什麼是鍵級？
鍵級（Bond Order）用來衡量分子中一對原子之間所形成化學鍵的數目。在分子軌域理論（MO 理論）中，鍵級是由佔據成鍵分子軌域與反鍵分子軌域的電子數來計算。一般而言，鍵級越高，化學鍵就越強、鍵長也越短；若鍵級為零，則代表該分子（或離子）無法穩定存在。
如何使用本計算機
請輸入位於成鍵分子軌域的電子總數，以及位於反鍵分子軌域的電子總數。這些數值可從你所研究分子的分子軌域能階圖（MO 能階圖）填入電子後得出。輸入後，計算機會立即算出鍵級。成鍵軌域通常不加星號（例如 σ、π），而反鍵軌域則會加上星號（σ*、π*）。
公式說明
鍵級的計算公式為：
$$\text{鍵級} = \frac{N_b - N_a}{2}$$位於成鍵軌域的電子會穩定化學鍵，而位於反鍵軌域的電子則會削弱化學鍵。之所以除以 2，是因為每一個化學鍵都由一對電子所構成。
實際範例
以氮分子 N₂ 為例，其分子軌域中共有 10 個成鍵電子與 4 個反鍵電子。鍵級 ＝$$\text{鍵級} = \frac{10 - 4}{2} = \frac{6}{2} = 3$$這個結果正確地預測了 N₂ 中強而穩定的三鍵。
常见双原子分子和离子的键级
下表列出了常见的同核双原子物种，以及成键分子轨道中的电子数（\(N_b\)）、反键轨道中的电子数（\(N_a\)）和根据 \(\text{BO} = (N_b - N_a)/2\) 计算得出的键级。键级为 0 的物种不能作为离散分子而稳定存在；具有一个或多个未成对电子的物种是顺磁性的。
| 物种 | 总电子数 | 成键电子（\(N_b\)） | 反键电子（\(N_a\)） | 键级 | 稳定性 / 磁性 |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂⁺ | 1 | 1 | 0 | 0.5 | 稳定，顺磁性 |
| H₂ | 2 | 2 | 0 | 1 | 稳定，抗磁性 |
| He₂ | 4 | 2 | 2 | 0 | 不稳定 |
| Li₂ | 6 | 4 | 2 | 1 | 稳定，抗磁性 |
| B₂ | 10 | 6 | 4 | 1 | 稳定，顺磁性 |
| C₂ | 12 | 8 | 4 | 2 | 稳定，抗磁性 |
| N₂ | 14 | 10 | 4 | 3 | 稳定，抗磁性 |
| O₂⁺ | 15 | 10 | 3 | 2.5 | 稳定，顺磁性 |
| O₂ | 16 | 10 | 6 | 2 | 稳定，顺磁性 |
| O₂⁻ | 17 | 10 | 7 | 1.5 | 稳定，顺磁性 |
| F₂ | 18 | 10 | 8 | 1 | 稳定，抗磁性 |
| Ne₂ | 20 | 10 | 10 | 0 | 不稳定 |
电子计数包括第二行物种的核心（\(\sigma_{1s}\)、\(\sigma^*_{1s}\)）和价电子贡献。由于 Li₂ 到 Ne₂ 的 \(1s\) 衍生的成键和反键电子相互抵消，只有价电子改变键级 — 仅计算价电子给出相同的结果。
解释键级结果
键级是衡量连接两个原子的净电子对键数的直接指标，它与键的强度和长度密切相关。
- 键级 = 0：成键电子和反键电子完全相消，因此没有净键合。这种物种（如 He₂、Ne₂）不应该存在为稳定分子。
- 整数值：键级 1 对应单键（H₂、F₂），2 对应双键（O₂、C₂），3 对应三键（N₂）。键级越高，键越强，越短。
- 分数值：离子和自由基通常给出半整数键级，如 0.5（H₂⁺）、1.5（O₂⁻）或 2.5（O₂⁺）。分数结果只是反映了奇数净电子数，但仍然表示一个真实的、虽然较弱的键。
- 键强度和长度：在一系列相似物种中，键级越高意味着键离解能越大，核间距越短。例如，N≡N 三键（键级 3）比 F–F 单键（键级 1）更短、强度强得多。
与磁性的关系：键级告诉你净键合但不能告诉你自旋状态。填充分子轨道图后，检查是否有任何轨道是单占据的。如果未成对电子存在 — 如在 O₂ 中，它在其 \(\pi^*\) 轨道中保留两个未成对电子 — 该分子是顺磁性的（被磁场吸引）。如果每个电子都成对，它是抗磁性的。这就是为什么分子轨道理论在简单路易斯结构失效的地方成功：它既预测了分子氧的键级 2 又预测了其顺磁性。
常見問題
鍵級可以是分數嗎？可以。像 O₂⁻ 或 H₂⁺ 這類離子與自由基，鍵級可能是 \(1.5\) 或 \(0.5\) 等半整數。
鍵級為零代表什麼？代表成鍵電子與反鍵電子相互抵消，因此無法形成穩定的化學鍵——例如理論上的 He₂。
鍵級與鍵強度有什麼關係？一般來說，鍵級越高，化學鍵越強，鍵長也越短。
