કક્ષક-સંકરણ : રાસાયણિક સહસંયોજક બંધ (covalent bond) બનવા પૂર્વે ઊર્જાનો થોડો તફાવત ધરાવતી પરમાણુ-કક્ષકોનું સંમિશ્રણ થતાં, એકસરખી ઊર્જા ધરાવતી તેટલી જ સંખ્યાની નવી કક્ષકો બનવાની પરિકલ્પના. પરમાણુઓની કક્ષકો વચ્ચે સંમિશ્રણ અથવા અતિવ્યાપન (over-lapping) થવાથી તેમની વચ્ચે બંધ બને છે અને પરિણામે સહસંયોજક અણુઓ રચાય છે. આ બંધની તાકાત કક્ષકો વચ્ચેના સંમિશ્રણની માત્રા ઉપર આધાર રાખે છે. પૉલિંગે એક સરળ નિયમ આપ્યો કે કક્ષકો વચ્ચેનું સંમિશ્રણ જેમ વધુ તેમ બંધ વધુ સબળ. આ કારણસર અણુઓમાં પરમાણુઓ એવી રીતે ગોઠવાતા હોય છે કે જેથી કક્ષક-સંમિશ્રણ મહત્તમ બને. આના ઉપરથી અણુઓની સંરચના (structure) સમજવાનું સરળ બન્યું.
બે પરમાણુ-કક્ષકો વચ્ચે સંમિશ્રણ તો જ શક્ય બને જો તેમનામાં અલગ રીતે એક એક અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન હોય. અણુ રચતાં બે ઇલેક્ટ્રૉન નિવાસી હોય તો તે, પૉલીના નિષેધ સિદ્ધાંત પ્રમાણે, યુગ્મિત હોવાના અને આ કારણસર આવી કક્ષક સહસંયોજક બંધ રચી ન શકે. આવા યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉનને કોઈ પ્રકારે અયુગ્મિત કરી શકાય તો તે અન્ય પરમાણુઓ સાથે બે અલગ સહસંયોજક બંધ બનાવીને અણુ રચી શકે. આવા યુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉનની નજીક ઊર્જાની ર્દષ્ટિએ કોઈ ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રૉન અવસ્થા હોય તો આવું નિર્યુગ્મન સંભવી શકે અને અણુ બની શકે. આમ, ઉત્તેજિત અવસ્થામાં ઇલેક્ટ્રૉનને ચઢાવવા માટે જે વધારાની ઊર્જાની જરૂર પડે તે અણુ રચાતાં અને બે વધુ સહસંયોજક બંધ સ્થાપિત થતાં, પ્રક્રિયામાંથી જ મળી રહે છે, કારણ કે ઉત્તેજિત અવસ્થા સુધી ઇલેક્ટ્રૉનને મોકલવા માટે જરૂરી ઊર્જાની માત્રા બંધ ઊર્જા કરતાં ઓછી હોય છે.
ઉદાહરણ રૂપે કાર્બન પરમાણુ તેની ધરાસ્થિતિમાં છ ઇલેક્ટ્રૉનનો વિન્યાસ આ પ્રમાણે ધરાવે છે : 
જેથી તેની સહસંયોજકતા બે હોવી જોઈએ. વાસ્તવમાં, કાર્બનની ચાર સહસંયોજકતા જાણીતી છે. આ તો જ સંભવી શકે, જો 2s2 ઇલેક્ટ્રૉન અયુગ્મિત થઈને ઉત્તેજિત વિન્યાસ : 
બનાવે. આમ થાય તો કાર્બનની ચતુ:સંયોજકતા સમજી શકાય અને CH4, CCl4 જેવા અણુઓના બંધારણ યોગ્ય ઠરે.
