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分子轨道构造器:σ、σ*、π、π* 轨道 3D 形状

双中心分子轨道的交互式 3D 构造器。任选 s、p、sp、sp²、sp³ 中的两个轨道,头碰头或肩并肩重叠,在成键与反键之间切换,查看轨道形状、节面、截面等值线和能级图。内置 H₂、C–H、C–C、C=C、C≡C、C–Cl、C=O。

核心概念

同相与反相

两个重叠的原子轨道有两种组合方式。同相相加,两核之间电子密度增大,得到成键轨道;反相相加,两核之间相互抵消,出现一个节面,得到反键轨道,记作带星号的 σ*、π*。

σ 与 π

沿键轴头碰头重叠得到 σ 轨道,绕键轴对称;两个平行 p 轨道肩并肩重叠得到 π 轨道,它有一个包含键轴的节面——电子密度在键的上下两侧,键轴上为零。

反键升得更多

由于轨道之间有重叠,反键能级升高的幅度大于成键能级降低的幅度。所以 He₂(σ 两个电子、σ* 两个电子)不能稳定存在;重叠越大,这种不对称越明显。

极性键让轨道偏向一侧

电负性大的原子轨道能量更低。成键轨道偏向它,反键轨道偏向另一个原子——这正是亲核试剂进攻 C=O 和 C–Cl 中碳原子的轨道原因。

这个分子轨道构造器展示什么

多数教材把 σ 键画成两个瓣碰在一起,把 σ* 画成同样的两个瓣中间留个缝。真实形状要有意思得多:成键轨道融合成一整块,反键轨道有一个清晰的节面,杂化轨道的小背瓣在两者中都保留着。这个构造器从原子轨道出发计算每个形状,而不是手绘示意。

在 s、p、sp、sp²、sp³ 中任选两个,头碰头(σ)或肩并肩(π)重叠。在成键与反键之间切换时,形状会连续变化,可以看到第二个轨道的符号如何翻转。3D 视图下方的截面图用等值线展示同一个轨道——也就是教材里常印的那张截面图——并标出了节面。

能级图和电负性滑块把形状和化学联系起来:极性键的成键轨道偏向电负性大的原子,反键轨道偏向另一侧。这正是亲核试剂进攻羰基碳、从背面进攻 C–Cl 键的轨道原因。

常见问题

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