大学 · 15 分钟
s 与 p 轨道的杂化：sp、sp² 和 sp³
切换杂化类型，观察一个 s 轨道与 p 轨道如何重组为指向直线、三角形或四面体方向的等价瓣。
目标
把每种杂化（sp、sp²、sp³）与分子几何和含碳化合物（乙炔、乙烯、甲烷）对应起来。
仪器与试剂
碳原子的一个 s 轨道和最多三个 p 轨道；打开“atoms”会在每个杂化瓣端部加上成键原子。
步骤
- 从 sp³ 开始数四个瓣；旋转直到认出 的四面体结构。
- 切到 sp²：三个瓣摊平成 120° 的平面，如同 中的键；想象剩下的 p 轨道垂直于该平面。
- 切到 sp：两个瓣指向相反方向，即 或 的几何构型。
- 开关相邻原子显示，检查每个瓣的轴线是否对应一个键方向。
观察要点
- sp 呈 180° 直线，sp² 呈 120° 平面三角，sp³ 呈 109.5° 四面体——杂化轨道总是尽量指向彼此最远的方向。
- 每个杂化轨道在对面保留一个小瓣；大瓣把电子密度集中在成键处。
- 杂化轨道数始终等于参与混合的原子轨道数：1s + 1p → 2，1s + 2p → 3，1s + 3p → 4。
讲解
杂化把原子的轨道重新组合为沿键方向最大重叠的等价新轨道。一个 s 与 个 p 混合得到 个杂化轨道，其理想几何由对称性决定：sp 直线形、sp² 平面三角形、sp³ 四面体形。未参与杂化的 p 轨道（sp 剩两个、sp² 剩一个）构成双键和三键的 π 键——这是从单电子轨道走向分子轨道与 Hartree–Fock 键描述的第一步。
相关化学家
虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型，不能替代真实实验和安全培训；没有指导请勿在家自行重复。