Хімія експеримент підтверджує існування резонансних структур. Резонансні структури у мозку. Дивитись що таке "Теорія резонансу" в інших словниках

У сорокові роки намітився науковий прорив у галузі органічної хімії та хімії високомолекулярних сполук. Створюються якісно нові матеріали. Йде процес становлення фізики та хімії полімерів, створюється теорія макромолекул. Наукові досягнення у цій галузі стають однією з основ якісних перетворень у народному господарстві. І не випадково саме тут ідеологи завдають потужного випереджального удару.

Приводом стала теорія резонансу, висунута в 1928 р. великим ученим-хіміком, лауреатом нобелівської преміїЛайнус Полінг. Відповідно до цієї теорії для молекул, будова яких може бути представлена ​​у вигляді декількох структурних формул, що відрізняються способом розподілу електронних пар між ядрами, реальна будова не відповідає жодній структурі, а є проміжною між ними. Вклад кожної структури визначається її природою та відносною стійкістю. Теорія резонансу (і близька до неї теорія мезомерії Інгольда) мала важливе значення як зручна систематизація структурних уявлень. Ця теорія зіграла значної ролі у розвитку хімії, особливо органічної. Фактично вона виробила мову, якою хіміки говорили кілька десятків років.

Уявлення про ступінь накату та аргументацію ідеологів дають уривки зі статті "Теорія резонансу" в /35/:

"Виходячи з суб'єктивно-ідеалістичних міркувань, прихильники теорії резонансу придумали для молекул багатьох хімічних сполук набори формул-"станів" або "структур", що не відображають об'єктивної реальності. Відповідно до теорії резонансу справжній стан молекули є нібито результатом квантово-механічної взаємодії, "резонансу", "суперпозиції" або "накладення" цих фіктивних "станів" або "структур".

Теорія резонансу, що найтісніше пов'язана з ідеалістичними принципами "додатковості" Н. Бора та "суперпозиції" П. Дірака, є поширенням "фізичного" ідеалізму на органічну хімію і має одну і ту ж з ним методологічну махістську основу.

Іншим методологічним пороком теорії резонансу є її механіцизм. Відповідно до цієї теорії у органічної молекули заперечується наявність специфічних якісних особливостей. Її характеристики зводяться до простий сумі якостей складових її елементів; якісні відмінності зводяться до суто кількісних відмінностей. Точніше, складні хімічні процесиі взаємодії, що відбуваються в органічній речовині, тут зводяться до простих, ніж хімічних форм, фізичних форм руху матерії - до електродинамічних і квантово-механічних явищ. Розвиваючи думку про зведення хімії до фізики, відомий фізик-квантовик та "фізичний" ідеаліст Е. Шредінгер у своїй книзі "Що таке життя з погляду фізики?" дає широку систему такого механістичного зведення вищих форм руху материн до нижчих. Біологічні процеси, що є основою життя, він відповідно до вейсманізм-морганізм зводить до генів, гени - до органічних молекул, з яких вони утворені, а органічні молекули - до квантово-механічних явищ ".

Цікаві два моменти. По-перше, крім стандартних звинувачень в ідеалізмі тут найважливішу роль відіграє теза про специфічність та якісні особливості форм руху, що фактично накладають заборону на використання фізичних методіву хімії, фізичних і хімічних у біології тощо. п. По-друге, зроблено спробу пов'язати теорію резонансу з вейсманізмом-морганізмом, т. е. хіба що закласти основу об'єднаного фронту боротьби з передовими науковими напрямами.

У сумнозвісному "зеленому томі" є стаття Б. М. Кедрова /37/, присвячена "теорії резонансу". У ній живописуються ті наслідки, які несе із собою ця "жахлива" теорія. Наведемо дуже показові висновки цієї статті.

1. "Теорія резонансу" є суб'єктивно-ідеалістичною, бо вона перетворює фіктивний образ на об'єкт; підміняє об'єкт математичним уявленням, що існує лише в голові її прихильників; ставить об'єкт - органічну молекулу - залежно від цього уявлення; приписує цьому уявленню самостійне існування поза нашою головою; наділяє його здатність рухатися, взаємодіяти, накладатися (суперпозувати) і резонувати.

