問題一:
化學鍵大致分為離子鍵、金屬鍵及共價鍵等三種
前兩者都是使用帶相異電荷的粒子相互吸引所形成,相互吸引時,為達安定故會以特定的堆積方式形成晶體(在晶體密度的計算上很重要,在此不多提)。
請注意:金屬鍵或離子鍵,在形成帶電粒子時,除過渡元素外,其電子組態會趨於安定(惰性氣體組態即ns2np6),因此,雖然有sp軌域,但不必混成軌域後才能形成現實中穩定的物質,所以就不混成了。
共價鍵時,是因為後來發現共價分子中鍵角與鍵能的特殊現象(如CH4中CH鍵的鍵能與鍵角都相等,),與共價鍵形成的共用電子理論相牴觸,所以才提出混成軌域理論,藉以說明,大致如下。
CH4有4個CH鍵,而C的價電子組態為2s(2)2p(2),依一般共價鍵(各提供一個電子形成共價鍵的理論),只能與H(一個價電子),形成2個共價鍵,與事實不符。故提出電子提升理論,將碳的價電子提升為2s(1)2p(3),如此才能與H形成4個共價鍵。(p或d軌域含空軌域時,才能藉電子提升,增加鍵結數)
其中s與s形成的σ鍵,與s與p形成的σ鍵,鍵能明顯不同,與事實不符。另外,3個p軌域必相互垂直,應有相個相互垂直的化學鍵,與事實不符,故提出混成理論,混成後所有軌域能階相同,且因斥力理論形成正四面體,與事實相符。
換句話說,混成軌域是為了解釋現實狀況而提出的一種說法。
問題二:
的確,只要是共價鍵就有方向性,這個問題用碰撞學說,或許較易回答,金屬鍵與離子鍵皆是由帶相異電荷的例子相互吸引,所以,任何方向皆可相互吸引,因此沒有方向性。而共價鍵是共用電子(不論是一般共價或配位共價皆是如此),因此,若待共用的電子無法碰撞(正確位向),則為無效碰撞,故有效碰撞須正確位向,所以要特定方位,所以有方向性(與混成軌域不相違背),例如(H.與H.為無效,H.與.H為有效,可形成H:H)。配位共價鍵亦是如此,需孤對電子與空軌域互相碰撞才可以。
問題三:
目前高中討論的混成只到sp3d2,這時,中心原子已經可視為有12個電子,較惰性氣體多了4個電子,若混成到f軌域(sp3d5f),則至少較惰性氣體多12個電子,可能性不高。
混成軌域是為了解釋現實的狀況所提出的理論,所以,若一中心原子可與甚多外圍原子形成化合物或錯合物時,由於電子的斥力達平衡,為解釋鍵能與鍵角的關係(見問題一),故軌域中能量相近的進行混成,而提出價殼層斥力理論。
其中金屬形成錯合物時,雖為金屬與分金屬的結合,但其結合並非離子互相吸引,反而較類似配位共價鍵(金屬提供空軌域,配位子提供孤對電子),所以也是用混成軌域,這個大學無機化學的配位化學會敎,在此不多提。
大概就這樣,有問題再研究