什么是键级？
键级用来衡量分子中一对原子之间化学键的数目。在分子轨道（MO）理论中，键级是通过比较占据成键分子轨道与反键分子轨道的电子数计算得出的。一般来说，键级越高，化学键越强、键长越短；而键级为零则说明该分子（或离子）无法稳定存在。
如何使用本计算器
分别填入位于成键分子轨道中的电子总数，以及位于反键分子轨道中的电子总数。这些数值可以通过填充目标分子的分子轨道能级图得到。输入后，计算器会立即给出键级结果。通常成键轨道不带星号（如 σ、π），反键轨道则带星号（如 σ*、π*）。
计算公式详解
键级的计算公式为：
$$\text{键级} = \frac{N_b - N_a}{2}$$
成键轨道中的电子会稳定化学键，而反键轨道中的电子则会削弱化学键。之所以除以二，是因为每一个化学键都由一对电子构成。
实例演算
以氮气分子 N₂ 为例。它的分子轨道中有 10 个成键电子和 4 个反键电子。$$\text{键级} = \frac{10 - 4}{2} = \frac{6}{2} = 3$$ 这一结果正确地预测了 N₂ 中存在的强三重键。
常见二原子分子和离子的键级
下表列出了常见的同核二原子物质，包括成键分子轨道中的电子数（\(N_b\)）、反键轨道中的电子数（\(N_a\)）以及由\(\text{键级} = (N_b - N_a)/2\)计算得出的键级。键级为0的物质不稳定，不能作为独立分子存在；具有一个或多个未成对电子的物质是顺磁性的。
| 物质 | 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质的核心（\(\sigma_{1s}\)、\(\sigma^*_{1s}\)）和价电子贡献。由于Li₂到Ne₂的1s衍生成键和反键电子相互抵消，只有价电子改变键级——仅计算价电子可得到相同的结果。
解读您的键级结果
键级是连接两个原子的净电子对键数的直接衡量，它与该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，因此没有净成键。该物质（如He₂、Ne₂）不被认为存在为稳定分子。
- 整数值：键级为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，长度越短。
- 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⁺）。分数结果只是反映奇数净电子计数，仍然表示真实的（虽然较弱的）键。
- 键强度和长度：在一系列类似物质中，键级越高意味着键解离能越大，核间距离越短。例如，N≡N三键（键级3）比F–F单键（键级1）更短且强度要大得多。
与磁性的联系：键级告诉您净成键情况但不能告诉您自旋态。填充分子轨道图后，检查是否有任何轨道单独占据。如果存在未成对电子——如O₂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，则它是抗磁性的。这就是为什么分子轨道论在简单路易斯结构失败的地方成功了：它既预测键级为2，也预测分子氧的顺磁性。
常见问题
键级可以是分数吗？可以。像 O₂⁻ 或 H₂⁺ 这样的离子和自由基，键级可以是 \(1.5\) 或 \(0.5\) 等半整数。
键级为零意味着什么？这表示成键电子与反键电子相互抵消，无法形成稳定的化学键——例如理论上的 He₂ 分子。
键级与键的强度有什么关系？一般而言，键级越高，化学键越强，键长也越短。