2. "Теорія резонансу" є агностичною, бо вона в принципі заперечує можливість відображення єдиного об'єкта (органічної молекули) та його будови у вигляді єдиного структурного образу, єдиної структурної формули; вона відкидає такий єдиний образ єдиного об'єкта та замінює його набором фіктивних "резонансних структур".

3. "Теорія резонансу", будучи ідеалістичною та агностичною, протистоїть матеріалістичній теорії Бутлерова, як несумісна та непримиренна з нею; оскільки теорія Бутлерова докорінно суперечить всякому ідеалізму та агностицизму в хімії, прихильники "теорії резонансу" ігнорували її та перекручували її істоту.

4. "Теорія резонансу", будучи наскрізь механістичною. заперечує якісні, специфічні особливості органічної речовиниі хибно намагається зводити закономірності органічної хімії до закономірностей квантової механіки; із цим також пов'язане заперечення теорії Бутлерова прихильниками "теорії резонансу". оскільки теорія Бутлерова, будучи своєю суттю діалектичною, глибоко розкриває специфічні закономірності органічної хімії, заперечені сучасними механістами.

5. За своєю сутністю з "теорією резонансу" Паулінга збігається теорія мезомерії Інгольда, яка злилася з першою в єдину мезомерійно-резонансну теорію. Подібно до того, як буржуазні ідеологи зібрали воєдино всі реакційні течії в біології, щоб вони не виступали порізно, і злили їх в єдиний фронт вейсманізму-морганізму, так вони зібрали воєдино реакційні течії і в органічній хімії, утворивши єдиний фронт прихильників Паулінг-Інго. Будь-яка спроба відокремити теорію мезомерії від "теорії резонансу" на тій підставі, що ніби теорія мезомерії може бути витлумачена матеріалістично, є грубою помилкою, яка допомагає насправді нашим ідейним супротивникам.

6. Мезомерійно-резонансна теорія в органічній хімії є таким самим проявом загальної реакційної ідеології, як і вейсманізм-морганізм у біології, як і сучасний "фізичний" ідеалізм, з якими вона тісно пов'язана.

7. Завдання радянських учених полягає в тому, щоб рішуче боротися проти ідеалізму та механіцизму в органічній хімії, проти низькопоклонства перед модними буржуазними, реакційними течіями, проти ворожих радянській науці та нашому світогляду теорій, таких, як мезомерійно-резонансна теорія

Певну пікантність ситуації навколо "теорії резонансу" створювала явна надуманість звинувачень з наукового погляду. Це був просто наближений модельний підхід, який не мав жодного відношення до філософії. Але була розв'язана гучна дискусія. Ось що пише про неї Л. А. Блюменфельд /38/:

"У ході цієї дискусії виступили деякі фізики, які стверджували, що теорія резонансу не тільки ідеалістична (це був основний мотив дискусії), а й безграмотна, оскільки суперечить основам квантової механіки. У зв'язку з цим мої вчителі, Я. К. Сиркін та М .Є. Дяткіна, проти яких була головним чином спрямована ця дискусія, захопивши мене з собою, прийшли до Ігоря Євгеновича Тамму, щоб дізнатися його думку з цього приводу. фізиків звернутися-у нас не було. Абсолютна наукова сумлінність, повна відсутність "фізичного снобізму", несхильність до впливу будь-яких кон'юнктурних міркувань і природна доброзичливість-все це автоматично робило Тамма навряд чи "не єдиним можливим арбітром". Він сказав, що пропонований теоретично резонансу спосіб опису нічому в квантової механіки не суперечить, ніякого ідеалізму тут немає і, на його думку, взагалі немає предмета для дискусії. Згодом усім зрозуміла його правота. Проте дискусія, як відомо, тривала. Знайшлися люди, які стверджували, що теорія резонансу - лженаука. Це негативно позначилося розвитку структурної хімії..."

