雜化軌道是碳原子成鍵的主要形式。一個碳原子與其他四個原子的共價鍵顯然不是用碳原子的一個2s和三個2p軌道形成的，那樣會導致生成三個有方向性的互為直角的鍵（三個2p軌道）和另一個沒有方向性的（球形的2s軌道）鍵。事實上，甲烷為正四面體結構，四個C-H鍵是等同和對稱的，相互成109°28′的夾角，這一現象可以被解釋為碳原子的2s軌道和三個2p軌道重新部署產生了四個新的相同的軌道，稱為sp3雜化原子軌道。而獲得這些軌道的過程稱為雜化，即混雜起來重新分配。需要指出的是，雜化只是處理問題的一種數學手段，並不是物理現實。
當碳原子和三個或兩個原子化合時，進行著與上述類似的但不同的重新部署，可產生三個以120°夾角排列在同一平面的sp2雜化軌道，或以180°夾角排列的sp雜化軌道。在這兩種情況下，尚有一個或兩個未參與雜化可利用的p軌道。每一種雜化都包含著能級最低的s軌道。
雜化的發生是為了增大成鍵能力，使有關原子生成儘可能強的鍵。原子軌道相對重疊力計算結果如下：
這便可以理解為什麼雜化軌道能生成更強的鍵。雜化可以使所有鍵合的原子（和構成鍵的電子對）相互儘可能遠離，以減少靜電排斥，使生成的化合物總內能降到最低，體系更加穩定。
從另一個角度講，原子軌道的雜化結果使雜化軌道具有s軌道能量最低和p軌道方向強的優點，這對成鍵極為有利。
雜化軌道形狀像個蝌蚪，繼承了它的「雙親」，即兼具s軌道和p軌道的特徵。
轉自：《有機化學質疑暨考研指導》李瀛等編著
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公眾號名：有機化學考研
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