Что такое резонансные структуры
РЕЗОНАНСА ТЕОРИЯ
РЕЗОНАНСА ТЕОРИЯ, теория электронного строения хим. соединений, в основе к-рой лежит представление о том, что электронное распределение, геометрия и все др. физ. и хим. св-ва молекул должны быть описаны не одной возможной структурной ф-лой, а сочетанием (резонансом) всех альтернативных структур. Идея такого способа описания электронного строения принадлежит Л. Полингу (1928). Резонанса теория является развитием классич. теории хим. строения для молекул, ионов, радикалов, строение к-рых можно представить в виде неск. разл. структурных ф-л, отличающихся способом распределения электронных пар между атомными ядрами. Согласно резонанса теории, строение таких соед. является промежуточным между отдельными возможными классич. структурами, причем вклад каждой отдельной структуры можно учесть при помощи разл. модификаций квантовомех. метода валентных связей (см. Валентных связей метод).
Для соед. с сопряженными связями из всех возможных структур с разл. типами спаривания электронов кратных связей достаточно рассмотреть лишь структуры с неперекрещивающимися связями (канонич. структуры). Электронное строение бензола описывается резонансом пяти канонич. структур:
Волновая ф-ция молекулы бензола по Полингу представляет линейную комбинацию:
Y = 0,624( Y I + Y II ) + 0,271( Y III + Y IV + Y V ).
Откуда следует, что осн. вклад (примерно 80%) в волновую ф-цию вносят кекулевские структуры I и II. Их эквивалентность и эквивалентность структур III-V объясняют вырав-ненность всех углерод-углеродных связей в молекуле бензола и их промежут. (примерно полуторный) характер между простой и двойной связями углерод-углерод. Это предска зание находится в полном соответствии с экспериментально найденными длиной связи С—С в бензоле (0,1397 нм) и св-вами симметрии его молекулы (группа симметрии D 6h ).
Р езонанса теорию с успехом применяют для описания строения и св-в ионов и радикалов. Так, строение карбонат-иона представляют как резонанс (обозначается двусторонней стрелкой) трех структур, каждая из к-рых вносит одинаковый вклад в волновую ф-цию:
Поэтому ион 
обладает тригональной симметрией (группа симметрии V 3h ), и каждая связь С—О имеет на 1 / 3 характер двойной связи.
Строение аллильного радикала не соответствует ни одной из классич. структур VI и VII и должно описываться их резонансом:
В соед., включающих связи между атомами с существенно разл. электроотрицательностями, значит. вклад в волновую ф-цию вносят резонансные структуры ионного типа. Строение СО 2 в рамках резонанса теории описывается резонансом трех структур:
Длина связи между атомами С и О в этой молекуле меньше, чем длина двойной связи С=О.
Поляризация связей в молекуле формамида, приводящая к потере мн. св-в, характерных для карбонильной группы, объясняется резонансом:
Резонанс структур ведет к стабилизации осн. состояния молекулы, иона или радикала. Мерой этой стабилизации служит энергия резонанса, к-рая тем больше, чем больше число возможных резонансных структур и чем больше число резонирующих низкоэнергетич. эквивалентных структур. Энергию резонанса можно рассчитать при помощи метода валентных связей или метода мол. орбиталей (см. Молекулярных орбиталей методы)как разность энергий осн. состояния молекулы и ее изолир. связей или осн. состояния молекулы и структуры, моделирующей одну из устойчивых резонансных форм.
По своей осн. идее резонанса теория очень близка к теории мезомерии (см. Мезомерия), однако носит более количеств. характер, ее символика вытекает непосредственно из классич. структурной теории, а квантовомех. метод валентных связей служит прямым продолжением резонанса теории. В силу этого резонанса теория продолжает сохранять определенное значение как удобная и наглядная система структурных представлений.
Лит.: Паулинг Л., Природа химической связи, пер. с англ., М.-Л., 1947; Уэланд Дж., Теория резонанса и ее применение в органической химии, пер. с англ., М., 1948; Полинг Л., «Ж. Весе. Хим. об-ва им. Д. И. Менделеева», 1962 т. 7, № 4, с. 462-67. В. И. Минкин.
Что такое резонансные структуры
Иногда можно записать несколько правильных формул Льюиса, которые различаются характером связей между одними и теми же атомами. Например:
В каждом случае существует два пути выполнения правила октета для всех атомов. Если молекулу можно представить двумя или более такими формулами, в которых атомы соединены в одной и той же последовательности, эти формулы называются резонансными формами или классическими резонансными структурами.
Резонансные структуры принято соединять обоюдоострыми стрелками, как это сделано выше.
