Rezonans

By 08.09.2021 08.09.2021

Rezonans - bu molekulalar ichidagi elektronlarning delokalizatsiyasini tavsiflovchi valentlik bog'lanish nazariyasi doirasidagi aqliy mashq. Bu birlashganda molekulaning to'liq elektron tuzilishini ifodalovchi bir qancha Lyuis tuzilmalarini qurishni o'z ichiga oladi. Rezonansli tuzilmalarbitta Lyuis strukturasi bog'lanishni to'liq ta'riflay olmaganda ishlatiladi; mumkin bo'lgan rezonans tuzilmalarning kombinatsiyasi molekula ichidagi elektronlarning umumiy delokalizatsiyasini ifodalovchi rezonansli gibriddeb ta'riflanadi . Umuman olganda, bir nechta rezonansli tuzilishga ega bo'lgan molekulalar kamroq turg'unroq bo'ladi va ba'zi rezonansli tuzilmalar molekulaning barqarorligiga boshqalarga qaraganda ko'proq hissa qo'shadi - rasmiy to'lovlar buni aniqlashga yordam beradi.

Kirish

Rezonans - bu ma'lum bir molekulalar yoki poliatomik ionlar ichidagi delokalizatsiya qilingan elektronlarni tasvirlash usuli, bunda bog'lanishni bitta Lyuis formulasi bilan ifodalash mumkin emas. Bunday delokalizatsiyalangan elektronli molekula yoki ion bir nechta rezonansli tuzilmalar bilan ifodalanadi. Ushbu rezonans tuzilmalar Lyuis tuzilishining yadro skeleti o'zgarmaydi, faqat elektronlarning joylashuvi farqlanadi. Ozon uchun shunday holat (\ (\ ce \)), V shaklidagi va O-O-O burchagi 117,5 ° bo'lgan kislorodning allotropi. Ozon uchun Lyuis tuzilishini yaratish orqali munozarani rag'batlantiraylik.

1. Biz bilamizki, ozon V shaklidagi tuzilishga ega, shuning uchun bitta O atom markaziy:

2. Har bir O atomida 6 valentli elektron, jami 18 valentli elektron bor.

3. Har bir kislorod -kislorod bog'lanishiga bitta elektron juftini biriktirish beradi

qolgan 14 ta elektron bilan.

4. Agar biz har bir terminal kislorodga uchta yolg'iz elektronni joylashtirsak, biz olamiz

va 2 ta elektron qoldi.

5. Bu vaqtda ikkala terminal kislorod atomlarida ham elektronlar sekizligi bor. Shunday qilib, biz oxirgi 2 elektronni markaziy atomga joylashtiramiz:

6. Markaziy kislorodda atigi 6 elektron bor. Oxirgi kislorod atomidagi bitta juftni bog'lovchi elektronga aylantirishimiz kerak, lekin qaysi biri? Qaysi birini tanlaganimizga qarab, biz ham olamiz

Qaysi biri to'g'ri? Aslida, ikkalasi ham to'g'ri emas. Ikkalasi ham bitta O -O bitta bog'lanishni va bitta O = O juft bog'lanishni bashorat qiladi. Siz bilib olganingizdek, agar obligatsiyalar har xil turdagi bo'lsa (masalan, bitta va bitta dubl), ularning uzunligi har xil bo'ladi. Ma'lum bo'lishicha, har ikkala O -O bog'lanish masofasi bir xil, 127.2 pm, bu odatdagi O -O yagona bog'lanishidan qisqa (148 pm) va O 2 (120.7 pm) dagi O = O juftlikdan uzunroq. .

Ekvivalent Lyuis nuqta tuzilmalari, masalan, ozon kabi, rezonansli tuzilmalardeb ataladi . Har xil rezonansli tuzilmalarda atomlarning holati bir xil, lekin elektronlarning joylashuvi boshqacha. Ikki boshli o'qlar birikmaning turli xil rezonansli tuzilmalarini bog'laydi:

Ikki boshli o'q, haqiqiy elektron tuzilish molekulaning ikkita tuzilma o'rtasida tebranib turishini emas, balki ko'rsatilganining o'rtacha ko'rsatkichini ko'rsatadi.

