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1.9 : 共振和杂化结构

根据共振理论,如果一个分子、离子或自由基可以写出两个或多个具有相同原子排列的路易斯结构,则实际的电子分布是各个路易斯结构所示em>的平均分布。

共振结构和共振杂化

亚硝酸根阴离子 (NO2)的路易斯结构实际上可以用两种不同的方式绘制,通过 N–O 和 N=O 键的位置来区分。

Figure1

如果亚硝酸根离子包含单键和双键,则两个键长预计会不同。 两个原子之间的双键比相同两个原子之间的单键更短(且更强)。 然而,实验表明,NO2中的两个 N–O 键具有相同的强度和长度,并且在所有其他性质上都相同。 不可能为 NO2 写出一个单一的路易斯结构,使得氮有一个八位组,并且两个键等价。

相反,使用共振的概念:NO2 中每个氮氧键中电子的实际分布是双键和单键的平均值。

单个路易斯结构称为共振结构。 分子的实际电子结构(共振形式的平均值)称为各个共振形式的共振杂化。 路易斯结构之间的双头箭头表明它们是共振形式。

Figure2

碳酸根阴离子 CO32− 提供了第二个共振例子。

Figure3

  • 一个氧原子必须有一个碳双键才能完成中心原子上的八位组。
  • 然而,所有氧原子都是等价的,并且双键可以由三个原子中的任何一个形成。 这产生了碳酸根离子的三种共振形式。
  • 由于可以写出三个相同的共振结构,因此已知碳酸根离子中电子的实际排列是三个结构的平均值。
  • 实验再次表明,所有三个C-O 键完全相同。

被描述为共振杂化的分子从不具有由任一共振形式所描述的电子结构。 它不会在共振形式之间波动; 相反,实际的电子结构始终是所有共振形式所显示的电子结构的平均值。

本文改编自 Openstax, Chemistry 2e, Chapter 7.4 Formal Charges and Resonance

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ResonanceHybrid StructuresLewis StructuresElectron DistributionNitrite AnionBond LengthsResonance StructuresResonance HybridsN O BondsEquivalent BondsConcept Of ResonanceElectronic StructureResonance FormsCarbonate Anion

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