Реальная структура частицы не совпадает ни с одной из резонансных структур. Не происходит и непрерьюного превращения одной структуры в другую и обратно. На самом деле истинная структура есть нечто среднее между двумя предельными формами. Эта реальная структура носит название резонансного гибрида.
В первом случае резонансный гибрид к первой структуре значительно ближе, чем ко второй. Однако реальная молекула имеет и некоторые черты второй структуры с зарядами на атомах азота и кислорода. В двух Других случаях обе предельные структуры вносят одинаковый вклад в резонансный гибрид. Кратность связей в обоих случаях равна 
Все три резонансных гибрида изображены ниже (пунктирными линиями показаны частично двойные связи):
Соединения, для которых возможны резонансные структуры, обычно более стабильны. Скажем, во втором примере отрицательный заряд распределен по двум атомам кислорода, а не сконцентрирован только на одном из них. Такая делокализация заряда является стабилизирующим фактором. В первом примере связь 
ведет себя не как обычная простая связь, а электронная пара атома азота не склонна участвовать в образовании новых связей. Наличие второй (правой) резонансной структуры объясняет эти факты.
Вообще надо помнить, что польза любой теории определяется способностью этой теории объяснять уже известные факты и предсказывать новые.
Резонанс — это делокализация электронов внутри ковалентно связанной частицы, приводящая к дополнительной стабилизации этой частицы. Резонанс изображается с помощью резонансных структур, соединяемых обоюдоострыми стрелками или с помощью резонансных гибридов.
Как рисовать резонансные структуры
Мы можем нарисовать две или более структур Льюиса для некоторых молекул и многоатомных ионов, не меняя положения атомов в структуре. В этом случае только электронное распределение отличается от одной
Содержание:
Что такое резонансная структура
Мы можем нарисовать две или более структур Льюиса для некоторых молекул и многоатомных ионов, не меняя положения атомов в структуре. В этом случае только электронное распределение отличается от одной структуры к другой. Эти структуры называются резонансные структуры или же содействующие структуры. Но фактическая молекула имеет промежуточную структуру из этих возможных структур Льюиса.
Первый шаг рисования резонансных структур начинается с рисования всех возможных структур Льюиса. Если у него только одна структура Льюиса, у него нет резонансного гибрида.
Как определить молекулы, имеющие резонанс
Резонанс существует только тогда, когда структура Льюиса имеет несколько связей и соседний атом, по крайней мере, с одной неподеленной парой. Общая форма резонанса иллюстрируется ниже. Стрелки используются для обозначения смещения электронов из одной резонансной структуры в другую.
Как рисовать резонансные структуры
Структуры Льюиса
Пример 1: СО3 2- ион
Шаг 1
Рассчитайте общее количество валентных электронов от каждого атома.
Атомы кислорода (3 * 6) = 18
Шаг 2
Когда имеется более одного типа атомов, оставьте наименьший электроотрицательный или металлический атом в качестве центрального атома.
Углерод является центральным атомом в СО3 2- ион
Шаг 3
Объедините каждый атом с единственной связью с центральным атомом, внося один электрон от каждого атома для связи.
Шаг 4
Подсчитайте электроны в валентной оболочке, чтобы проверить, завершен ли октет.
Атому углерода нужен еще один электрон, а каждому атому кислорода нужен еще один электрон, чтобы завершить октет.
Шаг 5
Если нет, добавьте еще несколько связей, пока все октеты не будут заполнены.
** Оставьте несвязанные электроны в виде точек и нарисуйте одну линию (-) для одинарной связи и две линии (=) для двойной связи.
Если мы добавим одну связь между атомом углерода и атомом кислорода, то и атом углерода, и атом кислорода завершат октет.
Шаг 6
Окончательная структура может быть записана следующим образом.
Шаг 7
Теперь мы можем нарисовать возможные резонансные структуры, как обсуждалось в разделе 1.
Мы можем нарисовать три резонансные структуры для СО3 2- ион, как указано выше.
Давайте возьмем еще два примера, чтобы научиться рисовать резонансные структуры.
Пример 2: O3 молекула
Мы можем использовать ту же процедуру, что описана выше, чтобы получить структуру Льюиса. Это дает следующую структуру, и имеет несколько связей и соседний атом с одной неподеленной парой электронов.
Таким образом, мы можем нарисовать резонансные структуры для O3 Молекула следующим образом.
Пример 3: Карбоновая кислота
Мы можем получить следующие резонансные структуры, выполнив те же шаги, что и упомянутые выше.
Структура Льюиса: простой метод представления конфигурации атомов в молекуле, показывающий неподеленные пары электронов и связи между атомами.