Справді, жодного предмета для дискусії немає, але є завдання завдати удару фахівцям високомолекулярної хімії. І задля цього Б. М. Кедров під час розгляду теорії резонансу зробив великий крок у тлумаченні В. І. Леніна /37/:

"Товариші, що вчепилися за слово "абстракція", надійшли як догматики. Вони зіставили той факт, що уявні "структури" теорії мезомерії суть абстракції і навіть плід абстракції, з тим, що сказано у Леніна про наукову абстракцію, і зробили висновок, що раз абстракції в науці необхідні, тобто припустимі всякі абстракції, у тому числі і абстрактні поняття про фіктивні структури теорії мезомерії. Поняття в ідеалізм. Саме тому, що тенденції перетворення абстрактних понять на ідеалізм від самого початку були і в теорії мезомерії і в теорії резонансу, обидві ці теорії злилися врешті-решт разом.

Цікаво, що й ідеалізм буває різним. Так у статті "Бутлерів" /32/ говориться; що радянські хіміки спираються на теорію Бутлерова у своїй боротьбі проти ідеалістичної теорії резонансу. Але з іншого боку виявляється, що "у загальних філософських питаннях, не пов'язаних із хімією, Бутлеров був ідеалістом, пропагандистом спіритизму". Втім, ніякі протиріччя для ідеологів ролі не відіграють. У боротьбі з передовою наукою всі кошти були добрими.

Теорія резонансу- теорія електронної будови хімічних сполук, відповідно до якої розподіл електронів у молекулах (у тому числі складних іонах або радикалах), є комбінацією (резонансом) канонічних структур з різною конфігурацією двоелектронних, ковалентних зв'язків. Резонансна хвильова функція, що описує електронну структуру молекули, є лінійною комбінацією хвильових функцій канонічних структур.

Іншими словами, молекулярна структура описується не однією можливою структурною формулою, а поєднанням (резонансом) усіх альтернативних структур. Теорія резонансу - це спосіб за допомогою хімічної термінології та класичних структурних формул візуалізувати чисто математичну процедурупобудови наближеної хвильової функції складної молекули

Наслідком резонансу канонічних структур є стабілізація основного стану молекули; мірою такої резонансної стабілізації є енергія резонансу- Різниця між спостережуваною енергією основного стану молекули і розрахунковою енергією основного стану канонічної структури з мінімальною енергією. З позицій квантової механіки це означає, що складніша хвильова функція, що являє собою лінійну комбінацію хвильових функцій, кожна з яких відповідає одній з канонічних структур, точніше описує молекулу, ніж хвильова функція структури з мінімальною енергією.

