杂化轨道

杂化轨道（英语：Hybrid orbital）是指原子轨道经杂化（hybridization）后所形成的能量简并的新轨道，用以定量描述原子间的键结性质。与价层电子对互斥理论可共同用来解释分子轨道的形状。杂化概念是莱纳斯·鲍林于1931年提出。

发展史

化学家莱纳斯·鲍林第一个提出了杂化轨道理论来解释甲烷（CH₄）等分子的结构^[1]。这个概念原本是为了解释简单的化学系统而开发的，但是这种方法后来被广泛应用，至今天它仍然是一种解释有机化合物结构的有效理论。

轨道是描述电子在分子中的行为的一个模型。对于较简单的原子，如氢原子，薛定谔方程可以被精确求解。在较重的原子（如碳、氮、氧）中，原子使用了2s和2p轨道，类似氢原子的激发态轨道，杂化轨道被认为是这些原子轨道以不同的比例互相叠加而成的混合。杂化轨道理论给出了路易士结构的量子力学解释，因而在有机化学里得到了广泛应用。

例子

类别	sp^x杂化	sd^x杂化	sp^xd^y杂化
类别	主族/ 过渡金属	仅过渡金属
AX₂	直线形 sp杂化 (180°) 例: C₂H₂、CO₂
AX₃	平面正三角形 sp²杂化 (120°) 例: BF₃、石墨、C₂H₄	三角锥 sd²杂化 (90°) 例: CrO₃
AX₄	正四面体 sp³杂化 (109.5°) 例: CH₄、钻石	正四面体 sd³杂化 (70.5°, 109.5°) 例: MnO₄⁻	平面正方形 sp²d杂化例: PtCl₄²⁻
AX₆		C_3v 三棱柱 sd⁵杂化 (63.4°, 116.6°) 例: W(CH₃)₆	正八面体 sp³d²杂化例: Mo(CO)₆
轨道间角	$\theta =\arccos(-{\frac {1}{x}})$	$\theta =\arccos \left(\pm {\sqrt {{\frac {1}{3}}(1-{\frac {2}{x}})}}\right)$

超价分子 (共振)
AX₅	三角双锥
AX₅
AX₆	正八面体
AX₆
AX₇	五角双锥
AX₇

参考文献

^ Pauling, L., The nature of the chemical bond. Application of results obtained from the quantum mechanics and from a theory of paramagnetic susceptibility to the structure of molecules, Journal of the American Chemical Society, 1931, 53 (4): 1367–1400, doi:10.1021/ja01355a027

外部链接

共价键和分子结构（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
杂化动画（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
杂化轨道3D程序（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
分子轨道 Archive.is的存档，存档日期2013-04-11 （英文）

[1] Pauling, L., The nature of the chemical bond. Application of results obtained from the quantum mechanics and from a theory of paramagnetic susceptibility to the structure of molecules, Journal of the American Chemical Society, 1931, 53 (4): 1367–1400, doi:10.1021/ja01355a027

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