Написание резонансных структур. (Н.о.). Получено 15 ноября 2016 г.
Теория резонанса
Иными словами, молекулярная структура описывается не одной возможной структурной формулой, а сочетанием (резонансом) всех альтернативных структур.
Содержание
История
Идея резонанса был введена в квантовую механику Вернером Гейзенбергом в 1926 году при обсуждении квантовых состояний атома гелия. Он сравнил структуру атома гелия с классической системой резонирующего гармонического осциллятора.
Модель Гейзенберга была применена Лайнусом Полингом (1928 год) к описанию электронной структуры молекулярных структур. В рамках метода валентных схем Полинг успешно объяснил геометрию и физико-химические свойства целого ряда молекул через механизм делокализации электронной плотности π-связей.
Сходные идеи для описания электронной структуры ароматических соединений были предложены Кристофером Ингольдом. В 1926—1934 годах Ингольд заложил основы физической органической химии, развив альтернативную теорию электронных смещений (теорию мезомерии), призванную объяснить структуру молекул сложных органических соединений, не укладывающуюся в обычные валентные представления. Предложенный Ингольдом для обозначения явления делокализации электронной плотности термин «мезомеризм» (1938), используется преиущественно в немецкой и французской литературе, а английской и русской преобладает «резонанс». Представления Ингольда о мезомерном эффекте стали важной составной частью теории резонанса. Благодаря немецкому химику Фрицу Арндту были введены, ставшие общепринятыми обозначения мезомерных структур при помощи двунаправленных стрелок.
СССР 40-50 гг.
В послевоенном СССР теория резонанса стала объектом гонения в рамках идеологических кампаний и была объявлена «идеалистической», чуждой диалектическому материализму — и поэтому неприемлемой для использования в науке и образовании:
«Теория резонанса», будучи насквозь механистической. отрицает качественные, специфические особенности органического вещества и совершенно ложно пытается сводить закономерности органической химии к закономерностям квантовой механики…
…Мезомерийно-резонансная теория в органической химии представляет собою такое же проявление общей реакционной идеологии, как и вейсманизм-морганизм в биологии, как и современный «физический» идеализм, с которыми она тесно связана.
— Кедров Б.М. Против «физического» идеализма в химической науке. Цит. по [3]
Гонения на теорию резонанса получили негативную оценку в мировой научной среде. В одном из журналов Американского химического общества в обзоре, посвящённом положению в советской химической науке, в частности, отмечалось [5] :
The large majority of Russian papers on these subjects (. ) apparently arising from the chauvinistic idea that the resonance theory of Linus Pauling opposes the tenets of dialectical materialism and therefore must be rejected. The intensity and crudeness of this invective appear to be without parallel in the annals of chemistry.
См. также
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Теория резонанса» в других словарях:
теория резонанса — rezonanso teorija statusas T sritis chemija apibrėžtis Teorija, realios molekulės sandarą aiškinanti keliomis hipotetinėmis struktūromis. atitikmenys: angl. resonance theory rus. теория резонанса … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
РЕЗОНАНСА ТЕОРИЯ — теория электронного строения хим. соединений, в основе к рой лежит представление о том, что электронное распределение, геометрия и все др. физ. и хим. св ва молекул должны быть описаны не одной возможной структурной ф лой, а сочетанием… … Химическая энциклопедия
Теория валентных связей — Рис.1. Модель перекрывания атомных орбиталей при образовании сигма связи Теория валентных связей ( … Википедия
Резонанса теория — (в химии) концепция, дополняющая постулаты классической теории химического строения и утверждающая, что если для данного соединения классическая теория (см. Химического строения теория) допускает построение нескольких приемлемых… … Большая советская энциклопедия
резонанса теория — в химии, концепция, дополняющая постулаты классической теории химического строения и утверждающая, что, если для данного соединения классическая теория допускает построение нескольких приемлемых структурных формул, то действительному состоянию… … Энциклопедический словарь
РЕЗОНАНСА ТЕОРИЯ — в химии концепция, дополняющая постулаты классической теории химического строения и утверждающая, что если для данного соединения классическая теория допускает построение нескольких приемлемых структурных формул, то действительному состоянию… … Большой Энциклопедический словарь
Теория Редже — подход к задаче рассеяния в квантовой механике и квантовой теории поля, в котором изучаются свойства амплитуды рассеяния при комплексных значениях орбитального углового момента. Основы теории были разработаны итальянским физиком Туллио Редже в… … Википедия
Теория кристаллического поля — квантохимическая модель, в которой электронная конфигурация соединений переходных металлов описывается как состояния иона либо атома, находящегося в электростатическом поле, создаваемым окружающими его ионами, атомами или молекулами. Концепция… … Википедия
ТЕОРИЯ КАЧКИ СУДНА — раздел теории корабля, в котором методами механики и гидродинамики изучаются колебания плавающего судна под воздействием внешних сил. Позволяет предсказать характер поведения судна в морских условиях, для того чтобы учесть при его проектировании… … Морской энциклопедический справочник
РЕЗОНАНСА ТЕОРИЯ — в химии, концепция, дополняющая постулаты классич. теории хим. строения и утверждающая, что если для данного соед. классич. теория допускает построение неск. приемлемых структурных формул, то действит. состоянию молекул этого соед. (его хим.… … Естествознание. Энциклопедический словарь
В химия, резонанс это способ описания связи в определенных молекулах или ионах комбинацией нескольких содействующие структуры (или же формы, [1] также известный как резонансные структуры или же канонические структуры) в резонансный гибрид (или же гибридная структура) в теория валентной связи. Он имеет особое значение для описания делокализованные электроны в пределах определенных молекулы или же многоатомные ионы где связь не может быть выражена одним единственным Структура Льюиса.
