1.9 : Struktury rezonansowe i hybrydowe

Zgodnie z teorią rezonansu, jeśli dla cząsteczki, jonu lub rodnika można zapisać dwie lub więcej struktur Lewisa o tym samym układzie atomów, rzeczywisty rozkład elektronów jest średnią rozkładu pokazanego przez różne struktury Lewisa.

Struktury rezonansowe i hybrydy rezonansowe

Strukturę Lewisa anionu azotynowego (NO₂^-) można w rzeczywistości narysować na dwa różne sposoby, rozróżniając lokalizacje wiązań N–O i N=O.

Jeśli jony azotynowe zawierają wiązanie pojedyncze i podwójne, oczekuje się, że długości tych dwóch wiązań będą różne. Podwójne wiązanie między dwoma atomami jest krótsze (i silniejsze) niż pojedyncze wiązanie pomiędzy tymi samymi dwoma atomami. Jednakże eksperymenty pokazują, że oba wiązania N–O w (NO₂^-) mają tę samą siłę i długość oraz są identyczne we wszystkich pozostałych właściwościach. Nie jest możliwe napisanie pojedynczej struktury Lewisa dla (NO₂^-), w której azot ma oktet, a oba wiązania są równoważne.

Zamiast tego stosuje się koncepcję rezonansu: rzeczywisty rozkład elektronów w każdym wiązaniu azot-tlen w (NO₂^-) jest średnią wiązania podwójnego i wiązania pojedynczego.

Poszczególne struktury Lewisa nazywane są strukturami rezonansowymi. Rzeczywista struktura elektronowa cząsteczki (średnia form rezonansowych) nazywana jest hybrydą rezonansową poszczególnych form rezonansowych. Dwustronna strzałka pomiędzy strukturami Lewisa wskazuje, że są to formy rezonansowe.

Anion węglanowy, CO₃^2-, stanowi drugi przykład rezonansu.

• Jeden atom tlenu musi mieć podwójne wiązanie z węglem, aby uzupełnić oktet na atomie centralnym.
• Jednak wszystkie atomy tlenu są równoważne, a wiązanie podwójne może utworzyć się z dowolnego z trzech atomów. Prowadzi to do powstania trzech form rezonansowych jonu węglanowego.
• Ponieważ można zapisać trzy identyczne struktury rezonansowe, wiadomo, że rzeczywiste rozmieszczenie elektronów w jonie węglanowym jest średnią z trzech struktur.
• Ponownie eksperymenty pokazują, że wszystkie trzy wiązania C–O są dokładnie takie same.

Cząsteczka opisana jako hybryda rezonansowa nigdy nie posiada struktury elektronowej opisanej przez którąkolwiek formę rezonansu. Nie waha się pomiędzy formami rezonansu; raczej rzeczywista struktura elektronowa jest zawsze średnią struktury wykazywanej przez wszystkie formy rezonansu.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, Chemistry 2e, Chapter 7.4 Formal Charges and Resonance.