什么是键级？
键级（Bond Order）用来衡量一对原子之间化学键的数目，源自分子轨道（MO）理论。它能反映化学键的强度与稳定性：键级越高，键越强、键长越短；而键级为零则说明无法形成稳定的化学键。只要知道分子轨道上的电子排布情况，本计算器就能适用于任意双原子分子或分子体系。
如何使用本计算器
分别输入占据成键分子轨道的电子总数，以及占据反键轨道（通常带星号标记，例如 σ* 和 π*）的电子总数。点击「计算」，工具会立即给出键级。这些电子数可以直接从分子轨道能级图中读取。
公式解析
键级的计算公式为：
$$\text{键级} = \frac{N_b - N_a}{2}$$
其中 \(N_b\) 为成键电子数，\(N_a\) 为反键电子数。除以 2 是因为一个共价单键由一对电子构成。键级出现分数（例如 1.5 或 2.5）是完全正常的，O₂⁻ 和 NO 等粒子就是典型例子。
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分子轨道图：电子填充成键轨道（下方）和反键轨道（上方）。
计算示例
以氮气分子 N₂ 为例。它在成键轨道上有 10 个电子，在反键轨道上有 4 个电子。$$\text{键级} = \frac{10 - 4}{2} = \frac{6}{2} = 3$$，这正好印证了著名的氮氮三键——这也是 N₂ 极不活泼的原因。
例题：填充O2的分子轨道，求出其键级为2。
常见二原子分子的键序
分子轨道(MO)理论中的键序是指结合两个原子的净成键电子对数。其计算公式为：
$$\text{键序} = \frac{N_b - N_a}{2}$$
其中 \(N_b\) 是成键分子轨道中的电子数，\(N_a\) 是反键分子轨道中的电子数。下表列出了常见第二周期二原子分子和离子的标准结果，以及它们在实验中观察到的磁性。
物种
总价电子数
成键电子数 (\(N_b\))
反键电子数 (\(N_a\))
键序
磁性
H₂
2
2
0
1
抗磁性
He₂
4
2
2
0
不成键
B₂
6
4
2
1
顺磁性
C₂
8
6
2
2
抗磁性
N₂
10
8
2
3
抗磁性
O₂
12
8
4
2
顺磁性
O₂⁻ (超氧根离子)
13
8
5
1.5
顺磁性
O₂²⁻ (过氧化物)
14
8
6
1
抗磁性
F₂
14
8
6
1
抗磁性
NO
11
8
3
2.5
顺磁性
CO
10
8
2
3
抗磁性
注：以上电子数是按从价(2s和2p，或H/He的1s)原子轨道形成的分子轨道计算的。He₂被列出是为了说明键序为零的情况——成键和反键电子数相等意味着没有净键，这就是为什么二原子氦作为稳定分子不存在。
解释您的键序结果
键序是直接衡量两个原子结合紧密程度的数值指标。一般来说，键序越高对应键长越短和键离解能越高（破坏键所需的能量）。您的结果的符号和大小告诉您分子是否应该存在以及它的稳定性如何。
键序 = 0：没有净键。成键和反键电子完全抵消，所以两个原子没有结合在一起(例如He₂、Be₂)。预测该分子不存在作为稳定物种。
键序 = 1：一条净单键，类似于路易斯单键(例如H₂、F₂)。键相对较长，与双键或三键相比离解能相对较低。
键序 = 1.5：介于单键和双键之间的分数值，典型的物种具有反键轨道中的一个奇偶电子(例如超氧根离子O₂⁻)。表示离域化或部分成键以及中间键长/强度。
键序 = 2：双键(例如O₂、C₂)。比单键更短更强。
键序 = 3：三键——是最强和最短的键之一(例如N₂、CO)。N₂具有已知最高的离解能之一，这就是为什么它反应性很低。
分数键序(例如0.5、1.5或2.5)在净成键电子数为奇数时出现。它们在MO理论中是完全有效的，反映了简单路易斯结构无法显示的电子离域化。具有正的但分数键序的物种通常是真实的，有时是反应性的分子或离子。
零或负的键序表示反键电子达到或超过成键电子数，因此没有形成净键，该物种预计是不稳定的。当比较相关物种时，键序较大的物种预计有较短、较强的键。
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关键术语与定义
成键轨道
由原子轨道的建设性重叠(同相组合)形成的分子轨道。其中的电子集中在两个原子核之间，降低了能量并将原子结合在一起。
反键轨道
由原子轨道的破坏性重叠(反相组合)形成的分子轨道，在原子核之间有一个节点。它的能量较高；其中的电子削弱或抵消成键。通常用星号标记(例如\(\sigma^*\)、\(\pi^*\))。
Sigma (\(\sigma\)) 轨道
关于核间轴对称的分子轨道，由原子轨道的对心(端到端)重叠形成。Sigma键通常是最强的单成分键。
Pi (\(\pi\)) 轨道
由p轨道的侧向重叠形成的分子轨道，电子密度位于核间轴的上方和下方。Pi轨道说明了双键和三键中的额外成键。
\(N_b\) (成键电子数)
占据成键分子轨道的电子总数。
\(N_a\) (反键电子数)
占据反键分子轨道的电子总数。
MO图(分子轨道图)
能级图，显示原子轨道如何组合成成键和反键分子轨道，电子根据Aufbau原理、洪德规则和泡利不相容原理填充其中。
键序
两个原子之间的净成键电子对数，计算为 \((N_b - N_a)/2\)。它与键强度相关，与键长成反比。
顺磁性
描述具有一个或多个未配对电子的物种，它被外部磁场吸引(例如O₂)。
抗磁性
描述所有电子都配对的物种，它被外部磁场微弱排斥(例如N₂)。
常见问题
键级可以是分数吗？可以。像超氧离子 O₂⁻ 这类含奇数电子的粒子，键级就是 \(1.5\)。
键级为零意味着什么？意味着成键电子与反键电子数量相等，因此无法形成净化学键——例如假想中的 He₂。
键级越高，键长越短吗？通常是的；键级越大，键长往往越短，键的解离能也越高。