炭素の混成は、2つの純粋な原子軌道を組み合わせて、独自の特性を持つ新しい分子軌道「ハイブリッド」を形成します。原子軌道の概念は、以前の軌道の概念よりも優れた説明を提供し、原子内の電子を見つける確率が高い場所の近似を確立します。

言い換えれば、原子軌道は、原子内の特定の領域における電子または電子のペアの位置のアイデアを与える量子力学の表現であり、各軌道は、その数の値に従って定義されます量子。

量子数は、特定の瞬間におけるシステムの状態（原子内の電子の状態など）を示します。これは、電子（n）に属するエネルギー、その運動（l）、関連する磁気モーメントで説明される角運動量（m）および電子が原子（s）内を移動するときの電子のスピン。

これらのパラメーターは軌道内の電子ごとに一意であるため、2つの電子が4つの量子数とまったく同じ値を持つことはできず、各軌道は最大で2つの電子で占有できます。

カーボンハイブリダイゼーションとは？

炭素の混成を説明するには、各軌道の特性（その形状、エネルギー、サイズなど）が各原子の電子配置に依存することを考慮する必要があります。

つまり、各軌道の特性は、各「シェル」またはレベルでの電子の配置に依存します。原子核に最も近い原子核から最も外側にある原子価シェルとも呼ばれます。

最外部の電子は、結合を形成するために利用できる唯一の電子です。したがって、2つの原子間で化学結合が形成されると、2つの軌道（各原子から1つ）のオーバーラップまたは重ね合わせが生成され、これは分子の形状に密接に関連しています。

前述のように、各軌道は最大2つの電子で満たすことができますが、次に示すように、Aufbauの原則に従う必要があります。以下に示します。

このようにして、最初に1 sレベルが満たされ、次に2 s、次に2 pと続きます。これは、原子またはイオンが持つ電子の数に応じて続きます。

したがって、各原子は純粋な原子軌道（s、p、d、f）しか寄与できないため、ハイブリダイゼーションは分子に対応する現象であり、2つ以上の原子軌道の組み合わせにより、要素間のリンクを可能にするハイブリッド軌道。

主な種類

以下に示すように、原子軌道にはさまざまな形状と空間方向があり、複雑さが増しています。

1種類のs軌道（球形）、3種類のp軌道（小葉形、各ローブが空間軸上にある）、5種類のd軌道、および7種類のf軌道があり、それぞれの種類の軌道はその種類のものとまったく同じエネルギーを持っています。

基底状態の炭素原子には6つの電子があり、その構成は1 s ² 2 s ² 2 p ^2です。つまり、レベル1 s（2電子）、2 s（2電子）、および部分的に2pを占める必要があります。 （残りの2つの電子）は、アウフバウの原理に従います。

これは、炭素原子の2 p軌道に不対電子が2つしかないことを意味します。したがって、メタン（CH ₄）分子または他のより複雑な分子の形成または形状を説明することはできません。

したがって、これらの結合を形成するには、sとp軌道の混成（炭素の場合）が必要であり、二重結合と三重結合を説明する新しい混成軌道を生成する必要があります。 。

Spハイブリダイゼーション

sp ³ハイブリダイゼーションは、純粋な2s、2p _x、2p _y、および2p _z軌道からの4つの「ハイブリッド」軌道の形成で構成されます。

したがって、レベル2での電子の再配置があり、4つの結合の形成に利用可能な4つの電子があり、それらは並列に配置されてエネルギーが少なくなります（安定性が高くなります）。

例はエチレン分子（C ₂ H ₄）であり、その結合は原子間に120°の角度を形成し、平面の三角形のジオメトリを与えます。

この場合、CHおよびCC単結合（sp ²軌道による）とCC二重結合（p軌道による）が生成され、最も安定した分子が形成されます。

Spハイブリダイゼーション

sp ²ハイブリダイゼーションにより、純粋な2s軌道と3つの純粋な2p軌道から3つの「ハイブリッド」軌道が生成されます。さらに、二重結合（pi： "π"と呼ばれる）の形成に関与する純粋なp軌道が得られます。

例はエチレン分子（C ₂ H ₄）であり、その結合は原子間に120°の角度を形成し、平面の三角形のジオメトリを与えます。この場合、CHとCCの単結合（sp ²軌道による）とCCの二重結合（p軌道による）が生成され、最も安定した分子が形成されます。