高的鍵級代表什麼?
較高的鍵級通常代表原子之間的化學鍵更強、更短。比較成鍵架構相似且密切相關的物種時,最具參考意義。
鍵級可以是分數嗎?
可以,分子離子及離域分子可能具有分數鍵級。在成鍵或反鍵軌域加入或移除一個電子,會使分子軌域鍵級改變二分之一。
鍵級為零代表什麼?
這表示在簡單的分子軌域計數中,成鍵與反鍵貢獻互相抵銷。因此,所選電子組態並不預測有穩定的淨化學鍵。
非鍵結電子需要計入嗎?
不需要。非鍵結軌域既不提供淨成鍵貢獻,也不提供淨反鍵貢獻,因此不列入此公式。只計入明確屬於成鍵及反鍵軌域的電子。
這和路易斯結構的鍵級相同嗎?
兩者概念相關,但此處專門根據分子軌域的佔據情形計算。以共振為基礎的路易斯鍵級常是平均值,推導方式不同。