Резонансные и гибридные структуры

Большинство молекул и ионов представляются одной структурой Льюиса. Однако в некоторых соединениях некоторые электроны делокализованы по нескольким связям или атомам, а не локализованы на определенной связи или атоме. Такие соединения могут быть точно представлены с помощью нескольких структур Льюиса.

Рассмотрим структуру Льюиса для триоксида серы. Одинарные связи между каждым атомом кислорода и центральным атомом серы обеспечивают октет для атомов кислорода. Однако для достижения полного октета серы должна быть образована дополнительная связь между серой и одним из атомов кислорода.

Эти множественные структуры Льюиса для триоксида серы называются резонансными структурами или сопутствующими структурами. Пространственное положение всех входящих в состав атомов остается неизменным, однако валентные электроны распределены по-разному.

Эти двунаправленные стрелки можно рассматривать как запятые; их не следует путать с равновесием между резонансными структурами. В таких молекулах реальная структура представляет собой средневзвешенное значение или гибрид ее резонансных структур.

Резонансные структуры определяют с помощью «перемещения электронов», то есть преобразования неподеленных пар в связи и наоборот, что обозначается изогнутыми стрелками. Это позволяет картировать области делокализации.

Такая делокализация приводит к резонансной стабилизации — то есть молекула обладает более низкой потенциальной энергией, чем любая теоретическая неделокализованная структура.

Если одна из сопряженных структур обладает более низкой энергией, чем другая, она в большей степени соответствует реальной структуре молекулы. Для оценки относительной энергии различных сопряженных структур используются определенные критерии предпочтительности.

Во-первых, более стабильными являются структуры, в которых все атомы имеют заполненные валентные оболочки. Во-вторых, более стабильны структуры с большим количеством ковалентных связей. В-третьих, более стабильными являются структуры, в которых формальные заряды минимизированы.

Наконец, при прочих равных условиях более стабильными являются структуры, в которых отрицательные заряды сосредоточены на более электроотрицательных атомах, а положительные — на менее электроотрицательных.