Bevezető

az Elektronok nem fix pozíció az atomok, vegyületek, illetve molekulák (lásd a lenti képet), de van valószínűsége, hogy megtalálják az egyes terek (elektronpályák). A rezonancia formák a nagyobb valószínűségek (elektronsűrűség) területeit szemléltetik. Ez olyan, mintha a kalapját a jobb kezében vagy a bal kezében tartaná. A rezonancia kifejezést akkor alkalmazzák, ha két vagy több lehetőség áll rendelkezésre., A vegyészek Lewis-diagramokkal ábrázolják a kovalens entitások, például molekulák és poliatomikus ionok szerkezetét és kötődését. Sok molekula Lewis-diagramja azonban nem felel meg a molekula megfigyelt tulajdonságainak.

példa \ (\PageIndex{1}\): Nitrátion

a nitrátion Lewis-diagramja szerint kétféle nitrogén-oxigén kötéssel, egy kettős kötéssel és két egyetlen kötéssel rendelkezik, ami arra utal, hogy a nitrátionban egy nitrogén-oxigén kötés rövidebb és erősebb, mint a másik kettő., A Lewis-szerkezet a formális töltés tekintetében azt is jelenti, hogy a nitrátionban kétféle oxigénatom van, az egyik formálisan semleges, a másik kettő pedig -1 formális töltéssel rendelkezik. Kísérletileg azonban a nitrátionban lévő három nitrogén-oxigén kötés azonos kötési hosszúságú és azonos kötési energiával rendelkezik, és a három oxigénatom megkülönböztethetetlen. A Lewis-diagram nem magyarázza meg kielégítően a nitrátion szerkezetét és kötését.

A nitrátionhoz két további Lewis-diagramot lehet rajzolni.,

azonban egyikük sem felel meg a nitrátion megfigyelt tulajdonságainak, ezért nem ábrázolja megfelelően a nitrátionot.

Például a \(\PageIndex{2}\): Benzol

Benzol szerint a Lewis diagram, két típusú szén-szén kötések, három kettős kötések három egységes kötvények, ami arra utal, hogy minden három szén-szén kötések a benzol rövidebb, de erősebb, mint a többi három. Kísérletileg azonban a benzolban lévő hat szén-szén kötés azonos kötési hosszúsággal és azonos kötési energiával rendelkezik., A Lewis-diagram nem magyarázza meg kielégítően a benzol szerkezetét és kötését.

azoknak a molekuláknak az attribútuma, amelyeknek a klasszikus Lewis-diagram nem felel meg a megfigyelt tulajdonságoknak, az, hogy más érvényes Lewis-diagramok is előállíthatók számukra. Egy további Lewis diagramot lehet levonni a benzolhoz.

azonban egyikük sem felel meg a benzol megfigyelt tulajdonságainak, ezért nem megfelelően ábrázolja a benzolt.,

a rezonancia-elmélet egy faj, például a nitrátion vagy a benzol szerkezetének magyarázatára tett kísérlet, amelynek Lewis-diagramja nem felel meg a faj megfigyelt tulajdonságainak. A rezonancia elmélet fő előnye, hogy bár szigorú matematikai elemzésen alapul, a rezonancia elmélet sikeresen alkalmazható, kevés vagy egyáltalán nem matematikai hivatkozással. A rezonancia elméletet az alábbiakban ismertetjük a nitrátion példájaként.

a rezonancia elmélet szerint a nitrátion szerkezete nem 1, sem 2, sem 3, hanem mindhárom átlaga, stabilitással súlyozva., Az 1., 2. és 3. Lewis-diagramokat a nitrát-ion rezonancia formáinak, rezonancia struktúráinak vagy rezonancia-hozzájárulóinak nevezzük. A nitrátion szerkezete állítólag rezonancia hibrid, vagy egyszerűen az 1, 2 és 3 rezonancia-formák hibridje. Amikor a nitrátion szerkezetét meg kell mutatni, az 1, 2 és 3 rezonancia formákat rajzolják, kétfejű nyilakkal összekötve.,

a nitrátion három rezonanciaformája (1, 2 és 3) azonos, tehát ugyanolyan stabilitással rendelkeznek, és ezért egyformán hozzájárulnak a hibridhez., Mivel a pontos mértéke az egyes rezonancia formája a nitrát-ion hozzájárul ahhoz, hogy a hibrid ismert, a bond rend minden nitrogén-oxigén bond, valamint a vádemelés minden oxigén atom a hibrid lehet könnyen meghatározni:

Szerint rezonancia elmélet, minden kötelék, a nitrát ion az egyik, majd a harmada, a kötvény, ami összhangban van a megfigyelés, hogy a három kötvények a nitrát-ion ugyanaz a bond-hossz, valamint az azonos bond energia.,

