Mésomérie

La structure de Lewis d’un anion nitrite (NO₂⁻) peut en fait être dessinée de deux façons différentes, qui se distinguent par les localisations des liaisons N-O et N=O.  

Si les ions nitrites contenaient effectivement une liaison simple et une liaison double, les deux longueurs de liaison devraient être différentes. Une liaison double entre deux atomes est plus courte (et plus forte) qu’une liaison simple entre les deux mêmes atomes. Cependant, les expériences montrent que les deux liaisons N–O de NO₂⁻ ont la même force et la même longueur, et elles sont identiques d’après toutes les autres propriétés. Il n’est pas possible d’écrire une seule structure de Lewis pour NO₂⁻ dans laquelle l’azote a un octet et les deux liaisons sont équivalentes.

Au lieu de cela, le concept de mésomérie est utilisé : si deux ou plusieurs structures de Lewis avec la même disposition d’atomes peuvent être écrites pour une molécule ou un ion, la distribution réelle des électrons est une moyenne de celle indiquée par les diverses structures de Lewis. La distribution réelle des électrons dans chacune des liaisons azote-oxygène de NO₂⁻ est la moyenne d’une liaison double et d’une liaison simple.  

Les structures de Lewis individuelles sont appelées des formes de résonance. La structure électronique réelle de la molécule (la moyenne des formes de résonance) est appelée un hybride de résonance des formes de résonance individuelles. Une flèche gauche droite entre les structures de Lewis indique qu’il s’agit de formes de résonance.

L’anion carbonate CO₃²⁻ fournit un second exemple de résonance.  

• Un atome d’oxygène doit avoir une double liaison avec un carbone pour compléter l’octet sur l’atome central.  
• Tous les atomes d’oxygène, cependant, sont équivalents et la liaison double pourrait se former à partir de n’importe lequel des trois atomes. Cela donne lieu à trois formes de résonance de l’ion carbonate.  
• Puisque trois structures de résonance identiques peuvent être écrites, on sait que la disposition réelle des électrons dans l’ion carbonate est la moyenne des trois structures.  
• Encore une fois, les expériences montrent que les trois liaisons C–O sont exactement les mêmes.

Il convient de toujours se rappeler qu’une molécule décrite comme un hybride de résonance ne possède jamais la structure électronique décrite par l’une ou l’autre forme de résonance. Il ne fluctue pas entre les formes de résonance ; la structure électronique réelle est toujours la moyenne de celle indiquée par toutes les formes de résonance.  

George Wheland, l’un des pionniers de la théorie sur la résonance, a utilisé une analogie historique pour décrire la relation entre les formes de résonance et les hybrides de résonance. Un voyageur médiéval, n’ayant jamais vu un rhinocéros auparavant, l’a décrit comme l’hybride d’un dragon et d’une licorne parce qu’il avait beaucoup de propriétés en commun avec les deux. Tout comme un rhinocéros n’est ni un dragon parfois ni une licorne à d’autres moments, un hybride de résonance n’est aucune de ses formes de résonance à un moment donné.

Comme un rhinocéros, c’est une véritable entité et les preuves expérimentales ont montré qu’elle existe. Elle a certaines caractéristiques en commun avec ses formes de résonance, mais les formes de résonance elles-mêmes sont des images pratiques et imaginaires (comme la licorne et le dragon).

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 7.4 : Charges formelles et résonance.