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2つの水素原子（H）が近づいていくとお互いが持っている1s軌道が重なり始めます。さらに近づいていくとそれぞれの1s軌道同士が融合し、水素原子核2つを取り巻く新しい軌道が形成されますね。この原子軌道が組み合わせってできた新しい電子軌道が分子軌道です。
化合物を形成する際このようにそれぞれの原子から電子（価電子）を共有して結合するのですが、中には単純にs軌道同士やp軌道同士で余っている電子を合わせるだけでは理論的に矛盾が生じてしまう場合があります。その際に用いられるのが従来の原子軌道を変化させた「混成軌道」です。
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3. 混成軌道とは
混成軌道理論は電気陰性度でおなじみのライナス・カール・ポーリング（Linus Carl Pauling、1901-1994）がメタン（CH4）のような分子の構造を説明するために開発した当時の経験則にもとづいた理論です。それが現在では特に有機化学分野でよく使われるようになっています。混成軌道というのは複数の種類の軌道が混ざり合って形成される、新しい軌道を表現する言葉です。
メタン（CH4）、エチレン（C2H4）、アセチレン（C2H2）を例にsp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道についてみていきましょう。
3-1. sp3混成軌道
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炭素原子と水素原子がメタン（CH4）を形成する際基底状態では2s軌道に電子が2個、2p軌道2個にそれぞれ1つずつ電子が入っていますが、このままでは結合することができません。そこで2s軌道と2p軌道3つによりsp3混成軌道を形成します。sp3の「3」は2p軌道が3つあることを意味しており、これにより等価な4つの軌道が形成されていますね。
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その結果4つの軌道によりメタン（CH4）は互いの軌道が109.5度で交わる正四面体構造となります。
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形成された3つの混成軌道は同一面内で互いに120度の角度で交わります。この平面上の混成軌道がσ結合を形成し、平面と直交している余った2p軌道同士がπ結合を1つ形成（二重結合）することでエチレン（C2H4）は成立するのです。
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