价层电子对互斥理论与杂化轨道理论有何异同？
价层电子对互斥理论（VSEPR）：直观的“空间占位者”
VSEPR理论的核心思想非常朴素：分子中，与中心原子相连的电子对（包括成键电子对和孤对电子）都倾向于相互远离，以达到能量最低、最稳定的状态。 你可以把它想象成一群争抢空间的小团子，它们会尽可能地散开，占据最大的独立区域。
基本原理：
电子对的互斥： 无论是成键电子对还是孤对电子，它们都带负电荷，因此会相互排斥。
孤对电子的斥力大于成键电子对： 这是VSEPR理论中一个非常关键的细节。孤对电子由于没有与另一个原子形成化学键，所以它更“自由”地占据空间，因此对周围电子对的排斥作用更强。这会导致键角发生一定程度的扭曲。例如，在氨气（NH₃）中，HNH键角就比理想的四面体键角（109.5°）小，因为一对孤电子对占据了更多的空间，将成键电子对挤压得更近。
多重键的排斥力也大于单键： 双键或三键包含更多的电子，因此它们的排斥力也比单键更大。
如何应用：
1. 确定中心原子： 通常是电负性最小的原子（除了氢）。
2. 数中心原子的价电子： 这是理解电子对数量的基础。
3. 画出中心原子周围的成键电子对和孤对电子： 结合分子式和化合价。
4. 根据电子对的总数和它们之间的排斥力来确定电子对的排布方式： 这是最关键的一步，也是VSEPR理论的精髓所在。电子对会遵循最有利于互斥的几何构型，比如两个电子对直线排列（180°），三个电子对平面三角形排列（120°），四个电子对四面体排列（109.5°）等等。
5. 忽略孤对电子在形状描述中的位置，只看成键原子决定的分子形状： VSEPR理论最终关注的是原子核构成的分子形状，孤对电子虽然影响了形状，但它本身不占据分子的“顶点”。
VSEPR理论的优势：
简单直观： 不需要复杂的量子力学计算，很容易理解。
预测能力强： 对于绝大多数简单共价分子的几何形状，VSEPR都能给出非常准确的预测。
解释键角变化： 能够很好地解释由于孤对电子和多重键存在导致的键角偏差。
VSEPR理论的局限性：
对复杂分子解释力有限： 对于过渡金属配合物或一些具有特殊电子结构的分子，VSEPR理论可能就显得力不从心。
不解释成键方式： VSEPR理论只描述了电子对的空间排布，并没有深入解释电子是如何形成化学键的，也没有说明为什么原子会形成特定的键。
杂化轨道理论：微观的“化学键构筑师”
杂化轨道理论则从另一个角度解释分子的几何形状，它更侧重于原子轨道如何组合形成新的轨道，以及这些新轨道如何与其它原子形成化学键。 这里的核心思想是：为了形成更稳定、更牢固的化学键，中心原子的原子轨道会进行“混合”，形成新的杂化轨道，这些杂化轨道具有特定的空间指向性，能够最大程度地与其它原子形成有效的重叠。
基本原理：
原子轨道混合： 中心原子在成键前，其价层s轨道和p轨道（有时还有d轨道）会进行混合（线性组合），形成一系列能量相近的新的杂化轨道。
杂化轨道的空间指向性： 形成的杂化轨道具有比原子轨道更强的方向性，能够最大程度地提高与其它原子轨道的重叠程度，形成更强的σ键。
成键的数量决定杂化轨道的类型： 例如，一个中心原子形成四个单键，通常需要形成四个sp³杂化轨道，它们会尽可能地远离，呈四面体分布。
孤对电子也占据杂化轨道： 孤对电子也存在于杂化轨道中，并对其他成键轨道产生影响，但杂化轨道理论主要关注的是杂化轨道本身的取向。
如何应用：
1. 确定中心原子： 同VSEPR理论。
2. 确定中心原子需要形成多少个σ键和有多少对孤对电子： 这决定了中心原子需要多少个杂化轨道。
3. 根据σ键和孤对电子的总数来确定杂化轨道类型：
2个电子域 → sp杂化（直线形）
3个电子域 → sp²杂化（平面三角形）
4个电子域 → sp³杂化（四面体）
5个电子域 → sp³d杂化（三方双锥）
