杂化轨道理论zahua guidao lilun

1931年L.鲍林和J.斯莱脱为了解释甲烷分子正四面体结构，而提出的一种研究多原子分子结构和性能的近似理论。根据这一理论，原子在相互化合形成分子时，受到外界的干扰，参加成键的原子轨道会重新掺合组成一组具有较强方向性的新原子轨道，以便在化合时达到最大重叠，生成较强的化学键。甲烷分子中的碳原子为了和4个氢原子中的未成对电子成键，必须有1个2s电子激发到2p轨道，自身形成4个未成对电子，以便分别和4个氢原子配对偶合成键。这样形成的4个化学键应该是不等价的，3个与p轨道形成的化学键应该互相成直角分布而且等价，另一个与s轨道形成的化学键应该远离这3个键，并且应成三角锥状分布，这与实验事实不符合。因此只有碳原子的1个2s轨道和3个2p轨道掺合后，形成4个等价的新的杂化轨道，指向正四面体的4个顶角，每一个新的杂化轨道中含有1/4的s轨道成分和3/4的p轨道成分，才能成功地解释甲烷的正四面体分子结构。这种由若干个不同类型的原子轨道掺合起来形成一组新轨道的过程，叫做原子轨道的杂化。这种新的轨道叫做杂化轨道。原子轨道的杂化必须符合对称性的要求和能量相近的原则，杂化前后的轨道数必须相等。杂化轨道理论能成功地解释一系列分子的几何构型和价键的性质。如，能解释乙烯分子的平面型结构，乙炔分子的直线型结构及许多配合物的结构。