杂化把轨道混合成新的方向
为什么碳总是朝四个方向成键？仅凭纯粹的 s 轨道和 p 轨道无法解释甲烷那规整的四面体角。杂化的思想是把一个原子内部的 s 轨道和 p 轨道混合起来，生成能量相同、指向确定方向的新轨道。混入的 s 与 p 的比例决定了轨道指向的数目和它们之间的角度：sp 是直线形，sp² 是平面三角形，sp³ 是四面体形。
s 轨道是没有方向的球，p 轨道是向前后伸展的两个瓣。用滑块一点点混入 s 成分。s 与前瓣相加、与后瓣相消，于是两个瓣变成一侧大、另一侧小的杂化轨道。只有方向如此鲜明的轨道，才能远远伸出、良好重叠，从而形成化学键。
混合的轨道数目决定方向的数目。一个 s 混一个 p，两个 sp 方向恰好相反成 180 度；混两个 p，三个 sp² 方向在平面内成 120 度；混三个 p，四个 sp³ 方向构成四面体成 109.5 度。点击按钮，看看同一原子上的轨道如何尽量彼此推开，稳定在这些角度。
亲手搭建甲烷。碳沿四面体方向伸出四个 sp³ 轨道。一个一个接上氢，每个氢的 s 轨道与一个 sp³ 瓣正面重叠，形成 σ 键。四个都接上后，就得到完全对称的 CH₄，每个 H-C-H 键角都恰好是 109.5 度。
拆解乙烯的双键。两个碳都是 sp² 杂化，因此一根 σ 键把它们正面连接起来。但每个碳还各留有一个未参与杂化的 p 轨道，垂直于该平面。这两个 p 轨道侧面重叠，在分子平面的上方和下方形成 π 键。要保持这种 π 重叠，两个碳必须处于同一平面，所以双键是平的，不能随意扭转。
键角随杂化中 s 成分的多少平滑变化。s 成分为 25% 时达到 sp³ 的 109.5 度，33% 时为 sp² 的 120 度，50% 时为 sp 的 180 度。s 成分越多，轨道张开得越大。拖动滑块，看着 s 成分与键角一起变化，你就能体会为什么 s 成分聚集的一侧角度更大，这正是本特规则的感觉。