6个电子域 → sp³d²杂化（八面体）
4. 杂化轨道的空间指向性决定了分子的几何形状： 例如，sp³杂化轨道指向四面体的四个顶点，从而决定了甲烷（CH₄）是四面体构型。
杂化轨道理论的优势：
解释成键的本质： 能够解释为什么原子会形成特定的键，以及键的性质（如键的强度和方向性）。
解释共轭和离域： 对于π键、共轭体系的解释非常有优势，这是VSEPR理论难以深入的。
理论基础更深厚： 是基于量子力学中的轨道叠加概念。
杂化轨道理论的局限性：
概念略显抽象： 杂化轨道本身并不是真实的原子轨道，而是一种模型化的描述，需要一定的抽象思维来理解。
解释孤对电子的影响不够直接： 虽然孤对电子也占据杂化轨道，但其对键角的影响更多是通过“斥力”来间接体现，不如VSEPR理论直接描述斥力模型。
对于某些异常情况解释力不足： 和VSEPR一样，对于复杂的过渡金属配合物等，也可能需要更高级的理论来解释。
异同点总结
| 特征 | 价层电子对互斥理论 (VSEPR) | 杂化轨道理论 |
| : | : | : |
| 核心思想 | 电子对因静电斥力趋于分散，占据最大空间。 | 原子轨道混合形成新的杂化轨道，用于形成强且有方向性的化学键。 |
| 关注点 | 电子对的空间排布，进而推测原子核的相对位置。 | 原子轨道的重组，解释化学键的形成和方向性。 |
| 解释角度 | 宏观的“空间占位”，直观易懂。 | 微观的“轨道组合”，更深入地解释成键过程。 |
| 预测内容 | 分子的几何形状（键角大小等）。 | 分子的几何形状和成键方式。 |
| 对孤对电子的处理 | 强调其斥力大于成键电子对，直接影响键角。 | 孤对电子也占据杂化轨道，但更多是作为电子对的来源。 |
| 解释力 | 简单共价分子的形状预测准确，易于解释键角变化。 | 能解释成键性质，对π键和共轭体系解释力强。 |
| 局限性 | 对复杂分子、过渡金属配合物解释力有限。 | 概念略抽象，对孤对电子的影响解释不如VSEPR直接。 |
| 相互关系 | 互补。VSEPR提供了一个直观的模型来确定电子对的分布，而杂化轨道理论则从轨道层面解释了为何会形成这样的分布以及如何形成化学键。可以说，VSEPR指明了“路怎么走”，而杂化轨道解释了“为什么走这条路”。 |
举例说明：水分子（H₂O）
VSEPR解释：
1. 中心原子是O。
2. O有6个价电子，与2个H原子各形成一个单键（2个成键电子对），还剩下4个价电子，形成2对孤对电子。
3. 总共有2个成键电子对和2对孤对电子，共4个电子对。
4. 4个电子对最稳定的排布是四面体。
5. 电子对排布是四面体，但其中两个是孤对电子。VSEPR理论认为，孤对电子的斥力大于成键电子对，会压缩键角。
6. 因此，HOH键角会比理想的四面体键角（109.5°）小，实际测得约为104.5°。水分子呈角形（或称V形）。
杂化轨道解释：
1. 中心原子是O。
2. O需要形成2个单键和有2对孤对电子，总共需要4个电子域。
3. 因此，O原子的s轨道和三个p轨道进行sp³杂化，形成4个sp³杂化轨道。
4. 其中两个sp³杂化轨道分别与两个H原子的1s轨道形成σ键。
5. 另外两个sp³杂化轨道各容纳一对孤对电子。
6. sp³杂化轨道的指向性决定了水分子整体呈角形（或称V形）。虽然杂化轨道本身是四面体分布的，但由于孤对电子的影响，原子核形成的形状是角形。
结论
VSEPR理论和杂化轨道理论并非互相排斥，而是互补的。VSEPR理论提供了一个简单、直观的框架，帮助我们快速预测分子的基本几何形状，特别是孤对电子和多重键对键角的影响。而杂化轨道理论则在微观层面解释了原子如何通过轨道的组合形成键，为什么键会有特定的方向性，并能更深入地解释分子的电子结构和成键性质。
