成键轨道(
英语:Bonding
轨道科学公司;Bonding molecular orbital)是指
原子轨道在线性组合成
分子轨道时能量较低的分子轨道。在
分子轨道理论中,成键轨道描述了分子中两个或多个
原子的原子轨道间的相互吸引作用。轨道中的
电子以波的形式运动,当多个波以同相叠加时,会形成能量较低、电子密度集中在键合区域的分子轨道。成键轨道是由两个原子符号相同的部分相加
重叠而成,通常与
反键轨道成对出现,其余为
非键轨道。
在对称性匹配的条件下,分子轨道能量较原来的原子轨道能量低,有利于成键,成为“成键(分子)轨道”(bonding
轨道科学公司),如σ、π轨道。成键轨道都会有一个对应的能量较原来
原子轨道高的反键(分子)轨道(antibonding orbital)。
分子轨道理论(简称MO法)是一种应用较为普遍
共价键理论,它将分子看作一个整体,由分子中各
原子间的原子轨道
重叠组成若干分子轨道,几个原子轨道组合后可得几个分子轨道,然后将
电子逐个填入分子轨道,如同原子
中将电子安排在原子轨道一样。填充顺序所遵循的规则与填入原子轨道相同,也根据能量最低、
泡利不相容原理和洪特规则,电子属于整个分子。
以
双原子分子为例,两个
原子轨道可以组合成两个分子轨道,当两个原子轨道(即
波函数)以相加的形式组合时,可得成键分子轨道,成键分子轨道两核间
电子云密度增大,能量降低;当两个原子轨道(即波函数)以相减的形式组合时,可得反键
分子轨道,反键分子轨道中两核间电子云密度减小,能量升高。如H2分子中,2个H原子的1s轨道经组合后形成两个分子轨道,一个为成键分子轨道,另一个为反键分子轨道,见图1。氢分子中的两个
电子根据规律应分布在成键分子轨道中,并且
自旋状态相反。由于电子进入成键分子轨道后能量低于
原子轨道,因而形成能稳定存在的氢分子。
当两个原子轨道沿着连接两个
原子核轴线(x轴)以“头碰头”方式组合成的分子轨道称为σ分子轨道。当选定键轴为X轴时,两个
原子的n s轨道沿连接两个原子核的连线进行组合,可得到两个σ
分子轨道,其中能量较低的分子轨道为成键分子轨道。用σns表示。另一个能量较高的就为反键分子轨道,用σ*ns表示。
两个原子轨道垂直于轴线以“肩并肩”方式组合成的分子轨道称为π分子轨道。两个原子的npy轨道或npz轨道垂直于两个原子核的连线(x轴)以“肩并肩”方式组合成两个π分子轨道。其中成键π分子轨道用符号πnpy或πnpz表示,反键分子轨道用符号π*npy或π*npz表示。
对称性一致原则是指对核间连线呈相同对称性的轨道,才有可能进行线性组合。除s-s,p-p组合之外,还有s-p.沿x方向的组合,两者的对称性一致,可以组成σ分子轨道。另外py-dxy沿x方向,对称性一致,也可以组合成有效的π分子轨道。如图2:
能量相近原则是指轨道能量相近时彼此间才有可能进行线性组合。根据元素第一
电离能的值估算,可得到以下
原子轨道近似的能量数据:
H的1s,O的2p,Cl的3p,这3条轨道能量相近,彼此间均可组合,形成
分子轨道。但Na的3s比上述3条轨道的能量高许多,不能与之组合。实际上Na与H,Cl,O一般不形成
共价键,只以
离子键相结合。
最大
重叠原理是指在对称性一致、能量相近的基础上,原子轨道重叠的程度越大,越容易形成分子轨道即生成成键轨道,或者说形成的共价键越强。
成键轨道所反射出的
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。