ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ (valence bond theory)
          ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์เป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเกิดพันธะด้วยการซ้อนเหลื่อมกันของออร์บิทัลอะตอม โดยทั่วไปแล้วถ้าอิเล็กตรอนมีสปินเหมือนกันเมื่อเข้าใกล้กันจะมีการผลักกันเกิดขึ้นทำให้พลังงานเพิ่มขึ้น ถ้าอิเล็กตรอนมีสปินตรงกันข้าม เมื่อเข้าใกล้กันจะมีการดึงดูดกันเกิดขึ้น ทำให้พลังงานลดลง

 

ในกรณีของอะตอมสองอะตอมที่อิเล็กตรอนมีสปินตรงกันข้ามจะเห็นว่า อะตอมสามารถซ้อนเหลื่อมกันได้ในระดับหนึ่งเท่านั้น ถ้ามีการซ้อนเหลื่อมกันมากกว่านี้ พลังงานของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้โมเลกุลที่เกิดขึ้นไม่เสถียร ro คือตำแหน่งที่อะตอมทั้งสองเกิดการซ้อนเหลื่อมกัน แล้วทำให้โมเลกุลที่ได้มีพลังงานต่ำสุด การซ้อนเหลื่อมของออร์บิทัลจะสอดคล้องกับความแข็งแรงของพันธะ คือ ถ้ามีอิเล็กตรอนหนาแน่นมากในตำแหน่งที่ซ้อนเหลื่อม(ระหว่างนิวเคลียสของสองอะตอม) พันธะที่เกิดขึ้นก็จะมีความแข็งแรง

ข้อดีของทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ คือ ใช้อธิบายการเกิดพันธะเมื่อทราบรูปร่างโมเลกุล และี้ยังสามารถอธิบายได้ว่าทำไมพันธะเดี่ยวมีความยาวพันธะมากกว่าพันธะคู่ และพันธะคู่มีความยาวพันธะมากกว่าพันธะสาม รวมถึงอธิบายลำดับความแข็งแรงของพันธะได้อีกด้วย

ลำดับความแข็งแรงของพันธะ      พันธะสาม > พันธะคู่ > พันธะเดี่ยว
ความยาวพันธะ                        พันธะสาม < พันธะคู่ < พันธะเดี่ยว


พันธะเดี่ยว เกิดจาก พันธะซิกมา 1 พันธะ    พันธะคู่ เกิดจาก พันธะซิกมา 1 พันธะ และ พันธะไพ 1 พันธะ    พันธะสาม เกิดจาก พันธะซิกมา 1 พันธะ และ พันธะไพ 2 พันธะ  จะเห็นว่าพันธะคู่และพันธะสามมีการสร้างพันธะทั้งพันธะซิกมาและไพ จึงแข็งแรงกว่าพันธะเดี่ยว   อย่างไรก็ตามพันธะสามมีการสร้างพันธะซิกมาเท่ากับพันธะคูู่่แต่มีพันธะไพมากกว่าดังนั้นจึงแข็งแรงกว่า
        ในแง่ของความยาวพันธะ จะเห็นว่าพันธะคู่และพันธะสามสั้นกว่าพันธะเดี่ยวเนื่องจากมีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้าง เพื่อให้เกิดพันธะไพ ดังนั้นอะตอมจึงต้องอยู่ชิดกัน เพื่อให้สามารถซ้อนเหลื่อมกันได้ตามแนวข้าง ในขณะที่พันธะเดี่ยวไม่มีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้าง อย่างไรก็ดีพันธะสามสั้นกว่าพันธะคู่เนื่องจากมีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้างถึงสองแกน ในขณะที่พันธะคู่มีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้างเพียงแกนเดียว

เช่น       F2 (1s22s22p5)  แผนผังแสดงอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในการสร้างพันธะเป็นดังนี้


รูปการซ้อนเหลื่อมของ 2pzออร์บิทัลแสดงได้ดังนี้

O2 (1s22s22p4) : แผนผังแสดงอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในการสร้างพันธะเป็นดังนี้

รูปการซ้อนเหลื่อมของ 2py และ 2pzออร์บิทัลแสดงได้ดังนี้
 
N2 (1s22s22p3) : แผนผังแสดงอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในการสร้างพันธะเป็นดังนี้

