Резонанс

Структура Льюиса нитрит аниона (NО₂⁾ может быть начерчена двумя различными способами, отличаемыми расположением связей N-O и N=O.  

Если ионы нитритов действительно содержат одну и двойную связь, то ожидается, что две длины связи будут разными. Двойная связь между двумя атомами короче (и сильнее), чем одна связь между двумя атомами. Однако эксперименты показывают, что и связи N–O в ^{No2 имеют} одинаковую прочность и длину и идентичны по всем другим свойствам. Невозможно создать единую структуру Льюиса для NО₂^, в которой азот имеет октет, и обе связи эквивалентны.

Вместо этого используется понятие резонанса: Если для молекулы или иона могут быть записаны две или более структуры Льюиса с одинаковым расположением атомов, фактическое распределение электронов является средним значением, показанным различными структурами Льюиса. Фактическое распределение электронов в каждом из азотно-кислородных связей NО₂ ^– это среднее значение двойной связи и одной связи.  

Отдельные структуры Льюиса называются резонансными формами. Фактическую электронную структуру молекулы (среднее от резонансных форм) называют резонансным гибридным из отдельных резонансных форм. Двуглавая стрелка между структурами Льюиса указывает на то, что они являются резонансной формой.

Карбонат анион, CO3₂^–, является вторым примером резонанса.  

• Один атом кислорода должен иметь двойную связь с углеродом, чтобы завершить октет на центральном атоме.  
• Однако все атомы кислорода эквивалентны, и двойная связь может образоваться от любого из трех атомов. Это приводит к появлению трех резонансных форм карбонатного иона.  
• Поскольку можно записать три идентичные резонансные структуры, фактическое расположение электронов в карбонатномионе, как известно, является средним из трех структур.  
• Опять же, эксперименты показывают, что все три связи с-о абсолютно одинаковы.

Всегда помните, что молекула, описанная как резонансный гибрид, никогда не обладает электронной структурой, описанной ни по резонансной форме. Он не колеблется между резонансной формой; скорее, фактическая электронная структура всегда является средним значением, показанным всеми резонансными формами.  

Джордж Веланд, один из пионеров теории резонанса, использовал историческую аналогию для описания взаимосвязи между резонансными формами и резонансными гибридами. Средневековый путешественник, никогда ранее не видел носорога, описал его как гибрид дракона и единорога, потому что он имел много общих с ними свойств. Так же как носорог не является ни драконом, ни единорогом в другое время, резонансный гибрид не является ни его резонансной формой в данный момент времени.

Как и носорог, это реальный объект, существование которого показали экспериментальные данные. У него есть некоторые общие характеристики с его резонансными формами, но сами резонансные формы представляют собой удобные воображаемые изображения (например, единорог и дракон).

Этот текст адаптирован к Openstax, Химия 2е изд., раздел 7.4: Формальные сборы и резонанс.