图3.1原子轨道（AO, atomic orbitals）

图3.2 C的原子轨道若直接与H成键…

杂化轨道理论的提出（L. C. Pauling）: 原子形成分子时受到相邻原子的作用，为了迎合成键的需要，原有的一些能量接近的原子轨道可以重新组合成新的原子轨道，使轨道发挥更高的成键效能，这叫做轨道杂化。

图3.3 sp3 轨道

*阅读部分非必要掌握，仅供扩展

让我们来思考一下 CH4。C的基态价电子排布2s2 2px12py12pz0, 如果碳使用一个 s 轨道和三个 p 轨道与氢成四根键，那么将有一根键会与其他三根不同。(C的2s和H的1s，C的2p和H的1s)

但事实并非如此，大多数关于 CH4分子性质的测定证明四根键完全等同。它的 4 个 C—H 键的键参数( 如键长、键能) 完全 相同，即键参数完全平均化; 其 C—H 键的键长( 111pm) 比 C 和 H 原子共价半径之和的 114pm( rC = 77pm，rH = 37pm) 略短。这意味着成键更牢固， C、H的轨道重叠程度增大，这说明了轨道间可能发生了某种相互作用为CH4分子体系带来了额外的稳定化作用。

而L.Pauling提出的轨道杂化可以很好地解释上述事实: 因为这四个轨道用来成键完全相同，化学家假设这四个轨道经过 “杂化”后，形成四个等同的新原子轨道，称为 sp3 杂化轨道（因为每个轨道含有一份 s 成分与三份 p 成分）。这四个原子轨道的波函数相加将得到球形的电子分布，所以当这个球被分为等同的四个 sp3杂化轨道时，它们会以正四面体形状的分布。

*阅读部分非必要掌握，仅供扩展

※  影响轨道相互作用的因素（轨道能量、轨道空间取向、轨道形状）杂化轨道只是一种假想的模型，实际轨道和电子是离域的，不符合杂化理论中 “定态的”“互不影响的”的描述，但这并不妨碍它在实际应用中的精彩表现。

杂化轨道理论很好地在避免对电子进行复杂的量子化处理的同时更贴近了现实，因此它至今仍然是化学家最常用的理论模型之一。

图3.5常见分子/离子中的杂化   图3.6 常见杂化轨道的空间排布

接下来讲VSEPR理论

VSEPR理论杂谈

在有机化学中作用有限，但仍然应该有一定的认识（可能判断一些含杂原子化合物试剂有用）按惯例咱先讲讲起因。其实目前还没有简单的方法来预测键角的数值，即使是在较简单分子（除非形状能直接由对称性决定）然而，价层电子对互斥理论（VSEPR）在静电斥力和孤电子对的存在的简单情况中可以非常有效地进行预测。

VSEPR理论的主要假设是电子密度大的区域（孤对电子、成键电子）由于静电作用互相排斥，因而有尽可能占据较远的位置的趋势，以使排斥作用最小化。

图3.7 分子空间结构举例

VSEPR判断空间构型可以很方便地用m+n法制（m为成键电子数，n为孤对电子数）

图3.8 m+n法判断空间构型

※遇到让我们预测键角相对大小也会使用VSEPR理论

关键点：斥力 ——孤对电子/孤对电子>孤对电子/键合电子>键合电子/键合电子

                         ——三键排斥>双键排斥>单键排斥 

一些合理的空间构型判断

举例：SF4的分子结构

图3.10 SF4 球棍模型和Lewis 结构式

图3.11电子排斥情况

思考：为什么SF4 中孤对电子—轴向S-F键合电子的夹角大于90。而不是偏向孤对一侧？

    参考文献

【1】 THE NATURE OF THE CHEMICAL BOND   ©Linus Carl Pauling 1966

【2】 杂化电子的离域和轨道杂化的起因 大学化学 2012.12 周再春 刘秋华

【3】 Inorganic Chemistry ©2014, 2010, 2006, 1999 by P.W. Atkins, T.L. Overton, J.P. Rourke, M.T. Weller, and F.A. Armstrong

【4】 ORGANIC CHEMISTRY © Jonathan Clayden, Nick Greeves, and Stuart Warren 2012

【5】 基础有机化学  邢其毅 第 3 版 北京: 高等教育出版社，2005

作者 || 潘民瑨

编辑 || 潘家宇

美工 || 郝晴怡

审核 || CPU-OCh运营团队