1.9 : Risonanza e strutture ibride

Secondo la teoria della risonanza, se per una molecola, uno ione o un radicale si possono scrivere due o più strutture di Lewis con la stessa disposizione degli atomi, la distribuzione effettiva degli elettroni è una media di quella mostrata dalle varie strutture di Lewis.

Strutture di risonanza e ibridi di risonanza

La struttura di Lewis di un anione nitrito (NO₂^-) può in realtà essere disegnata in due modi diversi, distinti dalla posizione dei legami N–O e N=O.

Se gli ioni nitrito contengono un legame singolo e uno doppio, si prevede che le lunghezze dei due legami siano diverse. Un doppio legame tra due atomi è più corto (e più forte) di un legame singolo tra gli stessi due atomi. Tuttavia, gli esperimenti mostrano che entrambi i legami N–O in NO₂^- hanno la stessa forza e lunghezza e sono identici in tutte le altre proprietà. Non è possibile scrivere un’unica struttura di Lewis per NO₂^- in cui l’azoto ha un ottetto ed entrambi i legami sono equivalenti.

Viene invece utilizzato il concetto di risonanza: la distribuzione effettiva degli elettroni in ciascuno dei legami azoto-ossigeno in NO₂^- è la media di un doppio legame e di un legame singolo.

Le singole strutture di Lewis sono chiamate strutture di risonanza. La struttura elettronica effettiva di una molecola (la media delle forme di risonanza) è chiamata ibrido di risonanza delle singole forme di risonanza. Una freccia a doppia punta tra le strutture di Lewis indica che si tratta di forme di risonanza.

L'anione carbonato, CO₃²⁻, fornisce un secondo esempio di risonanza.

• Un atomo di ossigeno deve avere un doppio legame con il carbonio per completare l'ottetto sull'atomo centrale.
• Tutti gli atomi di ossigeno, tuttavia, sono equivalenti e il doppio legame potrebbe formarsi da uno qualsiasi dei tre atomi. Ciò dà origine a tre forme di risonanza dello ione carbonato.
• Poiché è possibile scrivere tre strutture di risonanza identiche, è noto che la disposizione effettiva degli elettroni nello ione carbonato è la media delle tre strutture.
• Quindi, gli esperimenti mostrano che tutti e tre i legami C–O sono equivalenti.

Una molecola descritta come un ibrido di risonanza non possiede mai una struttura elettronica descritta da nessuna delle due forme di risonanza. Non fluttua tra le forme di risonanza; piuttosto, la struttura elettronica effettiva è sempre la media di quella mostrata da tutte le forme di risonanza.

Questo testo è adattato da  Openstax, Chemistry 2e, Chapter 7.4 Formal Charges and Resonance.