Agar molekula yoki ion uchun bir nechta ekvivalent rezonansli tuzilmani yozish mumkin bo'lsa, haqiqiy tuzilish rezonans tuzilmalarning o'rtacha ko'rsatkichidir.

Elektronlar har xil rezonansli tuzilmalar o'rtasida "siljiydi", lekin aniq emas, chunki har bir rezonans tuzilishi bu molekulalarni tasvirlash uchun Lyuis tuzilishi nuqtai nazaridan foydalanishni cheklashidir. Molekulaning elektron tuzilishini aniqroq tasvirlash bir vaqtning o'zida bir nechta rezonansli tuzilmalarni ko'rib chiqishni talab qiladi.

Delokalizatsiya va rezonans tuzilmalari qoidalari

  1. Rezonans tuzilmalari bir xil miqdordagi elektronga ega bo'lishi kerak, hech qanday elektronni qo'shmang yoki ayirmang. (elektronlar sonini oddiygina sanab tekshiring).
  2. Har bir rezonansli tuzilma Lyuis Strukturasini yozish qoidalariga amal qiladi.
  3. Strukturaning duragaylanishi bir xil bo'lishi kerak.
  4. Tuzilish skeletini o'zgartirish mumkin emas (faqat elektronlar harakat qiladi).
  5. Rezonans tuzilmalari ham bir xil sonli juftlarga ega bo'lishi kerak.

"Ish uchun to'g'ri o'qni tanlang"

Kimyoviy o'qlarning ko'pini bir -birining o'rnida ishlatish mumkin emas va ish uchun to'g'ri o'qni tanlashga e'tibor berish kerak.

  • \ (\ leftrightarrow \): Rezonansni ko'rsatish uchun Lyuis tuzilmalari orasidagi o'qning har ikki uchida ikkita boshli o'q ishlatiladi.
  • \ (\ rightleftharpoons \): muvozanatni belgilash uchun er -xotin arfa oonlari ishlatiladi
  • \ (\ rightharpoonup \): Bir chetidagi bitta arpun bittaelektronning harakatini ko'rsatadi
  • \ (\ o'ng o'q \): Bir uchida ikki boshli o'q ikkitaelektronning harakatini ko'rsatish uchun ishlatiladi.

Misol \ (\ PageIndex \): Karbonat ioni

Karbonat ionining rezonans tuzilmalarini aniqlang: \ (\ ce >\).

Yechim

1. Uglerod eng kam elektronegativ element bo'lgani uchun uni markaziy holatiga joylashtiramiz:

2. Uglerodda 4 valentli elektron bor, har bir kislorodda 6 valentli elektron bor va −2 zaryad uchun yana 2 tasi bor. Bu 4 + (3 × 6) + 2 = 24 valentli elektronlarni beradi.

3. Kislorod atomlari va uglerod o'rtasida uchta bog'lanish juftini hosil qilish uchun oltita elektron ishlatiladi:

4. Qolgan 18 elektronni uchta kislorod atomiga teng taqsimlab, har biriga uchta juftni qo'yib -2 zaryadini ko'rsatamiz:

5. Markaziy atom uchun hech qanday elektron qolmaydi.

6. Bu vaqtda uglerod atomi atigi 6 valentli elektronga ega, shuning uchun biz kisloroddan bitta juftni olishimiz va undan uglerod -kislorodli er -xotin bog'lanish hosil qilish uchun foydalanishimiz kerak. Biroq, bu holda uchta variant mavjud:

Ozon singari, bu tuzilmalarning hech biri bog'lanishni aniq ta'riflamaydi. Ularning har biri bitta uglerod -kislorodli ikkita bog'lanishni va ikkita uglerod -kislorodli bitta aloqani bashorat qiladi, lekin tajribada barcha C -O bog'lanish uzunligi bir xil bo'ladi. Biz karbonat ioni uchun rezonansli tuzilmalarni (bu holda ulardan uchtasini) yozishimiz mumkin:

Haqiqiy tuzilma bu uchta rezonansli strukturaning o'rtacha ko'rsatkichidir.

