sр³-Гибридизация — это смешение одной 2s- и трех 2р-орбиталей и образование из них  четырех новых одинаковых орбиталей, каждая из которых на одну четверть сохраняет свойства s-­орбитали и на три четверти — свойства р-­орбиталей.

Орбитальная модель атома в sp³-гибридизованном состоянии

В результате sр³-гибридизации возникает четыре одинаковых гибридных облака, которые направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится атом углерода.

Электронные облака взаимно отталкиваются и располагаются в пространстве максимально далеко друг от друга. Углы между этими орбиталями – тетраэдрические, равные 109°28'.

Образование четырех sр³–гибридных орбиталей

Вершины электронных орбиталей могут перекрываться с орбиталями других атомов. Если электронные облака перекрываются по линии, соединяющий центры атомов, то такую ковалентную связь называют (сигма) σ-связью.

При образовании простейшей органической молекулы метана sр³-гибридные облака атома углерода перекрываются с 1s-облаками четырех атомов водорода.

Схема образования σ-связей в молекуле метана

На каждой sр³-гибридной орбитали находится по одному электрону. Эти электроны и участвуют в образовании σ-связей с атомами водорода.

Модель молекулы метана

Модель молекулы этана

По  σ-связи С-С происходит внутримолекулярное вращение

Типы гибридизации атома углерода