分子軌域(MO)能階圖怎麼畫:分步教學
2026/07/18

分子軌域(MO)能階圖怎麼畫:分步教學

手把手教你畫分子軌域(MO)能階圖:鍵結與反鍵結軌域的差別、電子填入順序規則、鍵級計算方法,以及 O₂ 與 N₂ 的完整繪製範例,逐步拆解每個環節,適合物理化學課程學習、作業練習與考試複習時對照參考使用。

分子軌域(MO)能階圖之所以讓人卻步,是因為它把能階、電子填入與鍵級等大量資訊塞進同一張圖裡。可靠的畫法是依固定順序搭建:先在兩側放上原子軌域,在中間把它們組合成分子軌域,再由下往上填入電子。

本教學帶你從零畫出一張分子軌域能階圖,並提供 O₂ 與 N₂ 的完整範例。如果你現在就需要一張乾淨的圖,分子軌域能階圖產生器能根據一句白話描述畫出帶標註的 MO 能階圖。

MO 能階圖常見錯誤

在填入第一個電子之前,先修正這些問題:

  • 忘記 s–p 混成造成的能階交換。 對 B₂、C₂ 與 N₂,σ2p 軌域位於 π2p 軌域 之上。對 O₂、F₂ 與 Ne₂,順序翻轉,σ2p 位於 π2p 之下。
  • 填入時未先成單再成對。 遵循洪德定則:先把簡併軌域(兩個 π 軌域)各填一個電子,再配對。
  • 計數時忽略反鍵結軌域。 鍵級要同時用到鍵結電子 與 反鍵結電子。漏掉反鍵結一側會算錯。
  • 星號標註錯誤。 反鍵結軌域要帶星號(σ*、π*)。漏標會讓圖變得含糊不清。
  • 能階順序畫反。 能量向上遞增;把每條軌域放在正確的相對高度上。
  • 把內層電子也算進去。 第二週期雙原子分子只處理價電子,除非題目另有要求。

雙原子分子的分子軌域能階圖:兩側為原子軌域,中間為鍵結與反鍵結分子軌域,電子由下往上填入

一張清楚的 MO 能階圖把原子軌域放兩側、分子軌域放中間,能量軸放在左邊。

鍵結軌域 vs. 反鍵結軌域

當兩條原子軌域組合時,會形成兩條分子軌域:

軌域類型能量對鍵的影響
鍵結(σ、π)低於原子軌域穩定分子;此處的電子加強鍵
反鍵結(σ、π)**高於原子軌域不穩定分子;此處的電子削弱鍵

電子偏好能量較低的鍵結軌域,這正是化學鍵得以形成的原因。

分步:畫一張 MO 能階圖

  1. 數價電子。 把兩個原子的價電子相加(離子要依電荷調整)。
  2. 畫原子軌域,放在左右兩側(第二週期元素的 2s 在 2p 之下)。
  3. 在中間加上分子軌域: σ2s、σ*2s,然後是 2p 組。
  4. 套用正確的 2p 順序。 B₂–N₂ 中 π2p 在 σ2p 之下;O₂–Ne₂ 中 σ2p 在 π2p 之下。
  5. 由下往上填入。 先填最低能階,遵守洪德定則與包立原理。
  6. 計算鍵級:(鍵結電子 − 反鍵結電子)÷ 2。

完整範例:N₂

氮各有 5 個價電子,共 10 個。依順序(σ2s、σ*2s、π2p、π2p、σ2p)填入:

  • 鍵結電子:8(σ2s + 兩個 π2p + σ2p)
  • 反鍵結電子:2(σ*2s)
  • 鍵級 = (8 − 2) ÷ 2 = 3 —— 三鍵,且 N₂ 為反磁性(全部成對)。

完整範例:O₂

氧各有 6 個價電子,共 12 個。這裡 σ2p 位於 π2p 之下,最後兩個電子各佔一個 π*2p 軌域:

  • 鍵結電子:8
  • 反鍵結電子:4(σ2s + π2p 中的兩個)
  • 鍵級 = (8 − 4) ÷ 2 = 2 —— 雙鍵,且由於有兩個未成對電子,O₂ 為 順磁性。這正是分子軌域理論能解釋、而路易斯結構無法解釋的經典結果。

用 AI 畫 MO 能階圖的更好提示詞

描述分子以及你需要的細節:

  • 「畫 O₂ 的 MO 能階圖,σ2p 在 π2p 之下,π2p 中有兩個未成對電子。」*
  • 「用星號標註鍵結與反鍵結軌域,並畫出能量軸。」
  • 「依洪德定則用上下箭頭填入電子。」
  • 「保持乾淨的教科書風格,從原子軌域到分子軌域用虛線連接。」

分子軌域能階圖產生器會把這些描述變成一張可編輯的圖,讓你用文字改換分子或修正填入順序,而不必重畫。

準確性核對清單

提交 MO 能階圖前,確認:

  • 價電子數正確。
  • 2p 順序與分子相符(B₂–N₂ vs. O₂–Ne₂)。
  • 電子從最低能階向上填入,遵守洪德定則。
  • 反鍵結軌域已用星號標註。
  • 鍵級由鍵結電子減反鍵結電子算得。
  • 磁性(順磁性 vs. 反磁性)與未成對電子相符。

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常見問題

鍵結軌域與反鍵結軌域有什麼差別? 鍵結軌域能量較低,穩定分子;反鍵結軌域(帶星號)能量較高,削弱鍵。

O₂ 為什麼是順磁性? 它的 MO 能階圖在兩個反鍵結 π*2p 軌域中各放一個電子,留下兩個未成對電子。分子軌域理論能預測這一點,而簡單的路易斯結構不能。

鍵級怎麼算? 鍵級 =(鍵結電子數 − 反鍵結電子數)÷ 2。

怎樣快速畫出 MO 能階圖? 把分子與電子數告訴分子軌域能階圖產生器,然後用文字微調標註與填入。

作者

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Davie Chen / SciDraw AI

Researcher

Davie Chen is a researcher at the Faculty of Animation and Intermedia, University of Arts in Poznan, studying generative AI for scientific figure creation, patent illustration, and manuscript drafting. SciDraw AI is one of the research-to-product tools built from this work.

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