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化學中的隱藏力量：什麼是非整數的鍵級，它如何影響分子？
在化學中，鍵級是一個衡量兩個原子之間共價鍵多重性的正式指標。這一概念由Gerhard Herzberg所引入，建立於R. S. Mulliken和Friedrich Hund的研究基礎上。鍵級的定義是鍵合分子軌道與反鍵合分子軌道中電子對數量的差異。鍵級提供了一個粗略的指標來評估鍵的穩定性，並且同時影響著分子的性質及反應。
鍵級本身即是兩個原子之間的電子對數（共價鍵）。
例如，在二氮分子N≡N中，兩個氮原子之間的鍵級為3（三鍵）。而在乙炔H–C≡C–H中，兩個碳原子之間的鍵級也是3，而C–H鍵的鍵級為1（單鍵）。在一氧化碳中，–C≡O+的碳與氧之間的鍵級也是3。在硫氮化三氟化物N≡SF3中，硫與氮之間的鍵級為3，與氟之間的鍵級則為1。在二氧化碳O=C=O中，碳與氧之間的鍵級為2，而在氯化苯酰O=CCl2中，碳與氧的鍵級也是2，與氯的鍵級為1。某些分子的鍵級甚至可以達到4（四鍵）、5（五鍵）或6（六鍵）。例如，鉀八氯二鉬酸鹽(K4[Mo2Cl8])包含[Cl4Mo≣MoCl4]4−陰離子，其中兩個Mo原子之間的鍵級為4，每個Mo原子與四個Cl−配體的鍵級為1。
在某些具有共振或非經典鍵結的分子中，鍵級可能不是整數。以苯為例，其去局域化的分子軌道包含6個π電子，分佈在六個碳原子上，這使得每對碳原子間的鍵級計算為1.5（即一個半鍵）。另外，1.1（十成之一鍵）、4/3（或1.333333...、四成三鍵）或0.5（半鍵）等鍵級也可以在某些分子中出現，這些數值實際上指的是與鍵級為1的鍵相比的相對鍵強度。在硝酸根離子(NO−3)中，氮與氧之間的每個鍵的鍵級為4/3。在二氫陽離子(H+2)中，兩個氫原子之間的鍵級則被描述為0.5的共價一電子鍵。
在分子軌道理論中，鍵級被定義為鍵合電子數與反鍵合電子數的差的一半。雖然這在其平衡長度附近通常會產生相似的結果，但對於拉伸的鍵卻不一定有效。一般來說，鍵級越高，鍵就越強。鍵級為1/2的鍵例如H+2的穩定性顯示了其在某些情況下是可行的。
Hückel分子軌道理論提供了另一種以分子軌道係數來定義鍵級的方法，特別適用於具有去局域化π鍵的平面分子。
在Hückel理論中，由於某些分子的複雜性，描述鍵級的方式也有所不同。實際上，根據這些理論的發展，已有多種不同的鍵級定義出現。2017年，發表了從量子化學計算中計算鍵級的綜合方法，這一方法用於提高鍵級計算的準確性。
根據Linus Pauling的研究，鍵級的大小與鍵長有關。
該概念在分子動力學和鍵級勢能中得到了應用。根據Pauling的公式，鍵級可以通過單鍵和實驗測得的鍵長計算出來，這使得鍵級的定義在不斷演變。雖然這一方法在理論上具有有效性，但應用時仍面臨一些挑戰，尤其是在多原子分子中。
在我們深入探討非整數鍵級及其對於分子性質的影響時，您是否考慮過這一現象會如何影響未來分子設計的方向，甚至是材料科學及藥物化學的進展呢？
