价键理论和杂化轨道

价键理论提出，化学键是通过部分填充的原子轨道重叠形成的，包括非球形的s轨道以外的其他轨道。

当两个非球形轨道之间形成单键时，这两个轨道将发生头对头重叠。

由原子轨道头对头重叠形成的共价键称为σ键。

s 和 p 轨道重叠形成共价键无法产生价层电子对互斥（VSEPR）模型中的各种分子构型。价键理论通过原子轨道的杂化（即混合）来解释这种分子几何结构。

参与成键的一些原子轨道会重新组合，形成新的轨道，其形状为原始轨道的杂化。原子轨道的初始数量与生成的杂化轨道数量始终相同。

杂化轨道与其组成的原子轨道具有不同的形状，其中一个瓣明显大于另一个瓣。因此，电子概率密度高度集中在具有方向性的大瓣区域，从而更有效地与其他原子的轨道发生重叠。为了清晰起见，这些轨道通常省略较小的瓣而绘制。

例如，在碳的激发态中，含有四个未成对电子的一个s轨道和三个p轨道发生杂化，形成四个等价的s-p-三杂化轨道，这些轨道位于正四面体的四个顶点上。

碳原子在激发态下，一个s轨道与两个p轨道杂化，形成三个具有平面三角形几何构型的等价s-p-双杂化轨道。

类似地，一个 s 轨道和一个 p 轨道的杂化可以形成两个相互呈 180 度取向的 sp 轨道。

杂化概念还可以解释多重键的形成。两个p轨道的侧向重叠形成一个π键。

然而，只有当两个原子之间已存在σ键时，才能在双键和三键中形成π键。由于π键位于核间轴的两侧，因此π键无法围绕该轴旋转。