Содержание
Обзор
Резонансный гибрид представляет реальную молекулу как «среднее» из структур, способствующих, с длинами связей и частичные сборы принимая промежуточные значения по сравнению с ожидаемыми для отдельных структур Льюиса вкладчиков, если бы они существовали как «настоящие» химические образования. [3] Способствующие структуры различаются только формальный распределение электронов по атомам, а не в реальной физически и химически значимой электронной или спиновой плотности. Хотя структуры вкладчиков могут отличаться формальными поручениями на облигации и официальное обвинение задания, все участвующие структуры должны иметь одинаковое количество валентных электронов и одинаковый спин множественность. [4]
Поскольку делокализация электронов снижает потенциальную энергию системы, любой вид, представленный резонансным гибридом, более стабилен, чем любая из (гипотетических) структур, вносящих свой вклад. [5] Разница в потенциальной энергии между фактическими видами и (вычисленной) энергией вносящей вклад структуры с самой низкой потенциальной энергией называется резонансная энергия [6] или энергия делокализации. Величина резонансной энергии зависит от предположений, сделанных относительно гипотетических «нестабилизированных» частиц и используемых вычислительных методов, и не представляет собой измеримую физическую величину, хотя сравнения резонансных энергий, вычисленных при аналогичных предположениях и условиях, могут иметь химический смысл.
Молекулы с расширенной π-системой, такие как линейные полиены и полиароматические соединения, хорошо описываются резонансными гибридами, а также делокализованными орбиталями в теория молекулярных орбиталей.
Резонанс против изомерии
Резонанс следует отличать от изомерия. Изомеры представляют собой молекулы с одинаковой химической формулой, но представляют собой разные химические соединения с различным расположением атомных ядер в пространстве. С другой стороны, компоненты резонанса в молекуле могут различаться только способом, которым электроны формально приписываются атомам в структуре Льюиса. изображения молекулы. В частности, когда говорят, что молекулярная структура представлена резонансным гибридом, это нет означают, что электроны молекулы «резонируют» или перемещаются вперед и назад между несколькими наборами положений, каждое из которых представлено структурой Льюиса. Скорее это означает, что набор способствующих структур представляет собой промежуточную структуру (средневзвешенное значение участников) с единственной четко определенной геометрией и распределением электронов. Неверно рассматривать резонансные гибриды как быстро взаимопревращающие изомеры, даже если термин «резонанс» может вызвать такое представление. [7] (Как описано нижетермин «резонанс» возник как аналогия классической физики квантово-механического явления, поэтому его не следует толковать слишком буквально.) Символично, двунаправленная стрелка B>>>»> А ⟷ B < displaystyle < ce >> 
B>>>»> используется для обозначения того, что A и B вносят вклад в формы одного химического вещества (в отличие от стрелки равновесия, например, B>>>»> А ↽ − − ⇀ B < displaystyle < ce >> B>>>»> ; видеть ниже для подробностей по использованию).
Из-за путаницы с физическим значением слова резонанс, поскольку на самом деле никакие объекты физически не «резонируют», было предложено отказаться от термина «резонанс» в пользу делокализация [8] и резонансной энергии отказались в пользу энергия делокализации. Резонансная структура становится способствующая структура и резонансный гибрид становится гибридная структура. Двуглавые стрелки будут заменены запятыми, чтобы проиллюстрировать набор структур, поскольку стрелки любого типа могут указывать начинающим студентам на то, что происходит химическое изменение.