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我们知道一般的共价键的形成方式 ， 是两个原子的未成对电子以自旋相反的方式相互配对 ， 比如说氢气 ， 氮气这种 ， 形成共价单键等等 。 我们也知道特殊的共价键 ， 叫做“配位键”的形成方式 ， 它成键的两个电子均由同一个原子所提供 ， 比如一氧化碳 。 所以 ， 大部分情况下解决问题是完全足够的 。
但是也有难以解释的 ， 比如甲烷CH4 ， 它是什么情况？
根据原子轨道论 ， C的外层电子排布为1s2 2s2 2px1 2py1 。 按照之前所学 ， 其外部有两个未成对电子 ， 应该形成的是CH2 ， 那么甲烷到底是怎么出现的？
所以这里首先要补充的是：在形成共价键时 ， 单电子也可以由对电子分开而得到 。 就是原来C中2s轨道上的一个电子跃迁到空的2pz轨道上去了这一过程称为激发 。
这样就有了四个单电子 ， 甲烷也就可以形成了 。 但是 ， 电子不可能凭空跑到2pz轨道上去 ， 我们讲得不是一个神话故事 ， 否则前面讲得价键理论不全都乱套了 。 因为假如电子就是可以随便跑的 ， 那在判断一个键形成得时候 ， 就会有多种结果 ， 这是不行的 。
所以 ， 电子可以跑 ， 一定是有能量的 ， 问题的关键就是能量从何而来？
其解释就是形成共价键的过程中是会释放能量的 ， 所以形成四个键所释放的能量比两个键大 ， 就是多出来的这股能量补偿了电子移动所消耗的能量 。
到这里 ， 问题是否已经完全解决了？
依旧没有 ， 否则就没有杂化轨道论的出现了 。 需要注意到的的甲烷分子是一个正四面体的结构 。
在学习完价键理论以后 ， 实际上我们可以对分子的形状进行大致的推导 。 首先2s轨道形状是一个球 ， 2px ， 2py ， 2pz这三个轨道相互垂直 。 这样四个轨道与氢原子所形成的化学键怎么会是一样的?毕竟一个轨道是球形 ， 另外三个轨道则是纺锤型对称分布 。 同时形成的甲烷分子又怎么会是一个正四面体?
这就需要用到杂化轨道理论来进行解释 。 甲烷的碳原子在形成化学键的时候 ， 价电子层的四条原子轨道并不维持原来的状态 ， 而是发生杂化 ， 得到四条同等的轨道 。 就是把着四条轨道混合 ， 再均分 ， 或者说重新组合形成了四条一样的新轨道 。
具体而言 ， 就是从原来的2s轨道和三条2p轨道 ， 变成了四条sp3杂化轨道 。 从中我们也可以学到其命名方式 ， 一条s和3条p杂化就叫sp3杂化 。
杂化轨道理论的注意点如下：
1.杂化过程中形成的杂化轨道的数目 ， 等于参加杂化的轨道的数目 ， 且其形成的杂化轨道形状和能量完全相同 ， 但在空间中分布不同 ， 就形成了正四面体 。
2.只有能量相近的轨道才能发生杂化 。 换句话说 ， 如果轨道是处于不同的能层当中是无法发生杂化的 。
3.实际在成键过程中 ， 激发和杂化是同时发生的 。
4.杂化轨道在与其他原子轨道重叠形成化学建设 ， 同样要满足原子轨道最大重叠原理 。 因为只有这样形成的化学键才更加稳定 。 比如在甲烷分子中以正四面体的方式进行重叠 ， 重叠度最大 。
杂化轨道有s-p型杂化 ， sp2杂化 ， sp3杂化等等 。 对于s-p型杂化轨道 ， s轨道和p轨道各占1/2 。 对于sp2杂化 ， s占1/3 ， p占2/3 ， 别的可以类推 。
就轨道拥有的能量而言 ， sp杂化轨道其能量要低于p ， 高于s ， 其中s的占比越高 ， 则轨道的能量也就越高 。
如果是sp杂化 ， 其空间分布呈直线型分布 ， 互成180° 。
同样可以推得 ， sp2杂化是三个轨道 ， 呈三等分的结构 ， 指向同一个顶点 ， 夹角为120°
【科普知识（21）——什么是杂化轨道论？】sp3杂化就是正四面体 ， 不再多做解释 。
其它的还有s-p-d型杂化 ， 更为复杂 。 通过杂化轨道的形状 ， 我们可以推导获得分子的构型 。
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