Ozon singari, karbonat ionining elektron tuzilishini bitta Lyuis elektron tuzilishi tasvirlab bo'lmaydi. O 3 dan farqli o'laroq , CO 3 2− ning haqiqiy tuzilishi o'rtacha uchta rezonansli tuzilishga ega.

Rezonansli tuzilmalarni aniqlash uchun rasmiy to'lovlardan foydalanish

Har bir rezonans tuzilish molekulaning umumiy elektron tuzilishiga hissa qo'shsa -da, ular teng hissa qo'sha olmaydi. Molekulalar atomlariga rasmiy zaryadlarni tayinlash - bu rezonansli strukturaning hayotiyligini aniqlash va uning boshqa tuzilmalar orasidagi nisbiy kattaligini aniqlash mexanizmlaridan biri. Kovalent turdagi atomning rasmiy zaryadi, agar atomning barcha bog'lanishlaridagi elektronlar teng taqsimlansa, atom zaryad oladigan aniq zaryaddir. Shu bilan bir qatorda, kovalent turdagi atomning rasmiy zaryadi, agar atom bilan bo'lgan barcha bog'lanishlar polar bo'lmagan kovalent aloqalar bo'lsa, atom zaryad oladigan aniq zaryaddir. Kovalent turda berilgan atomning rasmiy zaryadini aniqlash uchun quyidagi formuladan foydalaning:

Rezonans strukturalarning barqarorligini baholash qoidalari

  1. Katta kovalent bog'lari soni, katta yanada atomlarning beri barqarorlik to'liq Octets bo'ladi
  2. Eng kamrasmiy zaryadgaega bo'lgan struktura ancha barqaror
  3. Rasmiy zaryadningeng kamajratilgantuzilishi ancha barqaror
  4. Elektronegativ atomda manfiy zaryadgaega bo'lgan struktura yanada barqaror bo'ladi
  5. Eng kam elektronegativ atomda(eng elektropozitiv) musbat zaryadlarancha barqaror
  6. Ekvivalent bo'lgan rezonans shakllari turg'unlikda farq qilmaydi va teng hissa qo'shadi (masalan, benzol)

Misol \ (\ PageIndex \): tiosiyanat ioni

Tiosiyanat (\ (CNS^-\)) ionini ko'rib chiqing.

Yechim

1. Molekulaning Lyuis tuzilishini toping. (Lyuis tuzilishi qoidalarini eslang.)

2. Rezonans: Barcha elementlar oktetni xohlaydi va biz buni ko'p yo'l bilan terminal atomining elektronlarini aylantirish orqali amalga oshirishimiz mumkin (bog'lanishlar ham).

3. Rasmiy to'lovlarni \ ref tenglamasi orqali belgilang .

Rasmiy zaryad = (erkin orbitaldagi valent elektronlar soni) - (yolg'iz elektronlar soni) - (\ (\ frac \) raqamli bog'lanish juft elektronlari)

Rasmiy zaryadlarni tayinlashdan oldin har bir atomning valentlik elektronlar sonini aniqlashni unutmang

C = 4 valentlik e -, N = 5 valentlik e -, S = 6 valentlik e -, shuningdek, (-1) zaryad uchun qo'shimcha elektron qo'shing. Valensli elektronlarning umumiy soni 16 ga teng.

4. Eng ideal rezonansli tuzilmani toping. (Eslatma: Bu eng kam rasmiy zaryadga ega bo'lgan zaryad, nolgacha yoki molekulaning umumiy zaryadiga qo'shiladi.)

5. Endi biz "To'g'ri" Lyuis tuzilishi uchun elektromobillikni ko'rib chiqishimiz kerak.

Eng elektronegativ atom odatda salbiy rasmiy zaryadga ega, eng kam elektronegativ atom esa odatda musbat rasmiy zaryadlarga ega.

