杂化轨道理论(sp3/sp2)

杂化轨道理论是Linus Carl Pauling于1931年提出的，其实验事实基础是许多分子的键角不等于原子轨道间夹角。如氧原子与氢原子组成的水分子H－O－H的键角是104.5o，不等于氧的2py与2pz轨道间的夹角90o。类似的，NH3分子中H－N－H的键角也不等于90o，实际测得107.3o。实验测得甲烷分子CH4是四面体结构，H－C－H键角为109.5o。
杂化轨道理论指出：上述分子中的氧原子、氮原子和碳原子并不是简单地以2p轨道与氢原子的1s轨道成键，而是在成键前，氧、氮和碳原子的2s轨道和2p轨道先进行了杂化。所谓杂化（hybridization）是一个能量的均化过程。经过了能量均化后的杂化轨道，其形状更有利于形成共价键时的轨道间重叠，从而形成能量更低和更稳定的共价键。以下以碳氢化合物为例加以说明。

1、sp3杂化与碳氢、碳碳单键

碳原子的电子构型为1s22s22px12py12pz，其中1s轨道中的两个电子不参与成键。由能量较低的2s轨道与能量较高的3个2p轨道进行杂化，形成4个简并（即能量相同的）的sp3杂化轨道（sp3-hybrid orbital）。每个sp3杂化轨道含有1/4的s轨道成分，3/4的p轨道成分，其能量高于2s轨道，低于2p轨道。