Объясните строение молекулы метана CH₄

В метане атом углерода находится в состоянии sp³-гибридизации.

Образование sp³: одна $2s$- и три $2p$-орбитали углерода смешиваются и образуют 4 равноценные гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра.

Электронная конфигурация C в возбуждённом состоянии: $1s^2 2s^1 2p^3$ — 4 неспаренных электрона.

Каждая sp³-орбиталь перекрывается с $1s$-орбиталью водорода, образуя $\sigma$-связь C−H. Все 4 связи равноценны.

Геометрия:

• форма — правильный тетраэдр,
• угол между связями — $109^\circ 28'$ (109,5°),
• длина связи C−H = 0,109 нм,
• энергия связи ≈ 414 кДж/моль.

Молекула неполярна, несмотря на полярность связей C−H — симметрия гасит дипольные моменты. Поэтому CH₄ не растворяется в воде и не имеет дипольного момента.