Енциклопедичний YouTube

1 / 3

Теорія Резонансу

Резонансні структури, частина I

Мезомірний ефект (ефект сполучення). Частина 1

Субтитри

Намалюємо молекулу бензолу. І подумаємо, які цікаві для нас процеси відбуваються у цій молекулі. Отже, бензол. У циклі шість атомів вуглецю. Перший, другий, третій, четвертий, п'ятий та шостий вуглеці у циклі. Що робить бензол таким особливим? Що відрізняє його від циклогексану? Звичайно ж, йдеться про три подвійні зв'язки в циклі. Вважатимемо, що подвійним зв'язком з'єднані ці два вуглецю, між цими атомами також подвійний зв'язок, як і між цими вуглецями. Водень намалюємо лише для того, щоб пам'ятати, що вони взагалі тут є. Намалюємо їх ледь помітними. Отже, скільки водню буде приєднано до цього вуглецю? Один, два, три валентні електрони вже задіяні. А тому вуглець пов'язаний лише з одним воднем. Тут все те саме. Лише один водень. Усього чотири валентні електрони. Тут аналогічно. Думаю, ви зрозуміли вже систему. Всього у кожного вуглецю три зв'язки з атомами вуглецю: два одинарні зв'язки з двома атомами вуглецю та ще один подвійний зв'язок. Відповідно, четвертий зв'язок утворюється з воднем. Давайте я намалюю тут усі атоми водню. Зобразимо їх темним кольором, щоб вони нас не відволікали. Ось тепер ми намалювали бензол. У майбутньому ми ще неодноразово з ним зіткнемося. Але в цьому відео ми розглянемо або принаймні спробуємо розглянути цікаву властивість бензолу, і це, звичайно ж, резонанс. Це властивість конкретно бензолу, це властивість багатьох органічних молекул. Просто бензол із них, мабуть, найцікавіший. Отже, подумаємо, що такого може відбуватися з цією молекулою. Почнемо із цього електрона. Виділимо його іншим кольором. Виберемо при цьому електрона синій. Отже, цей електрон. Що, якщо цей електрон зміститься до цього вуглецю? У цього вуглецю зв'язок не розривається, він зберігає електрон, який переміститься сюди. Отже, цей електрон змістився сюди. Тепер у цього вуглецю з'явився непотрібний п'ятий електрон. Отже, один електрон змістився сюди. Тепер у цього вуглецю п'ять електронів. А тому цей електрон повернеться до початкового атома вуглецю, який втратив перший електрон. У результаті всі атоми вуглецю залишилися у своїй. Якщо це станеться, то ми отримаємо структуру, яка виглядає так. Намалюю подвійну стрілку, оскільки процес може протікати в обох напрямках. Почнемо з вуглецевого ланцюжка. Отже, перший вуглець, другий, третій, четвертий, п'ятий і, нарешті, шостий вуглець. На малюнку ліворуч подвійний зв'язок був тут, отже тепер він зрушив сюди. Давайте намалюємо цей подвійний зв'язок синім кольором, щоб підкреслити різницю. Тепер подвійний зв'язок тут. Цей синій електрон змістився сюди. Цей синій електрон змістився нагору. Давайте зобразимо їх різними кольорами для більшої наочності. Скажімо, цей електрон буде зеленим. Зелений електрон мігрував з цього атома вуглецю цей атом вуглецю. Ми можемо уявити, як це сталося. Тепер розглянемо цей пурпуровий електрон, який був у атома вуглецю, але тепер змістився і перейшов до іншого вуглецю сюди. Відповідно, подвійний зв'язок також змістився, на що нам вказує ця стрілка. Залишилось розглянути синій електрон. Цей синій електрон зміщується до першого вуглецю. А подвійний зв'язок у свою чергу зміщується сюди. Звичайно, ми отримали дві дуже схожих молекули. Насправді це та сама молекула, тільки перевернута. Нас більше має цікавити те, що ці подвійні зв'язки поступово переміщуються туди, то назад, утворюючи то цю структуру, то цю. І вони роблять це весь час. Подвійні зв'язки постійно рухаються. І реальність бензолу така, що жодна з цих структур не відображає те, що відбувається насправді. Бензол знаходиться в певному перехідному стані. Реальна структура бензолу виглядає скоріше ось так. Я зараз не малюватиму вуглецю і водні. Давайте, хіба що, намалюємо водні ось тут, коли вже я почав їх зображати на першому малюнку. Отже водні малюємо тут. Не забуваймо про них. Хоча наявність цих водень завжди мається на увазі. Закінчили із воднями. Повторюся, на прикладі цього кільця ми можемо не малювати вуглецю та водні, оскільки вони маються на увазі. Отже, реальна структура бензолу знаходиться між цією і цією. І насправді між кожним вуглецем буде по половині подвійного зв'язку. Тобто насправді структура виглядає якось так. Тут буде половина подвійного зв'язку, тут половина подвійного зв'язку, тут половина подвійного зв'язку, тут також саме і тут половина подвійного зв'язку. Майже скінчили. І ось тут половина подвійного зв'язку. Насправді, у молекулі бензолу електрони постійно переміщаються по всьому кільцю. І я не маю на увазі перехід від однієї структури до іншої. Справжня структура, енергія якої мінімальна, представлена ​​тут. Отже, ці структури Льюїса, хоч, правильніше було б назвати їх канонічними структурами, тому що я намалював не всі електрони. Ми часто малюємо бензол у такий спосіб, коли, наприклад, розглядаємо механізм. Але важливо розуміти, що в результаті резонансу цих двох