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化学中的隐藏力量：什么是非整数的键级，它如何影响分子？
在化学中，键级是一个衡量两个原子之间共价键多重性的正式指标。这一概念由Gerhard Herzberg所引入，建立于R. S. Mulliken和Friedrich Hund的研究基础上。键级的定义是键合分子轨道与反键合分子轨道中电子对数量的差异。键级提供了一个粗略的指标来评估键的稳定性，并且同时影响着分子的性质及反应。
键级本身即是两个原子之间的电子对数（共价键）。
例如，在二氮分子N≡N中，两个氮原子之间的键级为3（三键）。而在乙炔H–C≡C–H中，两个碳原子之间的键级也是3，而C–H键的键级为1（单键）。在一氧化碳中，–C≡O+的碳与氧之间的键级也是3。在硫氮化三氟化物N≡SF3中，硫与氮之间的键级为3，与氟之间的键级则为1。在二氧化碳O=C=O中，碳与氧之间的键级为2，而在氯化苯酰O=CCl2中，碳与氧的键级也是2，与氯的键级为1。某些分子的键级甚至可以达到4（四键）、5（五键）或6（六键）。例如，钾八氯二钼酸盐(K4[Mo2Cl8])包含[Cl4Mo≣MoCl4]4−阴离子，其中两个Mo原子之间的键级为4，每个Mo原子与四个Cl−配体的键级为1。
在某些具有共振或非经典键结的分子中，键级可能不是整数。以苯为例，其去局域化的分子轨道包含6个π电子，分布在六个碳原子上，这使得每对碳原子间的键级计算为1.5（即一个半键）。另外，1.1（十成之一键）、4/3（或1.333333...、四成三键）或0.5（半键）等键级也可以在某些分子中出现，这些数值实际上指的是与键级为1的键相比的相对键强度。在硝酸根离子(NO−3)中，氮与氧之间的每个键的键级为4/3。在二氢阳离子(H+2)中，两个氢原子之间的键级则被描述为0.5的共价一电子键。
在分子轨道理论中，键级被定义为键合电子数与反键合电子数的差的一半。虽然这在其平衡长度附近通常会产生相似的结果，但对于拉伸的键却不一定有效。一般来说，键级越高，键就越强。键级为1/2的键例如H+2的稳定性显示了其在某些情况下是可行的。
Hückel分子轨道理论提供了另一种以分子轨道系数来定义键级的方法，特别适用于具有去局域化π键的平面分子。
在Hückel理论中，由于某些分子的复杂性，描述键级的方式也有所不同。实际上，根据这些理论的发展，已有多种不同的键级定义出现。 2017年，发表了从量子化学计算中计算键级的综合方法，这一方法用于提高键级计算的准确性。
根据Linus Pauling的研究，键级的大小与键长有关。
该概念在分子动力学和键级势能中得到了应用。根据Pauling的公式，键级可以通过单键和实验测得的键长计算出来，这使得键级的定义在不断演变。虽然这一方法在理论上具有有效性，但应用时仍面临一些挑战，尤其是在多原子分子中。
在我们深入探讨非整数键级及其对于分子性质的影响时，您是否考虑过这一现象会如何影响未来分子设计的方向，甚至是材料科学及药物化学的进展呢？
