分子軌道ダイアグラム
非結合性軌道は、元の構成AOと非常に似ており、エネルギーレベルも同じか近いため、結合エネルギーに寄与しない。得られた電子配置は結合型、偶奇性(パリティ)、占有状態によって説明される(例: 二水素の1σg)。代わりに他のシンボルを用いて書くこともできる(例: 二水素のΣg)。非結合性軌道を表わすのに記号nが使用されることがある。
安定結合では、
結合次数 = (結合性MO中の電子数 − 反結合性MO中の電子数)/2
で定義される結合次数は正となる。
MOエネルギーの相対順位および占有状態は光電子分光 (PES) で見られる電子遷移と一致する。このような方法で、MO理論を実験的に実証することが可能である。一般的に、鋭いPES遷移は非結合性電子を示し、広いバンドは非局在化した結合性ならびに反結合性電子の指標である。バンドは、分子カチオンの振動モードに対応する間隔を持つ微細構造に分解することができる(フランク=コンドンの原理を参照)。PESエネルギーはイオン化エネルギー(n − 1電子が取り除かれた後にn次電子を奪うために必要なエネルギーと関連している)とは異なる。エネルギー値を有するMOダイアグラムは、ハートリー-フォック法を用いて数学的に得ることができる。全てのMOダイアグラムの開始点は、問題とされる分子の所定の分子構造である。構造と軌道エネルギーの間の厳密な相関はウォルシュダイアグラムで与えられる。
水(H2O)は、C2v分子対称性を持つ折れ線形分子(105°)である。酸素の原子軌道はそれらの対称性に応じて、2s軌道はa1、2p軌道の4個の電子はb1(2px)、b2(2py)、a1(2pz)とラベルされる。2つの水素1s軌道はa1(結合性)およびb2(反結合性)MOを形成するために予め混合される(対称適合線形結合)。
同等のエネルギーの同じ対称性を持つ軌道間で混合が起こり、その結果新しいMOの組が作られる。
最低エネルギーのMOである1a1はほぼ純粋に酸素1s軌道である。
2a1 MOは酸素2s AOと水素σ MOの混合により作られる。さらに酸素2pz AOが少し混合することにより軌道エネルギーが低下し、結合が強くなる。
1b2 MOは酸素2py AOと水素b2 MOとが混合し生じる。
3a1 MOは酸素2pz AOと水素σ MOの混合により作られる。さらに酸素2s AOが少し混合することにより軌道エネルギーが上昇し、結合が弱くなる。