碳 原子外層的 2s 及三個 p 軌道有另一種排列方式,稱為『混成軌道』。
混成軌道就是把上述的 s 及 p 軌道混合,重新組成四個形狀相似,且平分在空間四個角落的 sp3 軌道;以能量來說,這樣的安排可能最有利。而碳原子外圍的 4 個電子,分別安置在每一個 sp3 軌道,都還是『單身』,非常渴望接受另一個電子,來滿足兩個電子的最安定狀態。
這時,宇宙間最多的氫原子,因為只有一個電子,很容易對碳提供一個電子,兩者一起共用這兩個電子,就形成了 C-H 共價鍵。而碳有 4 個 sp3 軌道,可與 4 個氫原子鍵結,形成 CH4 的分子形式,就是甲烷。碳原子也可與另外 4 個碳結合,如此由純碳所構成的原子晶體,其構造非常堅固完美,就是鑽石;由鑽石所表現出來的物理、化學特性,應該可以理解碳原子 sp3 的理想立體鍵結能力,這也會在蛋白質的構造上,發揮其重大影響。
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