Гибридизация атомных орбиталей, квантовохимический способ описания перестройки орбиталейатома в молекуле по сравнению со свободным атомом. Являясь формальным математическим приемом, гибридизация атомных орбиталей позволяет отразить нарушение сферической симметрии распределения электронной плотностиатома при образовании химической связи.
Сущность гибридизации атомных орбиталей состоит в том, что электрон молекулы вблизи выделенногибридная орбиталь
атомногибридная орбиталь ядра характеризуется не отдельной атомной орбиталью, а линейной комбинацией атомных орбиталей с различным значениями азимутальногибридная орбиталь и магнитногибридная орбиталь квантовых чисел. Такая линейная комбинация называется гибридной (гибридизированной) орбиталью. Как правило, гибридизация затрагивает лишь высшие и близкие по энергии занятые атомные орбитали свободногибридная орбиталь атома. Например, для атомов элементов второгибридная орбиталь периода периодической системы типичная форма гибридной орбитали - линейная
комбинация 2s-орбитали и
2р-орбиталей , ,
с численными коэффициентами.
Гибридные орбитали обладают более низкой симметрией, чем составляющие их атомные орбитали. Так, распределение электронной плотности, отвечающее указанной гибридной орбитали ,
смещено от атомного ядра в направлении вектора п с координатами
; вектор п является осью симметрии гибридной орбитали (рис. 1). При изменении ориентации в пространстве осей координат коэффициенты линейной комбинации могут изменяться, однако остается постоянным отношение сумм квадратов коэффициентов для данного значения азимутального квантового числа. Это отношение определяет тип гибридной орбитали.
Например, орбиталь относится
к типу sapb, где а и b- числа,
подобранные так, чтобы .
Обычно принимают а — 1, b = 1, 2 или 3. ,/p>
Как правило, гибридные орбитали данного атома в молекуле относятся к одному типу, который называют типом гибридизации атома. Так, атом N в молекуле аммиака имеет гибридизацию атомных орбиталей типа sp3, атом С в молекуле этилена - sp2-гибридизацию, атом С в молекуле ацетилена - sp-гибридизацию. Это дает основание отождествлять тип гибридизации атома в молекуле с символом его некоей гипотетической электронной конфигурации.
Обычно система гибридных орбиталей строится таким образом, чтобы для разных орбиталей одногибридная орбиталь атома интегралы перекрывания были равны нулю. Кроме того, каждая орбиталь в молекуле либо остается негибридизированной атомной орбиталью, либо выбирается гибридизированной по определенному типу. Этим требованиям удовлетворяют несколько наборов орбиталей. Например, атом О в молекуле Н2О
можно считать как sp2-, так и 5р3-гибридизированным.
Оси симметрии всех орбиталей обычно образуют симметричную фигуру (см. рис.
2). Операции симметрии этой фигуры переводят гибридные орбитали одного атома друг в друга.
Такие гибридные орбитали называют эквивалентными. Например, линейная комбинация четырех валентных атомных орбиталей атома С приводит к четырем 5р3-гибридным орбиталям, оси симметрии которых по отношению друг к другу расположены под углом 109,5°, т.е. направлены по углам тетраэдра (рис. 2, в).
Рис. 1. Гибридная орбиталь, образованная из 2s- и 2р-атомных орбиталей;
х, у, z- координатные оси, п-ось симметрии.
Рис. 2. Система гибридных орбиталей 5р"-типа (1, 2, 3, 4); о, б,
в соответствуют п = 1, 2, 3. Оси симметрии негибридизированных атомных орбиталей изображены отрезками. Стрелками указано направление смещения электронной плотности.
Представление о гибридизации атомных орбиталей используется для изучения закономерностей изменения электронной плотности молекулы вблизи какого-либо атомного ядра в зависимости от его окружения, то есть позволяет установить связь между электронным строением молекулы и ее структурой. При этом возможны различные подходы к анализу этой связи. Если известно геометрическое расположение атомных ядер, расчет волновой функции молекулы можно свести к изучению парных взаимодействий соседних атомов.
Для такого расчета выбирают одну из возможных систем гибридных орбиталей и располагают ее в пространстве так, чтобы обеспечить макс. перекрывание отдельных пар гибридных орбиталей разных атомов. Другой подход применяется в неэмпирических методах квантовой химии, в которых все взаимодействия атомов в молекуле учитываются одновременно и волновая функция молекулы не зависит от того, атомные или гибридизированные орбитали используются для расчета. В этом случае гибридные орбитали строят после определения волновой функции молекулы таким образом, чтобы в отдельных областях пространства распределение электронной плотности можно было описать одной гибридной орбитали.
В обоих подходах тип гибридизации атомных орбиталей обусловлен геометрической конфигурацией молекулы и для большинства равновесных конфигураций оба подхода приводят к близким формам гибридной орбитали.
В теоретической химии для систематизации экспериментальных данных о равновесных конфигурациях молекул часто применяют феноменологический подход, в рамках которого атомы данного элемента склонны к гибридизации определенного типа, а тип гибридизации определяет взаимное расположение ядер ближайшего окружения.
Отклонение конфигурации молекулы от симметричной связывают с взаимодействием химических связей (напр., с отталкиванием пар электронов, образующих связь). В такой
форме представления о гибридизации атомных орбиталей используются в стереохимии.
Понятие о гибридизации атомных орбиталей введено в химию Л. Полингом в 1931.
Лит.: Гиллеспи Р., Геометрия молекул, пер. с англ., М., 1975;
Минкин В. И., Симкин Б. Я., Миняев Р. М., Теория строения молекул, М.,
1979. В. И. Пупышев.
- линейная
комбинация 2s-орбитали 
и
2р-орбиталей 
, 
, 
с численными коэффициентами.
,
смещено от 
; вектор п является осью симметрии гибридной орбитали (рис. 1). При изменении ориентации в пространстве осей координат коэффициенты линейной комбинации могут изменяться, однако остается постоянным отношение сумм квадратов коэффициентов для данного значения азимутального квантового числа. Это отношение определяет тип гибридной орбитали.
относится
к типу sapb, где а и b- числа,
подобранные так, чтобы 
.
Обычно принимают а — 1, b = 1, 2 или 3.
