혼성 오비탈

방향성 있는 결합의 표현

원자 오비탈을 다른 조합으로 표현하면 분자에서 관찰하는 결합 방향을 설명하기 편리해진다. 혼성화는 이러한 모형을 구성하는 방법이다. 원자들이 먼저 오비탈을 물리적으로 섞는 단계를 거친 뒤 결합한다고 이해하기보다는, 결합을 설명하기 위한 수학적인 표현으로 보는 것이 적절하다.

섞는 수와 생기는 수

s 오비탈 하나와 p 오비탈 하나를 조합하면 sp 혼성 오비탈 두 개가 생긴다. s 하나와 p 둘이면 sp² 세 개, s 하나와 p 셋이면 sp³ 네 개를 구성한다. 표기의 위첨자는 전자 수가 아니라 조합에 포함한 p 오비탈의 수를 나타낸다.

대표적인 방향 배열

이상적인 sp 오비탈 두 개는 서로 반대 방향을 향한다. sp² 세 개는 같은 평면에서 약 120도로, sp³ 네 개는 정사면체 방향으로 약 109.5도로 배열된다. 이 각도는 이상적인 오비탈 방향이며 실제 분자의 모든 결합각이 반드시 그 값과 일치하는 것은 아니다.

남겨 둔 p 오비탈

탄소의 결합을 간단한 혼성 모형으로 설명하면 sp²에서는 혼성화하지 않은 p 오비탈 하나가, sp에서는 두 개가 남는다. 이들은 이웃 원자의 p 오비탈과 옆으로 겹쳐 파이 결합을 설명하는 데 사용된다. 혼성 오비탈만으로 모든 결합 전자 분포를 표현하는 것은 아니다.