1.9 : Резонансные и гибридные структуры

Согласно теории резонанса, если для молекулы, иона или радикала можно записать две или более структуры Льюиса с одинаковым расположением атомов, фактическое распределение электронов является средним по сравнению с тем, которое показано различными структурами Льюиса.

Резонансные структуры и резонансные гибриды

Структура Льюиса нитрит-аниона (NO₂^-) на самом деле может быть изображена двумя разными способами, отличающимися расположением связей N–O и N=O.

Если ионы нитрита содержат одинарную и двойную связь, ожидается, что длины двух связей будут разными. Двойная связь между двумя атомами короче (и прочнее), чем силы Ван-дер-Ваальса между теми же двумя атомами. Однако эксперименты показывают, что обе связи N–O в NO₂^- имеют одинаковую прочность и длину, а по всем остальным свойствам идентичны. Невозможно написать единую структуру Льюиса для NO₂^-, в которой азот имеет октет и обе связи эквивалентны.

Вместо этого используется концепция резонанса: фактическое распределение электронов в каждой из связей азот–кислород в NO₂^- представляет собой среднее значение двойной связи и одинарной связи.

Отдельные структуры Льюиса называются резонансными структурами. Фактическая электронная структура молекулы (среднее значение резонансных форм) называется резонансным гибридом отдельных резонансных форм. Двусторонняя стрелка между структурами Льюиса указывает на то, что они являются резонансными формами.

Карбонат-анион CO₃ ^{представляет собой второй пример резонанса.}

• Один атом кислорода должен иметь двойную связь с углеродом, чтобы завершить октет центрального атома.
• Однако все атомы кислорода эквивалентны, и двойная связь может образоваться из любого из трех атомов. Это приводит к появлению трех резонансных форм карбонат-иона.
• Поскольку можно записать три идентичные резонансные структуры, известно, что фактическое расположение электронов в карбонат-ионе является средним из трех структур.
• Опять же, эксперименты показывают, что все три связи C–O совершенно одинаковы.

Молекула, описываемая как резонансный гибрид, никогда не обладает электронной структурой, описываемой какой-либо резонансной формой. Она не колеблется между резонансными формами; скорее, реальная электронная структура всегда представляет собой среднее значение всех резонансных форм.