在学习和应用中，通常是先用VSEPR理论来大致判断分子的电子对排布和形状，然后再结合杂化轨道理论来更精细地理解成键方式和具体几何构型。两者结合，能帮助我们更全面地理解化学世界的神奇之处。
网友意见
并不是学混了，是高中教材故意把三种方法杂糅在一起。
题主说的理论，除了VSEPR理论与杂化轨道理论，“剩余的两个p轨道肩并肩构成两个π 键”是价键理论VB里的东西，后来双原子简单分子轨道理论借鉴了这个模型，但多了成键轨道和反键轨道（VB和MOT是完全不同的理论，不过高中化学讲不到两者的区别，下面就只说MOT了），这个理论比杂化论提出的早，杂化论借鉴了这个说法。
高中阶段有这种杂化论很鸡肋的感觉也很正常，因为限于高中的知识结构体系，能讲得最深的是VSEPR，另外两个杂化论和简单分子轨道理论都需要一些的量子力学和对称性理论的知识，高中课程里只能介绍其中很小的一部分。
三种理论都是对物质结构的“刻画”，论“刻画”的精度肯定是分子轨道理论>杂化论>VSEPR理论[1]，编教材的老师可能也是希望同学能对物质结构有深刻的认识吧，所以补充了一些杂化论和分子轨道理论中的东西，但不成体系，最后考的也就只是spⁿ 杂化的判断之类的内容，原子轨道头碰头肩并肩什么的还很少考。
下面是一些解释和吐槽，高中生的话别在意。
虽然高中不讲量子力学，但现在大家都在讲量子，薛定谔的猫谁都能扯一段，应该知道描述物质结构还是要靠量子力学的，即使不用很高深的量子力学内容那也至少要涉及到价键/电子理论。而一般的稳定分子结构都是能量最低的[2]，这个也好理解，所以很多时候为了方便地找到能量最低的结构需要用对称性理论。
三种理论都是建立在“电子理论”+“能量最低原则”基础之上的，这大概是几种理论“同”的部分。下面说异。
VSEPR
VSEPR把孤对电子、单个单子和成键电子都当作点电荷来处理，利用设定的“电子对相互排斥顺序”寻找最低能量的结构，属于定域/价键论的延伸。因为绕过了大部分量子力学内容，所以高中讲的深入也正常。很明显，VSEPR 并不以任何电子结构的基本理论分析为基础，它只是对所观察到的现像的一个合理解释而已。
至于为什么“大多数问题仅仅依靠VSEPR便可完成分子空间构型的判断”，那是因为高中阶段只喂满足VSEPR的问题啊。VSEPR的局限性很多，比如以过渡金属为中心的化合物用VSEPR经常得不到正确的构型，另外VSEPR有时候会“模棱两可”，多个因素对键角的影响难以比较，所以很多时候可以根据结果凑答案，参考：
而且一些细节上的差异VSEPR很难解释，比如下面这三个。
上面说的问题简单归纳就是对数据结果的分析太简单，定义的自变量太少。VSEPR的进阶版本——分子力学方法[3]，考虑的因素更多，包括键长、键角、扭曲、非键作用等，看起来更“现代”，目前应用的领域也不少，不过还是被认为属于“经验方法”，没有经过理论论证。
见过有人认为“因为VSEPR是建立在“更本质”物理原理上的，所以它超越了量子力学，具有不可否认的正确性……”这个说法就是高中不会讲例外的情况产生的。举一个比较经典的例外案例——II A族金属的卤化物，这类化合物气态时有直线型的（linear），也有弯的（bent），用VSEPR区分不了这两种情况，至于为什么可以参考一些文献[4][5]。
杂化论
杂化论是定域键理论+变分法得到的理论。变分法是一种求最值的方法，高中书上那个激发-杂化-成键的说法其实就在说这个数学过程。不过因为讲的含糊而且不完整，真有人以为原子形成化合物需要经过这个过程。
杂化最早就是用来解释键角的。但因为变分法超纲了，高中阶段不可能讲怎么通过分子的路易斯式（电子式）来推导合理的杂化结构的方法。而且现在杂化论的“变种”太多，正本清源还是看鲍林的原著吧。