Rezonanstuzilmalarini molekulaning bog'lanishini tasvirlaydigan rezonans gibriddeb ataladigan yagona tuzilishga birlashtirish foydalidir . Umumiy yondashuv quyida tavsiflanadi:

  1. Molekula uchun Lyuis tuzilishi va rezonansini chizish (bog'lanish uchun qattiq chiziqlar yordamida).
  2. Qaerda er-xotin yoki uch tomonlama bog'lanish bo'lishi mumkinbo'lsa, bog'lanish uchun nuqta (-----) chiziladi.
  3. Faqat barcha rezonansli tuzilmalarda uchraydigan yolg'iz juftlarni chizish, faqat rezonansli tuzilmalarda bo'lmagan yolg'iz juftlarni o'z ichiga olmaydi.

Misol \ (\ PageIndex \): benzol

Benzol - ilgari benzinda ishlatilgan keng tarqalgan organik erituvchi; u endi bu maqsadda ishlatilmaydi, chunki u hozir kanserogen sifatida ma'lum. Benzol molekulasi (\ (\ ce \)) har biri vodorod atomiga bog'langan uglerod atomlarining muntazam olti burchakli qismidan iborat. Benzoldagi bog'lanishni tasvirlash uchun rezonansli tuzilmalardan foydalaning.

Berilgan:molekulyar formula va molekulyar geometriya

So'ralgan:rezonans tuzilmalar

Strategiya:

  1. Bog'langan atomlarni tasvirlaydigan benzolning tuzilishini chizish. Keyin bu rasmda ishlatiladigan valent elektronlar sonini hisoblang.
  2. Bu raqamni benzoldagi valentlik elektronlarining umumiy sonidan chiqarib oling va qolgan elektronlarni toping, shunda tuzilishdagi har bir atom oktetaga etadi.
  3. Benzol uchun rezonans tuzilmalarni chizish.

Yechim:

AHar bir vodorod atomi 1 valentli elektronni, har bir uglerod atomi esa 4 valentli elektronni qo'shadi, jami (6 × 1) + (6 × 4) = 30 valentli elektron. Agar biz har bir uglerod atomlari juftligi va har bir uglerod va vodorod atomi o'rtasida bitta bog'lovchi elektron juftini joylashtirsak, quyidagilarni olamiz:

Bu tuzilishdagi har bir uglerod atomi atigi 6 ta elektronga ega va rasmiy zaryad +1 ga teng, lekin biz 30 valentli elektronlarning atigi 24 tasidan foydalanganmiz.

BQolgan 6 ta elektron muqobil uglerod atomlarida bir tekis taqsimlangan bo'lsa, biz quyidagilarni olamiz:

Endi uchta uglerod atomining oktet konfiguratsiyasi va rasmiy zaryad -1 ga ega, uchta uglerod atomida atigi 6 elektron va +1 zaryad bor. Biz har bir yolg'iz juftni uchta C = C juft bog'lanish qilib, har bir atomga elektron sakkizta va rasmiy zaryad 0 ga teng bo'lgan bog'lovchi elektron juftiga aylantira olamiz.

CBiroq, buning ikkita usuli bor:

Har bir tuzilishda ikkilamchi va yakka bog'lanishlar mavjud, ammo tajribalar shuni ko'rsatadiki, benzoldagi har bir uglerod -uglerod aloqasi bir xil bo'lib, odatda bog'lanish uzunligi (139,9 pm) oralig'ida, odatda C -C bitta bog'lanish (154 pm) va C = oralig'ida bo'ladi. C juft obligatsiya (134 pm). Biz benzoldagi bog'lanishni ikkita rezonansli struktura yordamida tasvirlashimiz mumkin, lekin haqiqiy elektron tuzilish ikkitadan o'rtacha. Benzol kabi aromatik uglevodorodlar uchun bir nechta rezonansli tuzilmalarning mavjudligi, odatda olti burchak ichida aylana yoki kesilgan chiziqlar chizish orqali ko'rsatiladi:

Misol \ (\ PageIndex \): nitrat ioni

Nitrat ionining mumkin bo'lgan rezonans tuzilmalarini chizish \ (\ ce >\).

