双原子分子指所有由两个原子组成的分子。双原子分子内的化学键通常是共价键，分子间存在色散力和部分诱导力。

中文名

双原子分子

外文名

diatomic molecules

拼音

shaungyuanzifenzi

术语类别

化学术语

形成键

化学键

主要类型

同核，异核双原子分子

释义

两个原子组成的分子

分类

同核双原子分子

一切物质都由粒子构成，基本粒子有分子、原子等。

很多非金属元素（包括氢、氮、氧、氟、氯、溴、碘<当一个非金属元素不能当成是一种物质时，这个非金属元素组成的单质是双原子分子>等）的单质均是双原子分子。其他元素（如磷）也可能以双原子分子构成单质，但这些双原子分子并不稳定。这些构成单质的双原子分子称为同核双原子分子。其中，氮和氧的同核双原子分子占地球大气层成份的

。异核双原子分子

以双原子分子存在的化合物包括一氧化碳、一氧化氮等。这些双原子分子称为

异核双原子分子。

准双原子分子

分子中的原子之间有相互作用力。不是所有的原子在通常情况下都能形成稳定的分子，例如氯原子与氙原子，只有当它们处于激发态时，才有可能形成氯化氙，回到基态又分裂为单个原子，这种分子叫准分子，利用准分子的特性可制成准分子激光器。[1]

分子轨道能级图

同核双原子分子的分子轨道能级图

将分子轨道按能量由低到髙排列，可得到分子轨道能级图。第二周期同核双原子分子轨道能级图（图1)有两种情况。图1(a)适用于

和

分子。氧原子的2p 轨道与2S轨道的能级差

，F原子的2P轨道与2s 轨道的能级差

J，它们的 2s 和 2p 原子轨道能量相差较大。它们的分子轨道排列中，

高于

。图1(b)适合于N 和 N 以前的元素形成的双原子分子， 2s 和 2P 原子轨道能级相差较小，如 N、C 和 B 原 子的2P和2S轨道的能量差分别为

J，

J 和

J , 当原子相互靠时，不仅发生s- s 重叠， P-P 重叠，而且会发生s-p 轨道间的作用，导致能级顺序的改变，使

能级低于

。

图1同核双原子分子轨道能级图

图2氧分子轨道能级图

分子轨道的能量，主要是从电子吸收光谱、光电子能谱（PES）或相关计算来确定的。

在分子轨道理论中，分子中全部电子属于分子所有，电子进人成键分子轨道使系统能量降低，对成键有贡献，电子进人反键分子轨道使系统能量升高，对成键起削弱或抵消作用。总之，成键轨道中电子多、分子稳定，反键轨道中电子多，分子不稳定。分子的稳定性通过键级来描述，键级愈大，分子愈稳定。分子轨道理论把分子中成键电子和反键电子数的一半定义为键级。键级=

（成键轨道中的电子数一反键轨道中的电子数）。异核双原子分子的分子轨道能级图

( 1 ) HF F原子

的与H原子的1s轨道能量接近，对称性匹配组成一个成键分子轨道，能量低于F的2p轨道，另一个反键分子轨道，能量高于H的1s轨道。F的1s和2s轨道在形成分子轨道时不参与成键，其能量与原子轨道相同，这样的分子轨道叫做非键轨道。因此在HF分子中共存在三种分子轨道，即成键轨道（

），反键轨道（

）和非键轨道（ ， ，

）。见图3。

图3HF的分子轨道能级图

（2）

一氧化碳也是一种异核双原子分子，它的核外电子总数等于14，与氮气的分子轨道有相似之处。见图4。

图4CO的分子轨道能级图

分子轨道电子排布式

同核双原子分子分子轨道电子排布式

(1)

氢分子是最简单的同核双原子分子，2 个1S原子轨道组合成2个分子轨道：

和

。2 个电子以不同的自旋方式进人能量低的

成键轨道，其电子排布式（又称为电子构型）可以写成键级为

。

(2)

与

如果是 2个

原子靠近时，每个He原子都有一对已成对的1s电子。形成分子轨道时，一对电子进入

成键轨道，这时成键轨道已被占满，另一对电于只能进入

反键轨道。虽然进入成键轨道的电子对使分子系统的能量降低，但进入反键轨道的电子对却使能量升髙，所以 2 个He原子太靠近时不能形成稳定的分子。但是

能存在，键级为

，不太稳定。

(3)

氮气由两个氮原子构成。

共有14个电子，每个分子轨道容纳两个字自旋方式不同的电子，按能量从低到高的顺序分布，氮气的电子排布式为：

,这里对成键有主要贡献的是

和

，即形成两个π键和一个

键。

(4)

氧气由两个氧原子构成，共有16个电子。

其电子排布式为：

。

最后2 个电子进入

轨道，狠 据 Hund规则，它们分别占有能置相等的2 个反键轨道，每个轨道里有1个电子，它们自旋方式相同。氧气分子中有2 个自旋方式相同的未成对电子，这一事实成功地解释了氧气的顺磁性。氧气中对成键有贡献的是

和

，这 3 对电子，即1个

键和2个

键，在

反键轨道上的电子抵消了一部分

这2个π键的能量。考虑到这2个反键电子，氧气中的2个键不是像氮气中那样的二电子π键，而是三电子π键，即每个π键实际上由2 个成键电子和1个反键电子组成，氧气中有2个三电子π 键。可见把两个氧原子结合在一起的是叁键，而不像以前价键埋论所描述的那样是双键。由于三电子π键中有1个反键电于，削弱了键的强度，三电子π键不及二电子π键牢固。异核双原子分子分子轨道电子排布式

(1

氢原子和氟原子共有10个电子，根据最低能量原理和pauli不相容原理，把这些电子填入分子轨道中，可知使HF分子能量降低的是进入

轨道的两个电子。

的电子构型为

(2)

的核外电子总数为14，电子构型为

根据电子排布规则，最高占有分子轨道

是最后被占据的分子轨道，最低未占分子轨道（LUMO）是紧接其后的能量较高的空分子轨道，两者一起构成分子的前线轨道。前线轨道的这种组合方式非常重要，这是d区元素容易形成羰基化合物的原因之一，金属羰基化合物中的HOMO含电子轨道参与形成 键，LUMO空π轨道参与形成π键。