Резонансные структуры: что это и зачем
Когда одной формулы мало
В формуле Льюиса ацетат-иона одна связь C–O двойная, а другая одинарная. Опыт показывает другое: обе связи одинаковы (127 пм) — длиннее двойной (122 пм) и короче одинарной (143 пм). Одной формулы мало.
Как понять, что частице нужны резонансные структуры
- Найдите π-связи, неподелённые пары, заряды и неспаренные электроны.
- Посмотрите на соседа: если рядом с π-связью есть пара, другая π-связь, катионный центр или неспаренный электрон — электроны могут перемещаться.
- Нарисуйте вторую структуру, переместив только электроны. Атомы остаются на местах.
Примеры
1. Ацетат-ион. Пара кислорода с минусом рядом с π-связью C=O. Две одинаковые структуры: заряд то на одном, то на другом кислороде.
2. Аллил-катион \(\ce{CH2=CH-CH2+}\). π-связь рядом с катионным центром: плюс на обоих концевых атомах.
3. Бензол. Три π-связи в кольце — две структуры Кекуле; все шесть связей C–C одинаковы (139 пм).
4. Этоксид-ион \(\ce{CH3CH2O-}\). Рядом с кислородом нет π-связи — резонанса нет, весь заряд на одном атоме.
errorРезонанс — не равновесие
Резонансные структуры не превращаются друг в друга. Реальная частица всё время одна — гибрид. Поэтому между структурами ставят двустороннюю стрелку ↔, а не знак равновесия ⇌.
edit_noteПопробуйте сами
Нужны ли резонансные структуры для метанола и для формиат-иона \(\ce{HCOO-}\)?
expand_moreПоказать решение
Метанол — нет: у кислорода нет соседней π-связи. Формиат — да, как ацетат: две равноценные структуры с минусом на разных кислородах.
Гибрид и его заряды
Гибрид рисуют одной формулой: частично двойные связи — сплошной и пунктирной линией, частичные заряды — δ.
Как нарисовать гибрид
- Нарисуйте все резонансные структуры.
- Связь, которая в одних структурах одинарная, а в других двойная, — в гибриде частично двойная.
- Заряд, который в разных структурах стоит на разных атомах, делится между ними.
- Для равноценных структур порядок связи и заряд — простые средние.
Примеры
1. Ацетат-ион. Две равноценные структуры: порядок каждой связи C–O \(1\frac{1}{2}\), на каждом кислороде заряд \(-\frac{1}{2}\).
2. Нитрат-ион \(\ce{NO3-}\). Три равноценные структуры: порядок связи N–O \(1\frac{1}{3}\), на каждом кислороде \(-\frac{2}{3}\).
3. Аллил-катион. На каждом концевом атоме углерода \(+\frac{1}{2}\), средний атом без заряда.
4. Бензол. Порядок каждой связи C–C — \(1\frac{1}{2}\).
5. Почему делокализация стабилизирует. Заряд, распределённый по нескольким атомам, устойчивее, чем на одном. Поэтому ацетат-ион устойчивее этоксид-иона и уксусная кислота (\(pK_a = 4{,}8\)) кислее этанола (\(pK_a = 16\)) в сотни миллиардов раз.
errorСреднее — только для равноценных структур
Если структуры неравноценны (одна вносит больший вклад), гибрид ближе к главной структуре. Как выбрать главную — урок 18.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько равноценных резонансных структур у карбонат-иона \(\ce{CO3^2-}\) и какой заряд в гибриде на каждом кислороде?
expand_moreПоказать решение
Три структуры (двойная связь к каждому из трёх кислородов по очереди); заряд \(-2\) делится на три атома: \(-\frac{2}{3}\) на каждом.
push_pinГлавное
Если рядом с π-связью есть неподелённая пара, другая π-связь, катионный центр или неспаренный электрон, одна формула Льюиса не описывает частицу. Рисуют несколько резонансных структур — атомы в них на одних местах, различаются только электроны, — а реальная частица — гибрид, среднее между ними. Резонанс — не равновесие: структуры не превращаются друг в друга. Делокализация заряда стабилизирует частицу.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.