杂化轨道理论

为了从理论上解释多原子分子或离子的立体结构，1931 年Pauling 在量子力学的基础上提出了杂化轨道理论(hybrid orbital theory)。

杂化轨道的概念

根据VSEPR 理论预测CH₄分子的结构是正四面体，与实验测定结果一致，其中四个 C—H 键是完全等同的，H-C-H 之间的夹角均为109°28´。

  碳原子的价电子结构为 2s²2p_x¹2p_y¹，只有两个未成对电子，所以它只能与两个氢原子形成两个共价单键。若考虑将碳原子的1 个2s 电子激发到2p 轨道上，碳原子激发态的电子结构为2s¹2p_x¹2p_y¹2p_z¹，这样就可以与 4 个氢原子形成 4 个 C—H 单键。

  Pauling 假设，甲烷的中心碳原子在形成化学键时，价电子层的4 个原子轨道并不维持原来的形状，而是发生“杂化”，得到四个等同的轨道，再与氢原子的1s 轨道成键。

  所谓杂化就是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道称为杂化轨道。