પરંતુ, 
વિન્યાસ ધરાવતો કાર્બન પરમાણુ ચાર હાઇડ્રોજન કે ચાર ક્લોરિન પરમાણુ સાથે સંયોજાઈને અનુક્રમે CH4 અને CCl4 બનાવે ત્યારે કાર્બનની ચાર કક્ષકોની દિકસ્થિતિ એકસરખી હોતી નથી. ત્રણ p-કક્ષકો એકમેકને કાટખૂણે આવેલી છે, જેથી CH4 અણુમાં ત્રણ C-H સહસંયોજક બંધ પરસ્પર કાટખૂણે હોવા જોઈએ અને ચોથો હાઇડ્રોજન 2s-કક્ષક સાથે સંમિશ્રિત થવો જોઈએ. 2s-કક્ષક ગોળ હોવાથી તે કયા સ્થળે કાર્બનને સંલગ્ન થશે તે ચોકસાઈપૂર્વક વર્ણવી શકાય નહિ. હવે પ્રયોગો દ્વારા CH4, CCl4 વગેરે કાર્બનના ચતુ:સહસંયોજક અણુઓની સંરચના નિયમિત ચતુષ્ફલકની છે તેવું સ્થાપિત થયું છે. આવા અણુઓમાં બધા જ બંધ સર્વ રીતે સરખા હોય છે. આ હકીકતને સમજાવવા માટે પૉલિંગે એક નવો ખ્યાલ આપ્યો. આ વિચાર તે પરમાણુ-કક્ષકોનું સંકરણ.
પૉલિંગે સૂચવ્યું કે કાર્બનની ઉત્તેજિત અવસ્થા 
માં રહેલા ચાર અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન ધરાવતી ચાર કક્ષકો 
પરસ્પર ભળી જઈને ચાર તુલ્ય (equivalent), સર્વ રીતે સરખી, નવી સંકર કક્ષકો રચે છે, જે CH4 જેવા અણુની રચનામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ સંકર કક્ષકોમાં, દરેકમાં એક ભાગ s-કક્ષક અને ત્રણ ભાગ p-કક્ષક હોય છે અને તેથી તેમને sp3-સંકર કક્ષક કહેવામાં આવે છે. અણુ બનતાં, કક્ષકોની સંખ્યામાં વધઘટ થતી નથી. તેથી એક s અને ત્રણ p-કક્ષકોના મિશ્રણથી ચાર સંકર કક્ષકો બને છે. આવી કક્ષકોનાં ગણિતીય પદોમેળવાયાં છે, જેમાંથી બે બાબત સ્પષ્ટ થાય છે : એક તો એ કે આવી ચાર sp3-સંકર કક્ષકો ચતુષ્ફલકના 109o 28’ના પરસ્પર ખૂણે સ્થિત છે, જેથી અણુ રચાય તે ચતુષ્ફલક સંરચના ધરાવે છે.
વળી, આ સંકર કક્ષકો એક તરફ ઇલેક્ટ્રૉન હોવાની સંભાવના (probability) વધુ ધરાવે છે, જેથી તેની સાથે અન્ય પરમાણુ વધુ સંમિશ્રણ કરી શકે અને વધુ મજબૂત બંધ બંધાઈ શકે. (જુઓ : આકૃતિ)
વાસ્તવમાં બધી સંકર કક્ષકોની આ ખાસિયત છે કે તે એક તરફ વધુ સંભાવના ધરાવે છે અને તેનાથી ભિન્ન દિશામાં તેની ઓછી સંભાવના હોય છે. વળી તે ચોક્કસ દિકસ્થિતિ ધરાવતી હોય છે.
આવી જ રીતે એક s અને એક p-કક્ષકને ભેળવવાથી બે sp- સંકર કક્ષકો પ્રાપ્ત થાય છે. તેનાં ગણિતીય પદો ઉપરથી તેમના આકાર તથા તેમની રેખીય દિક્સ્થિતિ જાણવા મળે છે અને તેથી BeH2, BeCl2 વગેરે અણુઓ રેખીય (ખૂણો 180o) છે. તેવી જ રીતે sp2 સંકરણ મેળવવા માટે એક s અને બે p-કક્ષકોને ભેળવવી પડે અને ફળસ્વરૂપ 120oના ખૂણે આવેલી ત્રણ sp2-સંકર કક્ષકો મળે, જે એક તલ(plane)માં આવેલી હોય છે. આ કારણસર BF3, BCl3, ગ્રૅફાઇટ, બેન્ઝિન જેવા તલીય અણુઓ મળે છે. d-કક્ષકોને સંકરણમાં ભેળવવાથી dsp2, d2sp3 (અથવા sp3d2), dsp3 વગેરે સંકરણ મળે છે; જેમાં અણુઓ, અનુક્રમે સમચોરસ, અષ્ટફલક (octahedral) અને ટ્રાયગોનલ દ્વિ-શંકુ (trigonal bipyramid) સંરચના ધરાવે છે. અન્ય ઘણા પ્રકારનાં સંકરણ જાણીતાં છે અને અણુસંરચના સમજવા માટે તે ઘણાં સહાયરૂપ નીવડ્યાં છે.