Szerint rezonancia elmélet, minden oxigén atom a nitrát ion hivatalos felelős -2/3, amely összefüggésben azzal a ténnyel, hogy a három nitrogén-oxigén kötvények azonos, megegyezik a megfigyelés, hogy a három oxigén atomok a nitrát-ion vagy megkülönböztethetetlen. A nitrátion minden egyes rezonanciaformájában két\ (\pi\) elektron van, amelyeket csak két atom oszt meg. Azt mondják, hogy egy elektron, amelyet csak két atom oszt meg, lokalizálódik., Így a két \(\pi\) elektron a nitrát-ion minden rezonancia formájában lokalizálódik. A nitrát-ion által képviselt hibrid, két \(\pi\) az elektronok:

  • # elektronok egy \(\pi\) bond = 2
  • # elektronok között, egy harmadik a \(\pi\) bond = 2/3
  • # elektronok a hárman = 3 x (2/3) = 2

A két \(\pi\) az elektronok a nitrát-ion által megosztott összesen négy atomok, egy nitrogén atom három oxigén atomok. Azt mondják, hogy egy elektron, amelyet több mint két atom oszt meg, delokalizálódik. Így a nitrátionban lévő két \(\pi\) elektron delokalizálódik., A nitrátionban lévő \(\pi\) elektronok delokalizációja megköveteli, hogy a négy atom ugyanazon a síkon legyen, lehetővé téve a P pályák oldalirányú átfedését.,

Ha az energia, a nitrát-ion volt a súlyozott átlaga, az energiák a három rezonancia formája, csakúgy, mint a szerkezet a nitrát-ion a súlyozott átlaga, a struktúrák, a három rezonancia formában, de meg kell egyeznie az energia, az egyik a három azonos rezonancia formái:

Ha az energia, a hibrid volt egyenlő, hogy a rezonancia formában, tekintettel arra, hogy minden kémiai entitásokat (elemi részecskék, atomok, molekulák, stb.,) természetesen általában a lehető legalacsonyabb energiaállapotban vannak, nem lenne előnye, hogy a nitrátion hibridként létezzen; egyszerűen rezonancia formában létezhet. Mivel a nitrátion hibridként létezik, nem rezonancia formaként, arra lehet következtetni, hogy a hibrid energiája alacsonyabb, mint bármelyik rezonancia formáé.

a rezonancia elmélet szerint a molekula energiája alacsonyabb, mint a legalacsonyabb energiájú rezonancia formáé., Mivel a nitrátion alacsonyabb energiával rendelkezik, ezért stabilabb, mint bármely rezonancia formája, a nitrátionról azt mondják, hogy rezonancia stabilizált.

Közös Tévhitek

két tévhit van a rezonancia elméletről a kezdő hallgatók körében, valószínűleg a szó rezonancia szó szerinti értelmezése miatt. Az alábbiakban ismertetjük őket, példaként a nitrátionot használva.

1. tévhit: a nitrátion egy pillanatra rezonancia formában létezik 1, majd a 2. rezonancia formára vagy a 3. rezonancia formára változik, amely interkonvertálódik, vagy visszatér 1-re.,

a nitrátion szerkezete nem 1, sem 2, sem 3, hanem a hibrid, és nem változik idővel, csak reakció közben.

2. tévhit: a nitrátionok mintájában egy adott pillanatban az ionok egyharmada rezonancia formában létezik 1, egy másik egyharmada rezonancia formában 2, a fennmaradó egyharmada pedig rezonancia formában 3.

egy nitrátionok mintájában egy adott pillanatban minden ionnak azonos szerkezete van, amely a hibrid.,

öszvérek és orrszarvúk

a két tévhit tisztázására használt klasszikus analógia az öszvér (Morrison, R. T.; Boyd, R. N. Organic Chemistry, fifth edition; Allyn and Bacon: Boston, 1987, pg. 373). Biológiailag az öszvér egy ló és egy szamár hibridje. Ez nem jelenti azt, hogy egy öszvér egy pillanatra hasonlít egy lóra, majd megváltozik, hogy hasonlítson egy szamárra. Az öszvér megjelenése a ló és a szamár megjelenésének kombinációja,és az idővel nem változik. Az sem jelenti azt, hogy egy csordában néhány öszvér hasonlít egy lóra, a másik pedig egy szamárra., Egy csordában minden öszvérnek ugyanaz a megjelenése, ami egy ló és egy szamár kombinációja. Ennek az analógiának a gyengesége, hogy léteznek lovak és szamarak, míg a rezonancia formák szigorúan hipotetikusak. Egy jobb analógia, idézett Morrison és Boyd, az orrszarvú. Egy orrszarvú láttán úgy lehetne leírni, mint egy sárkány és egy egyszarvú hibridjét, két nem létező lényt.

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük