共振論

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英文名:resonance theory

美國化學家鮑林(Linus Pauling)所提出的一種分子結構理論,適用於討論一些不能以價鍵(見化學鍵)結構式進行描述的分子,如苯一類的芳香烴。對於有些不能用經典價鍵結構表示的分子結構,如苯等,在應用量子力學變分法近似地計算分子的能量時,它假定了一些經典價鍵結構式進行組合計算,從而認為:有些分子的真正結構是兩個或兩個以上的經典價鍵結構式共振的結果。

化學界中很多人認為,這一理論主觀任意性太大,是唯心主義和形上學的。

1931年鮑林(L. C. Pauling)創立的一種分子結構理論。當一個分子、離子或自由基的結構不能用路易斯結構式正確地描述時,可以用多個路易斯式表示,這些路易斯式稱為共振結構(resonance structure,又稱極限式或正則結構)。在共振結構之間用雙箭頭「←→」聯繫,以表示它們的共振關係。例如苯分子是由下述共振結構參與共振的,但任何一個共振結構都不足以反映分子的真實結構,分子的真實結構是這些共振結構共振得到的共振雜化體(resonance hybrid)。每個共振結構對共振雜化體的貢獻不同,即它們對共振雜化體的參與程度有差別。共振結構越穩定,對共振雜化體的貢獻越大。共振雜化體的能量較任何一個共振結構為低。共振結構的書寫除符合價鍵規則外,還必須遵守各共振結構的原子核位置不變,各共振結構的配對電子數或未共享電子數不變的原則。  

目錄

共振論的意義

共振論是美國化學家L.PauLing在二十世紀三十年代初提出來的,一種分子結構理論,他認為分子的真實結構是由兩種或兩種以上的經典價鍵結構式共振而成的,共振論包括離域鍵、鍵長、鍵能等概念,表示電子離域化的電子式方法一共振。

共振式的優點是可以利用電子式對電子離域化系統中的電荷的分配位置等進行定性的,描述應用起來很方便實用性強。  

共振論的基本內容

①當一個分子或離子,按價鍵規則可以寫出二個以上的Lewis結構式時(它們的差別只是鍵或電子的分布不同,而原子核的位置不變),則真實的分子結構就是這些結構的共振雜化體,即分子的真實結是共振雜化體,共振雜化體具有上述結構總合的特徵,但沒有任何一個共振結構可以單獨地表示該分子;各個共振結構也都不能單獨存在。

②凡分子或離子有共振者,較之沒有共振的來得穩定,參加共振的結構數日越多,則雜化體就越穩定;尤其是結構相同的式子參加共振,則其雜化體最穩定。

③在各個共振式中,能量最低而結構相近的式,所佔的幾率最多,以烯丙基正離子為例: CH2=CH-CH2+←→+CH2-CH=CH2

④共振能的概念,標誌共振雜化體比任何單獨一個共振結構式都來得穩定的程序。  

共振結構式

要正確寫出共振結構式,應符合下列幾條規則:

① 共振結構式之間史允許鍵和電子的移動,而不允許原子核位置的改變。

② 所有的共振結構式必須符合Lewis結構式。

③ 所有的共振結構式必須具有相同數目的未成對電子。以烯丙游離基為例:CH2=CH+CH2←→CH2+CH=CH2。

④ 電子離域化往往能夠使分子更為穩定,具有較低的內能,為了衡量這種穩定性,可以使用共振能所謂共振能就是實際分子的能量和可能量最穩定的共振結構的能量之差,以苯分子為例。共振結構工中,共價鍵數目越多的能量越低越穩定,它在雜化體中所佔幾率較大。苯的真實結構是由八種結構式共振西成的共振雜化體,應的真實結構是由八種結構式共振西成的共振雜化體,應該指出,在上例中各式都應是在一個面上的方正邊形碳環,不可以有任何變化,這些共振結構式實際上都是假設的結構,它們之間的不同,僅在於電子分布情況不假設的結構,它們之間的不同,僅在於電子分布情況不同,因此,各共振式的能量不全相同。I和II式結構相似,能量最低,其餘共振式的能量都比較高,能量最低而結構又相似的共振式在真實結構中參與最多,或稱貢獻最大,因此可以說苯的真實結構主要是I式和II式的共振雜化體。

⑤ 結構式中所有的原子都具有完整的價電子層都是較為穩定的。

⑥ 有電荷分離的穩定性較低。

⑦ 負責電荷在電負性較大的原子上的較穩定。  

共振效應

共振效應是共軛效應的繼續和發展,共振效應也包括共軛效應和超共軛效應。它們都是一個取代基通過π電子系統的報化效應,在很多情況下,誘導效應和共振效應往往同時者在起作用,所以也常合併稱為電子效應,但是它們不是一個東西。  

共振論的應用

共振論的應用主要包括說明有機化合物的物理性質和化學性質兩個方面,在物理性質方面可以用來說明分子的極性(偶極矩)鍵長,離域鍵、鍵能等,在化學性質方面可以用來預測反應的產物比較化合物酸鹼性的強弱;判斷反應條件穩定,電荷的分布位置和解釋多重反應性能等,但只應當適當選用而不能過分強調它的應用。總之,任何一個化學反應是電子云的分布價鍵的變化和共振的結果所以解釋絕大多數化學或立體化學問題時共振論,共價鍵論(價鍵和分子軌道理論)量子力學等理論要結合起來,要確實掌握共振的定量概念,因為,它們相互補充也有它們的缺點,屬於共扼效應有一些問題,也是要運用分子軌道理論方法來解決。用共振式來形式化地(定性地)描述電子離域化系統很方便,在實際用上很有價值,因此用仍很廣泛。

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