1)分子轨道能级图

同核双原子分子的轨道能级图分两种类型：一种适用于O₂、F₂分子或分子离子[图6-23(a)]；另一种适用于B₂、C₂、N₂分子或分子离子[图6-23(b)]。

图6-23 同核双原子分子的轨道能级图

对于O₂、F₂分子，由于原子的2s和2p轨道能量相差较大，不考虑2s和2p轨道的组合，故p轨道的能量比π_2p轨道低；对于B₂、C₂、N₂分子，由于原子的2s和2p轨道能量相差不大，组合成分子轨道时，不仅有2s-2s重叠和2p-2p重叠，也有2s-2p重叠，故σ_2p轨道能量比π_2p轨道高。

2)电子排布和键级

电子在分子轨道中的排布同样遵循能量最低原理、泡利原理和洪德规则。电子在分子轨道中的排布可以用能级图表示，也可以用分子轨道式表示，前者较为直观，后者较为简便。

分子轨道理论经常用键级表示共价键数目，以描述分子或分子离子的稳定性。键级越大则键能越大，键长越短，分子或分子离子越稳定。键级的定义式为

H₂分子：分子共有2个电子，电子在能级图中排布如图6-24(a)所示。

图6-24 H₂和He₂⁺的分子轨道能级图及电子排布

H₂分子轨道式为(σ_1s)²，键级为1，与价键理论一致。H₂分子的电子填充到成键轨道中，能量比在原子轨道中低，这个能量差正是分子轨道理论中化学键的本质。

He₂⁺离子：该离子共有3个电子，电子在能级图中排布如图6-24(b)所示。He₂⁺轨道式为(σ_1s)²(σ*_1s)1，键级为0.5。He₂⁺只有半个键，虽不稳定，但能够存在。用路易斯理论和价键理论不能解释He₂⁺的生成，而用分子轨道理论能够解释。

N₂分子：分子轨道能级图如图6-23(b)所示。分子共有14个电子，6个2p轨道电子在能级图中排布如图6-25所示。

N₂分子轨道式为(σ_1s)²(σ*_1s)2(σ_2s)²(σ*_2s)2(π2_py)²(π2_pz)2(σ2_px)²，简写为KK(σ_2s)²(σ*_2s)²(π2_py)²(π2_pz)²(σ2_px)²，其中KK表示充满电子的2个原子的1s轨道。N2分子的键级为3，1个σ键，2个π键，与价键理论结果一致。由于σ1s和σ*_1s、σ_2s和σ*_2s都填满电子，对分子的成键作用互相抵消，故可由能量高的π2_py、π2_pz和σ2_px轨道电子数计算分子的键级。

O₂分子：分子轨道能级图如图6-23(a)所示。分子共有16个电子，8个2p轨道电子在能级图中排布如图6-26所示。

图6-25 N₂分子轨道能级图及电子排布

图6-26 O₂分子轨道能级图及电子排布

O₂分子轨道式简写为KK(σ_2s)2(σ*_2s)2(σ2_px)²(π2_py)²(π2_pz)2(π*2_py)¹(π*2_pz)¹，分子的键级为2，1个σ键，2个三电子π键，与价键理论结果一致。

O_2s分子轨道式和分子轨道能级图电子排布表明，O2分子有2个单电子，分子有顺磁性，与实验结果一致。按照分子轨道理论能很好地解释O_2s分子的顺磁性，而价键理论却不能合理解释。

分子轨道理论能够解释O₂⁺、O₂^-的顺磁性和O₂²⁺、O₂^2-的抗磁性。按照分子轨道理论，根据键级的大小，氧分子及其离子的稳定性顺序为

O₂²⁺>O₂⁺>O₂>O₂^->O₂^2-

文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

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