รูปการซ้อนเหลื่อมของ 2px   2py และ  2pzออร์บิทัลแสดงได้ดังนี้
                                  
ไฮบริไดเซซัน (hybridization)
           ไฮบริไดเซซัน คือ ปรากฎการณ์ที่ออร์บิทัลในอะตอมเดียวกัน ที่มีระดับพลังงานใกล้เคียงกันเกิดการรวมกันเกิดเป็นไฮบริดออร์บิทัล (hybrid orbital) ซึ่งแต่ละไฮบริดออร์บิทัลจะครอบครองพื้นที่เท่ากัน และอยู่ห่างกันมากที่สุดเพื่อทำให้พลังงานรวมของออร์บิทัลมีพลังงานน้อยที่สุด ผลที่เกิดขึ้นก็คือ เกิดไฮบริดออร์บิทัลมีรูปร่างต่างๆกันไป และพลังงานรวมของไฮบริดออร์บิทัลน้อยกว่าผลรวมพลังงานทั้งหมด ของออร์บิทัลอะตอมก่อนการเกิด
ไฮบริไดเซซัน

ประเภทของไฮบริดออร์บิทัล 
1. sp-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s และ p ออร์บิทัลอย่างละหนึ่งออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลป็นเส้นตรงดังรูป


ตัวอย่างของ sp-ไฮบริดออร์บิทัล เช่น  BeCl2, C2H2

BeCl2

จากแผนผังจะเห็นว่า Be ไม่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวที่สามารถนำไปใช้ในการสร้างพันธะร่วมกับอะตอมของ Cl ได้เลย ดังนั้น จึงเกิดไฮบริไดเซซันเกิดเป็นไฮบริดออร์บิทัลใหม่ที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัว ดังนั้นสองอะตอมของ Cl จึงสามารถ เข้ามาสร้างพันธะเป็นโมเลกุล BeCl2 ดังรูป

C2H2

C2H2      ; จะเห็นว่าเกิดไฮบริไดเซซันระหว่าง 2s สองออร์บิทัลกับ p ออร์บิทัลหนึ่งออร์บิทัลได้เป็น sp- ไฮบริดออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัว ตัวหนึ่งเกิด พันธะซิกมากับ H และอีกตัวเกิด พันธะซิกมากับ คาร์บอนอีกตัว ส่วน p-ออร์บิทัลเกิดพันธะไพกับคาร์บอนอะตอมอีกตัวได้เป็นโมเลกุลเส้นตรงดังรูป
2. sp 2-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s 1ออร์บิทัลและ p 2 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลป็นสามเหลี่ยมแบนราบดังรูป


ตัวอย่างของ sp2-ไฮบริดออร์บิทัล เช่น C2H4, BF3

BF3

อะตอมของ B เกิดการไฮบริไดเซซันระหว่าง s 1ออร์บิทัลและ p 2ออร์บิทัลได้ sp2-ไฮบริดออร์บิทัล ที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวสามตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ F ทั้งสามอะตอมได้ ดังรูป

C2H4



C2H4      ; จะเห็นว่าเกิดไฮบริไดเซซันระหว่าง 2s กับ pสองออร์บิทัลได้เป็น sp2- ไฮบริดออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนเดี่ยวสามตัว โดยสองตัวเกิด พันธะซิกมากับ H และอีกตัวเกิด พันธะซิกมากับ คาร์บอนอีกตัว ส่วน p-ออร์บิทัลเกิดพันธะไพกับคาร์บอนอะตอมอีกตัวได้เป็นโมเลกุลดังรูป

3.sp3-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s 1ออร์บิทัลและ p 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลป็นรูปทรงสี่หน้าดังรูป

 

ตัวอย่างของ sp3-ไฮบริดออร์บิทัล เช่น CH4
2s กับ 2p ในอะตอมของ C เกิด การไฮบริไดเซซันได้ sp3-ไฮบริดออร์บิทัล ที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวสี่ตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ H ทั้งสี่อะตอมได้เป็นโมเลกุล ดังรูป


4. sp3d-ไฮบริดออร์บิทัล  เกิดจากการรวมกันระหว่าง s ออร์บิทัล1 ออร์บิทัล, d ออร์บิทัล1ออร์บิทัลและ p ออร์บิทัล 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลป็นรูปคู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม (trigonal bipyramid) ดังรูป
ตัวอย่างของ sp3d- ไฮบริดออร์บิทัล เช่น PCl5
3s, 3p และ 3d ในอะตอมของ pเกิด การไฮบริไดเซซันได้ sp3d- ไฮบริดออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนเดี่ยวห้าตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ Cl ทั้งห้าอะตอมได้เป็นโมเลกุล ดังรูป

5. sp3d2-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s ออร์บิทัล 1 ออร์บิทัล, d ออร์บิทัล 2 ออร์บิทัลและ p ออร์บิทัล 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นรูปทรงแปดหน้า (octahedron) ดังรูป

ตัวอย่างของ sp3d2- ไฮบริดออร์บิทัล เช่น SF6
3s, 3p และ 3d ในอะตอมของ S เกิด การไฮบริไดเซซันได้ sp3d2- ไฮบริดออร์บิทัล ที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวหกตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ F ทั้งหกอะตอมได้เป็นโมเลกุล ดังรูป