Risonanza e strutture ibride

La maggior parte delle molecole e degli ioni è rappresentata da una singola struttura di Lewis. Tuttavia, in particolari composti, alcuni elettroni sono delocalizzati su più legami o atomi anziché essere localizzati in un legame o atomo specifico. Questi composti possono essere rappresentati accuratamente con più strutture di Lewis.

Si consideri la struttura di Lewis del triossido di zolfo. I legami singoli tra ciascun atomo di ossigeno e l'atomo centrale di zolfo soddisfano l'ottetto per gli atomi di ossigeno. Tuttavia, per completare l'ottetto dello zolfo, è necessario formare un legame aggiuntivo tra lo zolfo e uno degli atomi di ossigeno.

Queste multiple strutture di Lewis del triossido di zolfo sono chiamate strutture di risonanza o strutture contribuenti. Le posizioni spaziali di tutti gli atomi componenti rimangono le stesse; tuttavia, gli elettroni di valenza sono distribuiti in modo diverso.

Queste frecce a doppia punta possono essere considerate come virgole e non devono essere confuse con l'equilibrio tra strutture di risonanza. In queste molecole, la struttura reale è la media ponderata o un ibrido delle sue strutture di risonanza.

Le strutture di risonanza sono identificate mediante il "pushing elettronico", ovvero trasformando coppie solitarie in legami e viceversa, come indicato da frecce curve. Questo permette di mappare le aree delocalizzate.

Una tale delocalizzazione porta a una stabilizzazione per risonanza, ovvero una molecola con un'energia potenziale inferiore rispetto a quella di qualsiasi struttura teorica non delocalizzata.

Se una struttura contributiva ha un'energia inferiore rispetto a un'altra, essa assomiglia maggiormente alla struttura molecolare reale. Per stimare le energie relative di diverse strutture contributive si utilizzano determinate preferenze.

Innanzitutto, le strutture in cui tutti gli atomi hanno gusci di valenza completi sono più stabili. In secondo luogo, le strutture con un numero maggiore di legami covalenti sono più stabili. In terzo luogo, le strutture che minimizzano le cariche formali sono più stabili.

Infine, quando gli altri fattori sono uguali, le strutture con cariche negative su atomi più elettronegativi e cariche positive su atomi meno elettronegativi sono più stabili.