структур ми отримуємо перехідну структуру, яка і відповідає дійсності. Подібне відбувається не лише з бензолом. Можна навести велику кількість прикладів. Але ми розберемо ще один, щоб набити руку. Візьмемо карбонат-іон. Досить яскравий приклад демонстрації резонансних структур. Отже, карбонат-іон. Вуглець з'єднаний подвійним зв'язком з одним з атомів кисню та двома одинарними зв'язками з іншими атомами кисню. І ці два кисні мають додаткові електрони. Цей атом кисню матиме один, два, три, чотири п'ять, шість валентних... Насправді, звичайно ж, сім валентних електронів. Давайте ще раз. Один, два, три, чотири, п'ять, шість, сім валентних електронів. І додатковий електрон призводить до виникнення негативного заряду. Те саме справедливо для цього атома. Він має один, два, три, чотири, п'ять, шість, сім валентних електронів. Один зайвий. Отже, буде негативний заряд. Давайте придивимося уважніше до цієї резонансної структури або канонічної структури. Як ми вже помітили, цей кисень є нейтральним. І має шість валентних електронів. Один, два, три, чотири, п'ять, шість. Уявімо, що один із цих електронів перейде до вуглецю, внаслідок чого вуглець передасть свій електрон верхньому кисню. Отже, ми можемо уявити ситуацію, в якій цей електрон зміститься сюди до вуглецю. І коли вуглець отримає ще один електрон, то одночасно з цим атом вуглецю передасть свій електрон верхньому кисню, ось сюди. Як зміниться структура, якщо відбудеться такий процес? Отже, якщо електрони перемістяться так, то ось, що ми побачимо. Почнемо із вуглецю. Тепер у вуглецю тут лише одинарний зв'язок. Тут малюємо кисень. У кисню шість валентних електронів. Один, два, три, чотири, п'ять, шість електронів. Але тепер у нього з'явився ще один синій. Отже, оскільки у кисню тепер з'явився додатковий сьомий електрон, ми малюємо кисню негативний заряд. Ось цей кисень, який віддав свій електрон вуглецю, утворює з атомом вуглецю подвійний зв'язок. Намалюємо новий зв'язок таким кольором. Отже, подвійний зв'язок вуглецю з цим киснем унизу. Один електрон кисень віддав, тож у нього тепер шість валентних електронів. Один, два, три, чотири, п'ять, шість. І тепер заряд у кисню є нейтральним. З цим киснем зліва нічого не сталося. Тому просто скопіюємо та вставимо його. Спочатку копіюємо, а тепер вставляємо. Цей кисень залишається тут. Уявимо ситуацію, коли ось цей кисень з додатковим електроном, який, своєю чергою, міг прийти від іншого кисню зверху, віддаватиме свій додатковий електрон атому вуглецю. І тоді вуглець розірве подвійний зв'язок з іншим киснем. У цьому випадку ось із цим. Давайте я намалюю це. Можливо ситуація, в якій цей електрон перейде до вуглецю. Сформується подвійний зв'язок. І потім вуглець віддасть один із своїх електронів. Ось цей електрон повернеться назад до кисню. Що ж вийде? Якщо це станеться, кінцева структура виглядатиме ось так. Почнемо з вуглецю, пов'язаного одинарним зв'язком з киснем, який має один, два, три, чотири, п'ять, шість, сім валентних електронів. Тут все як і раніше. Ви можете назвати це резонансною реакцією, а можете назвати інакше. Тут, як і раніше, негативний заряд. Перейдемо до цього кисню. Він повернув собі електрон. І тепер у нього знову сім валентних електронів. Один, два, три, чотири, п'ять, шість, сім валентних електронів знову. Позначимо той електрон, який повернувся до кисню. Зробимо його фіолетовим. І тепер кисень негативний заряд. Цей кисень, своєю чергою, віддав електрон вуглецю. І він сформував новий подвійний зв'язок. Ось подвійний зв'язок цього кисню із вуглецем. Один електрон кисень віддав, тому в нього тепер один, два, три, чотири, п'ять, шість валентних електронів та нейтральний заряд. Всі ці структури переходять одна в одну. Ми навіть можемо отримати з цієї структури. Почавши з однієї з цих структур, ми можемо отримати будь-яку іншу. Саме це у карбонат-іоні і відбувається. Давайте запишу, що це карбонат-іон. Отже, реальна його структура є чимось середнім між цими трьома. Структура карбонат-іон насправді виглядає так. Тут вуглець, пов'язаний із трьома киснями. Між кожним із трьох киснів та вуглецем малюємо зв'язок. І потім ще кожна зв'язок C-Oматиме одну третину характер подвійного зв'язку. Одна третина зв'язку. Не зовсім звичний запис, але максимально наближений до реальності. Третина всього часу електрон буде тут. Дві третини часу, що залишилися, атоми кисню порівну володітимуть цим електроном. Вважається, що з кожного кисню заряд −2/3. Зазвичай, звичайно, малюють одну з цих структур, тому що цілими числами оперувати зручно. Але насправді карбонат-іони схильні до резонансу. Електрони насправді постійно переміщаються від однієї С-Про зв'язокдо іншого. Це робить молекулу більш стабільною. Енергія цієї структури менша за енергію будь-якої з тих, що наведені вище. Теж справедливо і для бензолу. Енергія ось цієї перехідної структури нижче енергії будь-якої з цих, і тому така форма бензолу стабільніша за ті, що намальовані вище. Subtitles by the Amara.org community