એક બાબત સ્પષ્ટ કરવી રહી. પરમાણુ-કક્ષકોના સંકરણનો ખ્યાલ એક પરિકલ્પના જ છે, કારણ કે વાસ્તવમાં સંકરણ થતાં અગાઉ જે ઉત્તેજિત સ્થિતિની કલ્પના કરવામાં આવે છે તેવી ઉત્તેજિત અવસ્થા પરમાણુને ન પણ હોય. જેમ કે કાર્બનના પરમાણુ માટે કલ્પેલ 
(sp3 અવસ્થા) કાર્બનના વર્ણપટમાં જોવા મળતી નથી. તેથી સંકરણ ખ્યાલ એક ગણિતીય રચના છે. પરંતુ તે ઘણી ઉપયોગી કલ્પના છે તેથી તે રસાયણમાં અણુઓની સંરચનાના પ્રાક્કથન માટે ખૂબ વપરાય છે.
કક્ષક સંકરણના ખ્યાલને ઘણો વ્યાપક બનાવવામાં આવ્યો છે, જેમ કે પાણી (H2O) અને એમોનિયા (NH3) જેવા અણુઓમાં રહેલ O-H કે N-H સહસંયોજક બંધનું વર્ણન O કે Nની શુદ્ધ p-કક્ષકો વડે કરવામાં આવતું. H2Oમાં ઑક્સિજન ધરાસ્થિતિમાં 
ઇલેક્ટ્રૉન વિન્યાસ ધરાવે છે. ઑક્સિજન પરમાણુ તેની 
અને 
કક્ષકમાં રહેલ એક એક ઇલેક્ટ્રૉન અયુગ્મિત હોવાથી હાઇડ્રોજનના 1s1 ઇલેક્ટ્રૉન સાથે સંમિશ્રણ કરીને બે O-H બંધ રચી શકે છે. આ px અને py કક્ષકો પરસ્પર કાટખૂણે હોવાથી બંને O-H બંધ પણ એકમેકને કાટખૂણે હોવા જોઈએ, પરંતુ પ્રયોગથી માલૂમ પડ્યું છે કે ∠ HOH = 104.5o છે. ધાર્યા કરતાં આવડા મોટા ખૂણાની સમજૂતી એમ અપાતી કે બે પ્રોટૉન બહુ નજીક આવી જતાં તેમની વચ્ચે અપાકર્ષણ થવાથી ∠ HOH ખૂણો 90oથી મોટો થઈ જાય છે. તે જ પ્રમાણે NH3માં ત્રણ N-H બંધ રચાય જે પરસ્પર કાટખૂણે હોવા જોઈએ. વાસ્તવમાં ∠ HNH = 107.2o છે. આવડો મોટો ખૂણો ત્રણ પ્રોટૉનના અપાકર્ષણના કારણે બને છે એમ મનાતું.
હવે એથી ઊલટું, પાણીના કે એમોનિયાના અણુમાં મધ્યસ્થ પરમાણુ (O અથવા N) sp3 સંકરણ રચે છે. પાણીમાં બે O-H બંધ ઉપરાંત sp3 સંકરણથી બનતા ચતુષ્ફલકના બાકીના બે ખૂણાઓ અભાજિત ઇલેક્ટ્રૉન-દ્વય વડે ભરાયેલા હોય છે. આમ ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ પણ અવકાશરસાયણ (stereochemical) સક્રિયતા ધરાવે છે તેમ મનાય છે.
આવું સ્વીકારીએ તો ∠ HOH = 109o 28′ હોવો જોઈએ. વાસ્તવમાં ∠ HOH તેનાથી નાનો છે (104.5o) તે સમજાવવા માટે એમ મનાય છે કે અભાજિત ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મ O-H બંધમાં રહેલ ઇલેક્ટ્રૉન-યુગ્મને અપાકર્ષિત કરે છે અને તેથી બે O-H બંધ પરસ્પર નજીક આવે છે. તેવું જ NH3 અને અન્ય આવા અણુઓ માટે સમજવું જરૂરી છે.
લ. ધ. દવે