我們知道一般的共價鍵的形成方式，是兩個原子的未成對電子以自旋相反的方式相互配對，比如說氫氣，氮氣這種，形成共價單鍵等等。我們也知道特殊的共價鍵，叫做“配位鍵”的形成方式，它成鍵的兩個電子均由同一個原子所提供，比如一氧化碳。所以，大部分情況下解決問題是完全足夠的。

但是也有難以解釋的，比如甲烷CH4，它是什麼情況？

根據原子軌道論，C的外層電子排布為1s2 2s2 2px1 2py1。按照之前所學，其外部有兩個未成對電子，應該形成的是CH2，那麼甲烷到底是怎麼出現的？

所以這裡首先要補充的是：在形成共價鍵時，單電子也可以由對電子分開而得到。就是原來C中2s軌道上的一個電子躍遷到空的2pz軌道上去了,這一過程稱為激發。

這樣就有了四個單電子，甲烷也就可以形成了。但是，電子不可能憑空跑到2pz軌道上去，我們講得不是一個神話故事，否則前面講的價鍵理論不全都亂套了。因為假如電子就是可以随便跑的，那在判斷一個鍵形成的時候，就會有多種結果，這是不行的。

所以，電子可以跑，一定是有能量的，問題的關鍵就是能量從何而來？

其解釋就是形成共價鍵的過程中是會釋放能量的，所以形成四個鍵所釋放的能量比兩個鍵大，就是多出來的這股能量補償了電子移動所消耗的能量。

到這裡，問題是否已經完全解決了？

依舊沒有，否則就沒有雜化軌道論的出現了。需要注意到的的甲烷分子是一個正四面體的結構。

在學習完價鍵理論以後，實際上我們可以對分子的形狀進行大緻的推導。首先2s軌道形狀是一個球，2px，2py，2pz這三個軌道相互垂直。這樣四個軌道與氫原子所形成的化學鍵怎麼會是一樣的?畢竟一個軌道是球形，另外三個軌道則是紡錘型對稱分布。同時形成的甲烷分子又怎麼會是一個正四面體?

這就需要用到雜化軌道理論來進行解釋。甲烷的碳原子在形成化學鍵的時候，價電子層的四條原子軌道并不維持原來的狀态，而是發生雜化，得到四條同等的軌道。就是把這四條軌道混合，再均分，或者說重新組合形成了四條一樣的新軌道。

具體而言，就是從原來的2s軌道和三條2p軌道，變成了四條sp3雜化軌道。從中我們也可以學到其命名方式，一條s和3條p雜化就叫sp3雜化。

雜化軌道理論的注意點如下：

1.雜化過程中形成的雜化軌道的數目，等于參加雜化的軌道的數目，且其形成的雜化軌道形狀和能量完全相同，但在空間中分布不同，就形成了正四面體。

2.隻有能量相近的軌道才能發生雜化。換句話說，如果軌道是處于不同的能層當中是無法發生雜化的。

3.實際在成鍵過程中，激發和雜化是同時發生的。

4.雜化軌道在與其他原子軌道重疊形成化學建設，同樣要滿足原子軌道最大重疊原理。因為隻有這樣形成的化學鍵才更加穩定。比如在甲烷分子中以正四面體的方式進行重疊，重疊度最大。

雜化軌道有s-p型雜化，sp2雜化，sp3雜化等等。對于s-p型雜化軌道，s軌道和p軌道各占1/2。對于sp2雜化，s占1/3，p占2/3，别的可以類推。

就軌道擁有的能量而言，sp雜化軌道其能量要低于p，高于s，其中s的占比越高，則軌道的能量也就越高。

如果是sp雜化，其空間分布呈直線型分布，互成180°。

同樣可以推得，sp2雜化是三個軌道，呈三等分的結構，指向同一個頂點，夾角為120°

sp3雜化就是正四面體，不再多做解釋。

其它的還有s-p-d型雜化，更為複雜。通過雜化軌道的形狀，我們可以推導獲得分子的構型。