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同学们好，我是来自北京市第四中学的于杰老师。今天我们继续学习分子的空间结构。第三课是我们之前学习的架键理论，可以很好的解释控架键的形成，但是在解释分子的空间结构时却存在问题。今天我们就来学习应用杂化轨道理论来解释分子的空间结构。中心原子、碳原子的四个架层原子轨道是一个球形的2S轨道和三个互相垂直的2P轨道。如果他们直接跟四个氢原子的ES原子轨道重叠，见角就不是109度28分，而是90度s和p轨道。不同类型形状和能量也不可能得到四个完全相同的碳氢键的正四面体型的甲烷分子。
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为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。他认为在碳原子与氢原子承建前中，锌原子、碳原子的4个轨道必须要先重新组合，混杂在一起，形成成分、形状、能量都完全相同的四个原子轨道，同时改变原有的球形和三个2P轨道互相垂直的空间取向。混夹后的4个原子轨道处于不同的空间取向，尽可能远离杂化后的轨道。在与氢原子的ES轨道重叠，就能完美的解释甲烷分子成正四面体型的空间结构了。
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我们来看一下甲烷分子的具体形成过程。为了使碳原子的四个轨道都参与杂化，需要具有四个未成对电子，因此碳原子的一个RS电子受外界影响跃迁到2P空轨道，碳原子的2S轨道和3个2P轨道就会重新组合，发生混杂时保持轨道总数不变，得到4个新的能量。相同方向不同的原子轨道各指向正四面体的四个顶点，夹角为109度28分。因为一个s轨道和3个p轨道杂化而形成的新的原子轨道，所以称为SP3杂化轨道。中心原子、碳原子杂化后，以4个SP3杂化轨道分别与4个氢原子的ES轨道重叠，形成四个碳氢Sigma键。因此甲烷分子呈正四面体型的空间结构。
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根据我们刚刚分析的碳原子和氢原子形成钾烷分子时，碳原子的杂化过程，我们归纳一下杂化轨道理论的要点。首先，杂化的条件，第一要明确发生轨道杂化的一定是中心原子，比如甲烷分子的中心原子、碳原子发生SP3杂化，而结合的氢原子不发生杂化。第二，一定是在外界条件的影响下，也就是氢原子与碳原子要呈现的条件下才会发生杂化。第三，能量相近的原子轨道才能发生杂化，比如碳原子的RS和RP轨道。另外，杂化前后的变与不变，杂化前的一个2S轨道和3个2P轨道，杂化后是4个SP3杂化轨道，杂化前后都是4个原子轨道，数目不变，但杂化后轨道的成分、能量和形状还有方向都发生了变化。假化后的原子轨道成件更有利于轨道间的重叠而使其在空间取得最大夹角分布，这些都是为了满足能量最低分子的空间结构最稳定。
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水分子和氨分子的见角分别是105度和107度，与甲烷分子的见角109度28分接近。而且在学习下层电子对互斥模型时，我们知道水分子和氨分子的vsEPR理想模型跟甲烷分子一样，也是四面体型，因此它们的中心原子都采取了Sp3杂化。我们一起来分析一下在形成氨分子的过程中，中心原子弹原子的SP3杂化和呈
