我来尝试写个高中生就能理解的回答，锻炼自己说人话的能力…
首先，我想强调，杂化轨道是非常伟大的，但是有极大局限性的理论。我可能这么说不太合适，但是本质上，因为杂化轨道理论并不正确，实无必要深究，了解一下就可以了。
这就好比卢瑟福通过散射实验，提出原子中心有一个原子核，电子是绕原子核运行的行星模型一样。
伟不伟大？简直惊为天人一样伟大！正不正确？会心一笑也就过去了。过了初中化学，基本没有人会再用行星理论分析了。
言归正传，回到杂化轨道上来。
局限性在哪？
比如氧气O2是怎么成键的？为什么是顺磁？杂化轨道根本解释不了。
CH4光电子能谱为什么是两个峰？不是四个键等同吗？那应该是一个峰才对啊！杂化轨道理论还是解释不了。
水也是一个道理，按杂化轨道，应该是两个峰，(一个OH，一个O上的孤对电子)。但是实际会观察到4个，为什么？
如果说一个理论连这么简单，这么基础的问题都不能很好的解释，我个人认为也实在没必要深究。
//教科书不敢讲，因为编写者有历史负担，不敢乱说话。我这里也就是一家之言，觉得知乎属于非学术场合，可以乱讲两句，换正式场合，打死我也不敢这么说，我绝对狂吹杂化轨道理论…
了解其伟大的历史背景，和背后蕴含的思考问题的方式方法，也就够了。这才是最宝贵的财富。
理解杂化轨道，要看历史背景。当年薛定谔横空出世提出了薛定谔方程，玻尔通过解氢原子，提出了原子轨道的概念，简直强无敌！眼看化学就要被纳入到物理学的一个小分支了，没什么可以研究的了。甭管什么性质，一算便知。
但是很快，他们发现，在处理稍微复杂一点的分子时，就遇到了巨大的困难。
这个稍微复杂一点的分子就是甲烷。是不是很无语？这么简单的一个分子，居然就可以难到当时全世界最聪明的一群大脑。而比这复杂得多的体系，简直数不胜数。可见，化学离做完善，还早得很…
回到这个小问题。具体来讲，按照玻尔解出的原子轨道，碳原子的第二层，应该有4个轨道和4个电子，即1个s，3个p，同时，s和p是非常不一样的，2个电子在s，另外两个电子分别在两个p上。
甲烷，CH4，C和4个H分别成键，而且4个C-H键完全等同，这就很奇怪了。
因为C虽然可以提供4个轨道(1个s, 3个p)和4个电子参与形成四根键，但是s和p轨道不一样呀！应该形成两组C-H键，且两组比例为1:3才对呀！
杂化轨道理论就是为了解释这个问题，打的一个补丁。即认为1个s和3个p均匀混合了，形成了4个等同的sp3轨道，每个轨道上1个电子，总数正好也是4个电子，4个轨道，再参与成键。所以甲烷中，四根C-H键等同，玻尔的原子轨道理论没问题。
到这里，其实杂化轨道理论的核心就结束了。
伟大之处不再赘述，毕竟拿了诺贝尔奖，强无敌。具体可见其它回答和教科书。
局限性也一眼可见。
首先，只处理了sigma键。pi键，以及引入过渡金属后更复杂的成键体系怎么办？还有，比如简单的硼烷分子，B2H6，其中的B-H-B的三中心两电子键怎么用杂化轨道理论解释？没辙。
其次，完全违背了群论的思想。还是以甲烷为例，这是一个完全对称正四面体分子，所以是Td点群，那么根据群论知识，应该有T2和A1两组轨道，这才是符合光电子能谱两组吸收峰的解释。杂化轨道不可能推出两组轨道的。
至于更被广泛使用的前线轨道HOMO，LUMO这些，杂化轨道更是完全没有涉及。
总之，杂化轨道的伟大让人赞叹，但是，毕竟是一个快100年前提出的理论了。有更好的现代化学工具，也要学会使用，不要纠结于一个有着历史局限性的理论死磕不放。
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：魏俊年
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