就讲一个高中肯定不会考的杂化论键角解释。氟甲烷的数据如下，VSEPR当然可以解释，杂化论也能。s 电子没有方向性，离核“近”，而p 电子有方向性，离核“远”，电负性大的卤素会把更多的p 电子拉走，使中心碳的杂化轨道中s 的成分升高，总体的方向性下降，所以键角变大，这就是CH₃F中的H-C-H比甲烷大[6]的原因。
按上面的说法，换成把F换成硅H-C-H会变小，实验和计算结果确实如此。
杂化论可以解释很多键角细节差异问题，上面的醇-酚-醚就可以用杂化论解释，但高中肯定不会考了。VSEPR不好解释的配合物结构，也经常会用杂化论来讨论。杂化论的问题是很多时候需要按实验结果调整解释，电负性也各有各的说法，就不展开了。
分子轨道理论MOT
这也是个近似方法，但精确性更高。简单分子轨道理论认为分子轨道由原子轨道组合而成的，组合方式就是头碰头、肩并肩、面对面……这是基本是高中教材上这个理论唯一的残留了，很多时候还会和杂化论混合在一起，比如有人问过为什么书上的N₂ 不是和乙炔一样，先sp 杂化再成键，而是三个p 轨道直接成键——因为讲的不是同一个理论。
左边是人教版选修三，右边是国外大学教材Chemistry - The Central Science，能看出教材是画出“分子轨道”的，只是不敢挑明。至于MOT怎么解释键角就不说了吧，后面给个类似的例子。
总结一下，高中选修教材中讲共价键一开始给的是最“现代”的分子轨道理论，但因为不可能教对称群理论，只能讲双原子体系，多原子体系讲不下去。因此讲键角时转向了经验性的价层电子对互斥理论，可能是觉得VSEPR过于经验，不太科学，补充了杂化论的一些知识，但又没法进一步介绍杂化论怎么用。
当然解释键角问题，还有比分子轨道理论更高级的方法，比如从头算[7]，可以不使用从实验数据中总结的经验参数，基于基本原理给出结果。VSEPR中的经验规律比如“电子对相互排斥顺序”；而杂化解释则要用到电负性；分子轨道理论一般要和光电子能谱对照。
计算化学的方法可以给出总能量随键角变化的曲线，一些其他理论很难解释的问题，比如BaX₂键角不规则，可以从这个理论出发得到和实验相符的结果。 简单MOT也可以定性给出类似的Walsh图，不过具体的分子轨道能量需要实验参数。
我感觉高中阶段知道VSEPR怎么用足矣，而关键是要学会“见风使舵”，推测出题人的意图编解释。而其他理论考的也不多，一般套路比如算出来是直线型或者发现和CO₂等电子体，然后问中心原子什么杂化——写sp就好了，反正也不会考为什么。非常公式化的解题，没什么好多说的。
补充：
杂化论推键角的方法。
参考
- ^ 杂化论指最早鲍林的杂化论，不是NBO优化过的那种
- ^ 真的要展开要说到量子力学的变分法原理
- ^ https://baike.baidu.com/item/分子力学/10075528?fr=aladdin
- ^ Journal of Molecular Structure (Theochem) 311 (1994) 123-135
- ^ Kock R L D , Peterson M A , Timmer L K , et al. A theoretical study of the linear versus bent geometry for several MX 2 molecules: MgF 2, CaH 2, CaF 2, CeO 2 and YbCl 2[J]. Cheminform, 1990, 9(s 15–16):1919-1934.
- ^ Anslyn E , Dougherty D . 现代物理有机化学[M]. 高等教育出版社, 2009.第一章
- ^ https://baike.baidu.com/item/从头计算法/9056518?fr=aladdin
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