[科普中国]-离域电子

离域电子（英语：delocalized electron），也称游离电子，是在分子、离子或固体金属中不止与单一原子或单一共价键有关系的电子。 游离电子包含在分子轨道中，延伸到几个相邻的原子。一般来讲，离域电子存在于共轭系统和介离子化合物中。人们渐渐地了解到，σ键中的电子也会游离。例如甲烷中的成键电子是由五个原子共享的。更多细节详见分子轨道理论。

简介离域电子（英语：delocalized electron），也称游离电子，是在分子、离子或固体金属中不止与单一原子或单一共价键有关系的电子。 游离电子包含在分子轨道中，延伸到几个相邻的原子。一般来讲，离域电子存在于共轭系统和介离子化合物中。人们渐渐地了解到，σ键中的电子也会游离。例如甲烷中的成键电子是由五个原子共享的。更多细节详见分子轨道理论。1

分子轨道理论分子轨道理论（英语：Molecular orbital theory），简称MO理论，是处理双原子分子及多原子分子结构的一种有效的近似方法，是化学键理论的重要内容。它与价键理论不同，后者着重于用原子轨道的重组杂化成键来理解化学，而前者则注重于分子轨道的了解，即认为分子中的电子围绕整个分子运动。

计算化学中常以原子轨道线性组合近似来计算分子轨道波函数：

式中的cij系数可由将等式代入薛定谔方程以及应用变分原理求得。简单地讲，该方法意即，分子轨道由原子轨道组合而成。原子轨道波函数各乘以某一系数相加或相减，得到分子轨道波函数。组合时原子轨道对分子轨道的贡献体现在系数上，组合前后轨道总数不变。

利用分子轨道理论与价键理论通常只是从一个问题的两个方面去看问题，常常会得到相同的结论。只是有时分子轨道理论的思想与计算过于复杂，在研究简单问题时，价键理论反而更显得简单明了。或者说，价键理论对于分子定态的性质（键长，键角等）的解释和分子轨道理论相近，而分子轨道理论在研究和电子激发相关的性质时（分子颜色，光电子能谱等）更为有效。1

例子在简单芳香环（如苯环）中，六个碳原子上的π电子的游离在图上常以画一圈来表示。事实上六个C－C键之间的距离都是相等的，这也是电子游离的一个迹象。在价电子键结理论中，苯环中的游离被描述为共振。

离域电子也存在于固态金属的结构中，其d轨道和s轨道之间相互干涉。金属的结构中包含排列整齐的带正电离子（阳离子），在“电子海”中形成离域电子。这意味着电子在结构中可以自由移动，产生了导电性。

在钻石中，每个碳上面的四个外层电子，彼此都是以共价键的形式键结，电子的移动受到限制，也因此无法传导电流。 在石墨中，碳原子只使用四个外层电子中的三个来形成与另外三个原子间的共价键，并形成一个平面；每一个碳原子贡献一个电子到游离系统中，这些电子也是化学键的一部分（π键）。离域电子能在整个平面自由移动，因此石墨可以沿着碳原子平面导电，但无法沿着与平面垂直的方向导电。

在离子中，离域电子常常被称为游离电荷。一个典型的在离子中的离域电子（游离电荷）的例子是羧酸根，其负电荷在两个氧原子上的分布是相等的。电荷游离是决定负离子反应能力的一个重要因素（一般来说，游离程度越高，反应能力越低），还有特别是共轭酸中酸的强度。一般来说，阴离子中电荷游离得越好，其共轭酸也越强。1

反应当中的游离离域电子很重要的原因有多个，主要原因是电子游离使分子变化到一个更稳定的构型，导致预期的化学反应不会发生，或在不同的位置发生。其中一个例子是傅-克反应用1-氯-2-甲基丙烷甲基化苯环；异丁基碳阳离子重排成为叔丁基碳正离子，而叔丁基是超共轭（一种特别的游离形式）稳定的。游离会使电子的波长变长，导致电子的能量下降。2

另见共轭系统

分子轨道

芳香环电流

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学