Yechim

1. Valentli elektronlarni hisoblang: (1*5) + (3*6) + 1 (ion) = 24elektron

2. Bog'lanish ulanishlarini chizish:

3. Markaziy atomga bog'langan atomlarga oktetli elektronlarni qo'shing:

4. Qolgan elektronlarni (24-24 = 0) markaziy atomga joylashtiring:

5. Markaziy atomda oktet mavjudmi?

  • Yo'q, u 6 elektronga ega
  • Markaziy atomning oktetga erisha olishini bilish uchun bir nechta aloqani qo'shing (avval er -xotin bog'lanishni sinab ko'ring):

6. Markaziy atomda oktet mavjudmi?

  • HA
  • Mumkin bo'lgan rezonans tuzilmalar bormi? HA

Eslatma: Biz \ (\ ce >\) ioni bitta bog'lanishdan biroz qisqaroq bo'ladi.

Manbalar

  1. Petrucci, Ralf H. va boshqalar. Umumiy kimyo: tamoyillari va zamonaviy qo'llanmalari . Nyu -Jersi: Pearson Prentice Hall, 2007 yil.
  2. Ahmad, Van-Yaakob va Zakariya, Mat B. "Lyuis ramzlaridan Lyuis tuzilmalarini chizish: elektronni to'g'ridan-to'g'ri ulash usuli". Kimyoviy ta'lim jurnali: 77.3 -jurnal.

Muammolar

  1. To'g'ri yoki noto'g'ri, Quyidagi rasm rezonans tuzilmami?
  1. Uchun Lyuis Dot infratuzilmani chizish , shuning uchun42-va barcha mumkin bo'lgan rezonans tuzilmalarni. Lyuis Strukturasida quyidagi rezonansli tuzilmalardan qaysi biri yoqmaydi? Sababini tushuntiring. Rasmiy to'lovlarni tayinlash.
  2. Uchun Lyuis nuqta infratuzilmasini Draw CH 3 COO-va barcha mumkin bo'lgan rezonans tuzilmalarni. Rasmiy to'lovlarni tayinlash. Lyuisning eng maqbul tuzilishini tanlang.
  3. Uchun Lyuis nuqta infratuzilmasini Draw Hpo3 2-va barcha mumkin bo'lgan rezonans tuzilmalar. Rasmiy to'lovlarni tayinlash.
  4. CHO 2 1uchun Lyuis nuqta tuzilishini va barcha mumkin bo'lgan rezonansli tuzilmalarni chizish . Rasmiy to'lovlarni tayinlash.
  5. PO43uchun rezonans gibrid tuzilishini chizish -.
  6. NO3uchun rezonansli gibrid tuzilmani chizish -.

Muammolar №2

Javoblar

1. Yolg'on, chunki elektronlar harakatlanmagan, faqat atomlar (bu rezonans tuzilish qoidalarini buzadi).

2. Quyida Sulfat uchun ( SO 4 2 -) rasmiy zaryadlangan (qizil rangda) barcha Lyuis nuqta tuzilishi keltirilgan . Sulfat ionining eng maqbul rezonansi yo'q, chunki ularning barchasi bir xil zaryadga ega va kislorod atomlari o'rtasida Elektronatiklikda hech qanday o'zgarish yo'q.

3. Quyida CH 3 COOuchun rezonans -, rasmiy to'lovlar qizil rangda ko'rsatilgan. Eng rasmiy ayblovlar bilan Lyuis tuzilmasi istalmagan, chunki biz Lyuis strukturasini eng kam rasmiy zaryad bilan olishni xohlaymiz.

4. HPO 3 2uchun rezonans -va rasmiy to'lovlar (qizil rangda).

5. CHO 2 1uchun rezonans , va rasmiy to'lovlar (qizil rangda).

6. PO43-, gibrid boglar uchun rezonans gibrid qizil rangda.

7. NO3-, gibrid boglar uchun rezonans gibrid qizil rangda.