Історія

Ідея резонансу була введена в квантову механіку Вернером Гейзенбергом в 1926 році при обговоренні квантових станів атома гелію. Він порівняв структуру атома гелію з класичною системою резонуючого гармонійного осцилятора.

Модель Гейзенберга була застосована Лайнусом-Полінгом (1928-год) до опису електронної структури молекулярних структур. У рамках методу Валентних схем Полінг успішно пояснив геометрію і фізико-хімічні властивостіцілого ряду молекул через механізм ділалізації електронної щільності π-зв'язків.

Подібні ідеї для опису електронної структури ароматичних сполук були запропоновані Крістофером Інгольдом. У 1926-1934 роках Інгольд заклав основи фізичної органічної хімії, розвинувши альтернативну теоріюелектронних зсувів (теорію мезомерії), покликану пояснити структуру складних молекул органічних сполук, що не вкладається у звичайні валентні уявлення. Запропонований Інгольдом для позначення явища ділової електронної щільності термін « мезомеризм» (1938), використовується переважно в німецькій та французькій літературі, а англійської та російської переважає « резонанс». Уявлення Інгольда про мезомірний ефект стали важливою складовоютеорії резонансу Завдяки німецькому хіміку Фріцу Арндту були введені позначення мезомірних структур, що стали загальноприйнятими, за допомогою двонаправлених стрілок.

СРСР 40-50 рр.

У повоєнному СРСР теорія резонансу стала об'єктом гоніння в рамках ідеологічних кампаній і була оголошена «ідеалістичною», чужою діалектичному матеріалізму - і тому неприйнятною для використання в науці та освіті:

«Теорія резонансу», будучи ідеалістичною та агностичною, протистоїть матеріалістичній теорії Бутлерова, як несумісна і непримиренна з нею; прихильники «теорії резонансу» ігнорували її і перекручували її істоту. «Теорія резонансу», будучи наскрізь механістичною. заперечує якісні, специфічні особливості органічної речовини і абсолютно хибно намагається зводити закономірності органічної хімії до закономірностей квантової механіки.

…Мезомерійно-резонансна теорія в органічній хімії є таким самим проявом загальної реакційної ідеології, як і вейсманізм-морганізм у біології, як і сучасний «фізичний» ідеалізм, з якими вона тісно пов'язана.

