你妈妈准备蒸 4 个馒头，其中 1 个是棒子面的，另外 3 个是白面的。然而，你不喜欢吃棒子面的馒头，所以你只能吃那 3 个白面的馒头。接着，你妈妈想出了一个办法，把棒子面和白面混合在一起，做成了 4 个馒头，这样你就都喜欢吃了。这就是 s - p 杂化。
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当然，以上类比，必须要先大体了解“原子轨道”等基础知识，
再来看，才能真正理解它类比的到底是什么。
除此之外，从知识本源出发，在历史发展中去理解，
也是非常重要、而且往往更为有效的方法！
比如下面这个解释，同样出自于知乎：
杂化轨道理论提出的背景：
杂化轨道理论不是从“第一性原理”出发的。
它像是在事后给出了对化学键的一种解释，就像诸葛亮那样，这种解释带有经验性。（并且此解释存在重大理论错误，后续会详细说明。）
鲍林提出杂化轨道理论的时候，还是上世纪30年代。
当时量子力学刚起步，分子轨道理论也刚被提出，大概比鲍林的杂化轨道早了三四年。此理论当时只能用来解释 H2 的成键，并且是非常粗糙的半定量近似。（现在这部分内容已成为量子化学教材的标配）
人们不太清楚为何化合物，特别是有机化合物能够拥有如此众多的成键方式和几何构型。
鲍林借用了处于萌芽状态的“分子轨道”的定性概念。依据量子力学中波函数是基函数线性组合的基本性质。他生硬地“拼凑”出了一个杂化轨道。并且发现这个杂化轨道可以解释甲烷的构型。
分子轨道理论逐步发展起来，“量子化学从头计算法”从“第一性原理”出发也逐步发展起来。尤其是在计算机诞生之后，才真正有了实现的可能。七八十年前，谁有本事用手去笔算一大堆只能用数值方法迭代求解的微分方程呢！
杂化轨道理论提出时，是面对当时从头计算法所面临的实际困难，从而给出了一个近似的半经验解释。
杂化轨道理论所采用的近似，无论是 sp、sp2、sp3 这类，还是涉及 d 轨道及配位化合物等其他类型的杂化，对于那些有规律的“正常”分子，通常都能较为准确地进行预测，并且这也是结合了经验以及分子的电子排布规律而总结出来的。
尤其是它并非从第一性原理导出的。
杂化轨道理论的优点和历史意义：
杂化轨道理论在刚被提出的时候，其历史意义是极为巨大的。不然的话，鲍林怎么会凭借它获得炸药奖呢？
在当时的条件下，能够吸收最新的量子力学概念。此概念可用于解释分子成键和构型，尤其对于有机物的构型。这样的做法绝对是一个让人耳目一新的想法。
当时因为数值计算工具比较匮乏，所以无法从第一性原理开始去解薛定谔方程。
其实杂化轨道理论还有个最大的好处，就是形象化。
鲍林的杂化轨道理论，从数学角度来看极为不严谨，几乎能被称作错误；从物理基础方面来讲，则是完全错误的。然而，它却是一个非常形象且具体的概念。
很多化学家未必能够理解抽象的数学方程和推导。拥有一个能够在脑中想象出来的分子图景是很重要的。
很多业内人士在物理领域也会认同物理直觉的重要性。
鲍林是一个极具才华的人，他能够从复杂现象里提炼出形象的图景，就如同诺斯科夫一样。
现在看他的理论，会发现其中存在很多漏洞。然而，他所提出的这些概念，却在化学领域被广泛地接受并且使用着。
现在化学键的含义有了很大的拓展……然而，尽管鲍林的电负性定义已很少被使用（本科考试除外），但这些概念却能形象地帮助一代化学人去理解分子的世界。
杂化轨道理论的情形有点类似鲁迅《鲁迅文集·杂文集·热风·随感录四十二》中所写的那样：
当然，现代量子化学从头计算法取得了很大的进展。要想合理地理解分子的成键和构型，杂化轨道的作用不大。应该让耦合簇理论来发挥作用。（我实话实说，单态的 DFT 甚至可能都无法解决“合理地理解分子的成键和构型”这个难题。）
不知道有没有说清楚
其实，s 轨道是人为定义的。p 轨道也是人为定义的。我们通过解原子的薛定谔方程，解出了一系列本征态。接着，我们对简并轨道进行线性组合。通过这样的方式，构造出了对称性高的本征态，也就是 spdf 轨道。
如果没有其他原子的干扰，电子会在某个轨道上开心地玩耍，例如 H 原子的电子处于 s 轨道上。
因为有其他原子或者外力场的作用，电子被排挤得无法待在原来的 s 轨道上了。它既要处于 s 轨道，又要处于 p 轨道。这样一来，我们就不能再使用原来的（s，p）这套模式来描述电子的轨道了，而必须要用 s 和 p 的线性组合（如 sp3，sp2）来描述电子的状态。
什么？不够通俗？那你只要记住：
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【高效教学原理】
个人有一点感受。“杂化”这个词，会让人觉得莫名其妙。
当我看到英文原词“hybrid”的时候，我才明白：它的意思是“混合”；它的意思是“合成”。
结合前面的原理描述，意味着：处于不同能级轨道的电子相互混合，进而使彼此的能量达到均等。
因为有其他原子或者外力场在起作用，电子就不能只待在原来的 s 轨道上了，它既要在 s 轨道上，又要在 p 轨道上。从我的外行角度来看，这种解释的角度也很容易理解。
两个原子 A 和 B 都具备质子与电子。当它们结合在一起时，A 与 B 之间的电子会相互排斥，A 的电子会和 B 的质子相互吸引，反之亦然。这种情况必然会使得两个原子的电子轨道发生一定的变化，最终混合后形成均等的轨道形式。
这有点像宇宙中的星体，当加入一个新的星体后，原先所有星体的轨道，必然会由于彼此之间万有引力的变化而发生改变。当初冥王星的发现，正是依靠这一机理。
【以下为胡老师的讨论发言】
外力或者新事物的介入会对原有的格局和结构产生影响，进而形成新的平衡和解决方案，这逐渐又回到了人人都懂的基本常识。微观层面也是如此。
建立一个新部门，任命一个新领导，哪怕新进一位教师，所有工作都需重新划分，以达成新的“平衡”。
其实，任何东西若想被人理解，就需要回归“常识”。同时，也需要回归人类的“思维本能”！
如何才能回归“常识”呢？——或者说，如何才能“说人话”呢？
采用“类比”这种讲解方法之外，梳理知识的来龙去脉是很有必要的。
以上过程，对于纯研究人员或许不那么重要（其实也很有用）
但对于老师，则是必修的功课！
之所以能够通过知识发展的历史追寻到知识的“本源”，是因为：知识的发展是一个连续的过程，每一个阶段的知识都建立在之前的基础之上。通过研究知识发展的历史，我们可以了解到知识是如何从最初的简单形式逐渐发展成为复杂的体系的。在这个过程中，我们可以发现知识的本质和根源，从而追寻到知识的“本源”。
因此，想当一名好老师、做好教学工作，
仅仅就书本、讲书本，是远远不够的！
我们必须要回到“知识本源”、回归人类“思维常识”！
这是王珏老师强调呼吁的原因，那就是所有老师都应该深入学习“学科发展史”。
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评论列表（4条）
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希望本篇文章《从蒸馒头到s-p杂化：理解杂化轨道理论的趣味化学故事》能对你有所帮助！
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