Back to chapter

9.10:

Resonantie

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
Resonance

Idiomas

COMPARTILHAR

De meeste moleculen en ionen kunnen worden weergegeven met behulp van unieke Lewis-structuren. Bepaalde verbindingen kunnen echter worden aangetoond door meerdere, even geldige Lewis-structuren. Zoals de Lewis-structuur voor zwaveltrioxide.De enkele bindingen tussen elk zuurstof en de centrale zwavelatomen voldoen aan het octet voor zuurstofatomen. Om echter een volledig octet voor de zwavel te bereiken, moet een extra binding worden gevormd tussen zwavel en een van de zuurstofatomen. Omdat elk van de drie zuurstofatomen de dubbele binding met zwavel kan vormen, kunnen drie verschillende Lewis-structuren worden getekend.Deze meervoudige Lewis-structuren worden resonantiestructuren genoemd, waarbij de skeletstructuren hetzelfde blijven, maar elektronen anders worden verdeeld. Alle drie de structuren zijn geldige en gelijkwaardige representaties van het molecuul, maar ze zijn allemaal niet aanwezig in de natuur. De feitelijke structuur oscilleert niet tussen de resonantiestructuren, maar is een hybride of een gemiddelde van de drie Lewis-structuren, die kan worden gemeten in bindingslengtes.Bij sulfiet is de lengte van een enkelvoudige zwavel-zuurstofbinding 1, 51 ångström, terwijl bij zwaveltrioxide de lengte van de zwavel-zuurstofbinding 1, 42 ångström is. In het hybride molecuul is de bindingslengte dus een intermediair tussen enkele en dubbele bindingen. In hybride moleculen worden elektronen die deelnemen aan dubbele bindingen of vrije paren vaak gedelokaliseerd over meerdere bindingen of atomen, wat betekent dat ze niet stationair zijn op één bepaald atoom.De delokalisatie vermindert de potentiële energie van elektronen, wat resulteert in stabilisatie die resonantiestabilisatie wordt genoemd. Resonantie wordt ook waargenomen voor aromatische verbindingen zoals benzeen. Benzeen is een hexagonale koolstofring met één waterstof gebonden aan elk van de koolstofatomen en afwisselend enkele en dubbele bindingen tussen de koolstofatomen.Gebaseerd op de locatie van dubbele koolstof-koolstofbindingen, kan benzeen twee resonantiestructuren hebben. Bedenk dat dubbele bindingen meestal korter zijn dan enkele bindingen. Alle koolstof-koolstofbindingen in benzeen hebben echter dezelfde bindingslengtes, die tussen enkele en dubbele koolstof-koolstofbindingen liggen.Benzeen bestaat daarom als een resonantiehybride en kan worden weergegeven als een zeshoek met een cirkel erin. De cirkel geeft aan dat benzeen een mengsel is van twee resonantiestructuren en dat de dubbele bindingen niet kunnen worden gelokaliseerd op twee specifieke koolstofatomen.

9.10:

Resonantie

The Lewis structure of a nitrite anion (NO2) may actually be drawn in two different ways, distinguished by the locations of the N-O and N=O bonds. 

Figure1

If nitrite ions do indeed contain a single and a double bond, the two bond lengths are expected to be different. A double bond between two atoms is shorter (and stronger) than a single bond between the same two atoms. However, experiments show that both N–O bonds in NO2 have the same strength and length, and are identical in all other properties. It is not possible to write a single Lewis structure for NO2 in which nitrogen has an octet and both bonds are equivalent.

Instead, the concept of resonance is used: if two or more Lewis structures with the same arrangement of atoms can be written for a molecule or ion, the actual distribution of electrons is an average of that shown by the various Lewis structures. The actual distribution of electrons in each of the nitrogen-oxygen bonds in NO2 is the average of a double bond and a single bond. 

The individual Lewis structures are called resonance forms. The actual electronic structure of the molecule (the average of the resonance forms) is called a resonance hybrid of the individual resonance forms. A double-headed arrow between Lewis structures indicates that they are resonance forms.

Figure2

The carbonate anion, CO32−, provides a second example of resonance. 

Figure3

  • One oxygen atom must have a double bond to a carbon to complete the octet on the central atom. 
  • All oxygen atoms, however, are equivalent, and the double bond could form from any one of the three atoms. This gives rise to three resonance forms of the carbonate ion. 
  • Since three identical resonance structures can be written, the actual arrangement of electrons in the carbonate ion is known to be the average of the three structures. 
  • Again, experiments show that all three C–O bonds are exactly the same.

Always remember that a molecule described as a resonance hybrid never possesses an electronic structure described by either resonance form. It does not fluctuate between resonance forms; rather, the actual electronic structure is always the average of that shown by all resonance forms. 

George Wheland, one of the pioneers of resonance theory, used a historical analogy to describe the relationship between resonance forms and resonance hybrids. A medieval traveler, having never before seen a rhinoceros, described it as a hybrid of a dragon and a unicorn because it had many properties in common with both. Just as a rhinoceros is neither a dragon sometimes nor a unicorn at other times, a resonance hybrid is neither of its resonance forms at any given time.

Like a rhinoceros, it is a real entity that experimental evidence has shown to exist. It has some characteristics in common with its resonance forms, but the resonance forms themselves are convenient, imaginary images (like the unicorn and the dragon).

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 7.4: Formal Charges and Resonance.