1636661123

Węglowodory, 21

cząsteczki w formie pośredniej pomiędzy wzorami granicznymi. Równowagę pomiędzy strukturami granicznymi zwykło się zapisywać z wykorzystaniem pojedynczej strzałki z dwoma grotami (symbol ten wprowadził do zapisu chemicznego Eistert w 1936 roku).

Rys. 3.2. Mezomeryczne struktury benzenu

Pojęcie mezomerii zostało rozszerzone przez Linusa C. Paulinga w teorię rezonansu chemicznego. Było to konsekwencją wprowadzenia do opisu wiązań chemicznych funkcji falowych. W rezultacie struktury mezomeryczne można zastąpić ich superpozycją, czyli hybrydą, która powstanie w przypadku nałożenia na siebie form granicznych.

Ukoronowaniem teoretycznych opisów benzenu była reguła Ericha Huckela z Instytutu Fizyki Teoretycznej w Stuttgarcie, opublikowana w 1931 roku. W myśl tej reguły, wywiedzionej z obliczeń kwantowomechanicznych, w układach cyklicznych zawierających 4/i+2 zdelokalizowanych elektronów n następuje podwyższenie trwałości cząsteczki. Benzen posiadający sześć takich elektronów (n = 1) należy do najważniejszych przedstawicieli tych związków, określanych mianem związków aromatycznych.

Trwałość pierścienia benzenowego

Wyjątkowej trwałości pierścienia benzenowego możemy dowieść na podstawie porównania energii hydrogenacji w szeregu cykloheksen, cykloheksadien i „cyklohek-satrien” oraz benzen.

Można byłoby oczekiwać, dodając średnie energie hydrogenacji przypadające na jedno wiązanie podwójne w cykloheksenie i cykloheksadienie, że w wyniku uwodornienia 1 mola cykloheksatrienu wydzieli się ok. 360 kJ na sposób ciepła. Wartość eksperymentalnie wyznaczona jest znacznie niższa i wynosi ok. 208 kJ. Oznacza to, że benzen jest o 152 kJ/mol trwalszy od hipotetycznego cykloheksatrienu. Energia nazywana jest energią rezonansu, jest ona przyczyną szczególnych właściwości cząsteczek benzenu, charakteryzujących cząsteczki aromatyczne. Przede wszystkim wszystkie przemiany, które niszczyłyby sekstet elektronowy, prowadziłyby do powstania mniej trwałego, niearomatycznego produktu. Stąd wynika bierność benzenu