1. Excitovaný stav
Pro zahájení chemické reakce je zapotřebí, aby byla překonána energetická bariéra. Reagující látky musejí mít dostatečnou aktivační energii EA. Po dodání této energie (např. formou tepla) přecházejí valenční elektrony eduktů do excitovaného stavu. Tento vybuzený stav je zapříčiněn dočasným přesunem elektronů do energeticky bohatších hladin. Atom v excitovaném stavu není stabilní, buď se musí zúčastnit reakce, nebo přejde zpět do základního stavu. Prvek v excitovaném stavu značíme hvězdičkou u jeho značky (symbolu), například:
6C: 1s2 2s2 2p2 → 6C*: 1s2 2s1 2p3
Elektronová konfigurace excitovaného stavu atomu uhlíku vysvětluje, proč je uhlík čtyřvazný (obsahuje 1 nespárovaný valenční elektron v orbitalu 2s a 3 nespárované valenční elektrony v orbitalu 2p).
2. Teorie hybridizace
Překryvem atomových orbitalů vznikají molekulové orbitaly. Molekulový orbital je prostor, ve kterém se nacházejí elektrony tvořící vazbu v molekule. V molekulách, kde centrální atom symetricky váže stejné atomy, dochází ke vzniku těchto vazeb až po prostorovém přizpůsobení atomových orbitalů centrálního atomu. Dojde k hybridizaci (míšení) původních atomových orbitalů za vzniku hybridních atomových orbitalů. Ty se pak váží s atomovými orbitaly připojovaných atomů a vznikají molekulové orbitaly. Teorie hybridizace nám umožňuje popsat na základě tvaru hybridních orbitalů tvar dané molekuly.
3. Určení tvaru molekuly
Pro určení tvaru molekuly si musíme uvědomit, kolik vazeb vychází z atomu centrálního prvku a kolik tento atom obsahuje nespárovaných valenčních elektronů. Podle tohoto součtu se jedná o hybridizační typ a tvar molekuly dle následujícího přehledu:
Hybridizační stav
Součet vazeb a nespárovaných valenčních elektronů
Tvar molekuly
Příklad sloučeniny
Hybridizace: sp; Součet vazeb a nespárovaných valenčních elektronů: 2; Tvar molekuly: přímka; Příklad sloučeniny: chlorid berylnatý BeCl2
Hybridizace: sp2; Součet vazeb a nespárovaných valenčních elektronů: 3; Tvar molekuly: rovnostranný trojúhelník; Příklad sloučeniny: chlorid hlinitý AlCl3
Hybridizace: sp3; Součet vazeb a nespárovaných valenčních elektronů: 4; Tvar molekuly: čtyřstěn (tetraedr); Příklad sloučeniny: methan CH4
Hybridizace: sp3d; Součet vazeb a nespárovaných valenčních elektronů: 5; Tvar molekuly: trojboký dvojjehlan; Příklad sloučeniny: chlorid fosforečný PCl5
Hybridizace: sp3d2; Součet vazeb a nespárovaných valenčních elektronů: 6; Tvar molekuly: osmistěn (oktaedr); Příklad sloučeniny: fluorid sírový SF6
V tabulce jsou uvedeny pouze příklady sloučenin, které neobsahují žádné nespárované valenční elektrony. Přítomnost těchto elektronů má za následek, že dochází k jejich vzájemnému odpuzování s elektrony v molekulových orbitalech (souhlasné náboje se odpuzují). Proto mají dané sloučeniny tvar dle jim odpovídající hybridizace, i když nejsou ve všech vrcholech umístěny atomy molekuly, avšak vazebné úhly jsou rozdílné. Tuto skutečnost popisuje teorie VSEPR (z angl. Valence Shell Electron-Pair Repulsion), česky teorie odpuzování elektronových párů ve valenční vrstvě. Pro přehlednost si uvedeme toto pravidlo na příkladu molekul methanu CH4, amoniaku NH3 a vody H2O. Molekula methanu CH4 má tvar pravidelného čtyřstěnu (tetraedru) s vazebnými úhly 109,5°. Atom dusíku v molekule amoniaku NH3 nese 1 nespárovaný elektronový pár, který přispívá ke zmenšení vazebného úhlu na přibližně 106,7°. V molekule vody má H2O atom kyslík dokonce 2 nespárované elektronové páry, což snižuje vazebný úhel na hodnotu cca 104,5°.