3. Опытным путем доказано, что у метана тетраэдрическая форма молекул. Как этот экспериментальный факт объясняют представления о формах электронных орбиталей и их гибридизации?

Экспериментально установлено, что четыре связи в молекуле метана направлены от атома углерода к вершинам правильного тетраэдра. Угол между связями составляет примерно 109°28′.

1. В основном состоянии у атома углерода валентная электронная конфигурация имеет вид \(2s^2 2p^2\). Для образования четырёх связей один электрон переходит с 2s-орбитали на 2p-орбиталь, поэтому образуются четыре неспаренных электрона.
2. Одна s- и три p-орбитали смешиваются, то есть гибридизуются. Возникают четыре равноценные sp³-гибридные орбитали.
3. Каждая sp³-гибридная орбиталь имеет одну большую и одну меньшую долю и направлена преимущественно в одну сторону. Четыре такие орбитали располагаются в пространстве максимально удалённо друг от друга — к вершинам тетраэдра.
4. При перекрывании каждой sp³-орбитали углерода с 1s-орбиталью атома водорода образуются четыре одинаковые σ-связи C–H.

Следовательно, тетраэдрическая форма молекулы метана объясняется sp³-гибридизацией орбиталей атома углерода и пространственным расположением четырёх гибридных орбиталей под углом около 109°28′.

Ответ: тетраэдрическая форма CH₄ — результат sp³-гибридизации одной s- и трёх p-орбиталей углерода.