Obraz (2494)

14. Opis cząsteczek metodą rezonansu

Jeden wzór strukturalny me zawsze wystarcza do poprawnego przedstawienia budowy cząsteczki. Prostym przykładem jest anion kwasu octowego. Wzór strukturalny sugeruje, że jedno z wiązań między atomami węgla i tlenu w tym anionie jest wiązaniem pojedynczym a drugie podwójnym:

anion kwasu octowego

Wzór ten stwarza wrażenie całkowicie poprawnego wzoru strukturalnego, ale jednak nie przedstawia rzeczywistej budowy anionu octanowego. Sprzeczność z rzeczywistością polega na tym, że wiązania podwójne są krótsze od pojedynczych a tymczasem z pomiarów rentgenograficznych wynika, że oba wiązania C-O w anionie kwasu octowego mają taką samą długość. Są one krótsze od pojedynczego wiązania C-O a dłuższe od wiązania podwójnego C=0. Trzeba zatem przyjąć, że w anionie octanowym nie ma wiązań C-O i C~0 a są jakieś inne wiązania, o innej długości.

Cząsteczki nie dające się opisać jednym wzorem strukturalnym odznaczają się deiokahzacją wiązań a jeśli są jonami, to występuje w nieb rozproszenie ładunku na więcej niż jeden atom. Delokalizacja wiązań i ładunków elektrycznych jest wynikiem powstawania zdelokalizowanych orbitali molekularnych. Cząsteczki o zdelokalizowanych wiązaniach można opisywać rysunkami pokazującymi orbitale molekularne ale byłoby to dosyć kłopotliwe. Chemicy najchętniej posługują się zwykłymi wzorami strukturalnymi i dlatego powstała konwencja, pozwalająca na zastosowanie takich wzorów do opisu cząsteczek o zdelokalizowanych wiązaniach. Konwencja ta sprowadza się do tego, że gdy cząsteczki mc można opisać jednym wzorem to piszemy dwa lub więcej wzorów strukturalnych, pokazujących różne położenia wiązań i ładunków elektrycznych. Do opisu anionu kwasu octowego wystarczają dwa wzory, A i B:

p

//°

ch₃-c_n

A

ch₃-c_%

B

graniczne struktury rezonansowe anionu octanowego

Trzeba sobie zdawać sprawę z tego, że wzory A i B przedstawiają nieistniejące w rzeczywistości struktury ze zlokalizowanymi wiązaniami i ładunkiem elektrycznym umieszczonym przy jednym z atomów tlenu.

Fikcyjne struktury takie jak A i B nazywamy strukturami granicznymi, strukturami kanonicznymi lub strukturami rezonansowymi. Rzeczywista budowa związków przedstawianych za pomocą struktur granicznych jest nazywana hybrydą rezonansową.

Hybrydy rezonansowe są strukturami pośrednimi między strukturami granicznymi. Zaznaczamy to za pomocą dwustronnej strzałki, umieszczanej między wzorami struktur granicznych.

Opis budowy cząsteczek za pomocą struktur granicznych nosi nazwę metody rezonansu. Pochodzenie tej nazwy wyjaśniają bardziej zaawansowane podręczniki.

Wbrew wątpliwościom, jakie ma każdy przy pierwszym zetknięciu z metodą rezonansu, jest to wygodny sposób przedstawiania budowy cząsteczek, bo pozwała na korzystanie ze zwykłych wzorów strukturalnych przy wyrażaniu bardzo subtelnych szczegółów budowy. Nieco trudniejsze jest wyobrażenie sobie budowy hybryd rezonansowych, ale wystarcza do tego najprostsze rozumowanie.

Wróćmy jeszcze na chwilę do anionu octanowego. Wyrażenie „struktura poślednia między strukturami A i B” oznacza, że w rzeczywistej cząsteczce wiązania C-O nie są ani podwójne ani pojedyncze ale mają częściowo charakter jednych i drugich. Ładunek ujemny, który w strukturach granicznych jest zlokalizowany przy jednym z atomów tlenu, w hybrydzie rezonansowej jest rozproszony na oba te atomy. Dokładniejszy obraz uzyskalibyśmy rysując zdelo-