Хоча гоніння на теорію резонансу іноді називають «лисенківщиною у хімії», історія цих гонінь має низку відмінностей від гонінь на генетику в біології. Як зазначає Лорен Грехем: «Хімікі зуміли відбити цю серйозну атаку. Модифікації теорії мали швидше термінологічний характер». У 50-х роках. хіміки, не спростовуючи критики теорії резонансу, розвивали аналогічні теоретичні (у тому числі квантовохімічні) побудови, використовуючи термін «

Іноді можна записати кілька правильних формулЛьюїса, які відрізняються характером зв'язків між одними й тими самими атомами. Наприклад:

У кожному випадку існує два шляхи виконання правила октету всім атомів. Якщо молекулу можна представити двома або більше формулами, в яких атоми з'єднані в одній і тій же послідовності, ці формули називаються резонансними формами або класичними резонансними структурами.

Резонансні структури прийнято з'єднувати двогострими стрілками, як це зроблено вище.

Реальна структура частки не збігається з жодною з резонансних структур. Не відбувається і безперервного перетворення однієї структури на іншу і назад. Насправді справжня структура є чимось середнім між двома граничними формами. Ця реальна структура зветься резонансного гібрида.

У першому випадку резонансний гібрид до першої структури значно ближчий, ніж до другої. Однак реальна молекула має і деякі риси другої структури із зарядами на атомах азоту та кисню. У двох інших випадках обидві граничні структури роблять однаковий внесок у резонансний гібрид. Кратність зв'язків в обох випадках дорівнює Всі три резонансні гібриди зображені нижче (пунктирними лініями показані частково подвійні зв'язки):

З'єднання, котрим можливі резонансні структури, зазвичай стабільніші. Скажімо, у другому прикладі негативний заряд розподілено за двома атомами кисню, а чи не сконцентрований лише одному з них. Така справакалізація заряду є фактором, що стабілізує. У першому прикладі зв'язок веде себе не як звичайний простий зв'язок, а електронна пара атома азоту не схильна брати участь в утворенні нових зв'язків. Наявність другої (правої) резонансної структури пояснює ці факти.

Загалом треба пам'ятати, що користь будь-якої теорії визначається здатністю цієї теорії пояснювати вже відомі факти та передбачати нові.

Резонанс - це справакалізація електронів усередині ковалентно пов'язаної частки, що веде до додаткової стабілізації цієї частки. Резонанс зображується за допомогою резонансних структур, що з'єднуються двогострими стрілками або за допомогою резонансних гібридів.

У наступному розділі розглядатимуться сучасні уявленняпро реакції електрофільного заміщення в ароматичному ряду. При цьому не обійтися без теорії резонансу, що стала частиною структурної теоріїі що дозволяє в наочній формі уявити розподіл електронної щільності в нереагує молекулі або в проміжних частинках органічних реакцій- Іонах і радикалах. Основи теорії резонансу були розвинені Полінгому 40-ті роки минулого століття.

Оперуючи лише обмеженим набором графічних засобів, хіміки творять дива – передають папері з допомогою структурних формул будову мільйонів органічних сполук. Однак іноді це не вдається. Можливо, одним із перших прикладів такого роду був бензол, властивості якого не вдалося передати однією формулою. Тому Кекуле змушений був йому запропонувати дві формули з нелокалізованими подвійними зв'язками. Щоб ясно уявити витоки теорії резонансу, розглянемо ще кілька прикладів.

Для нітрит-іону NO 2- може бути запропонована така структурна формула

З цієї формули випливає, що в нітрит-іоні є два різні кисні, один з яких несе негативний заряд, а інший – не заряджений. Проте відомо, що у нітрит-іоні немає двох різних киснів. Щоб подолати цю скруту будову іона довелося зобразити двома формулами

Аналогічна ситуація складається у разі алільного катіону, з яким ми вже зустрічалися раніше. Для цієї частки теж доводиться використовувати дві формули, які лише разом передають усі особливості будови катіону

Погодившись із необхідністю передачі будови деяких молекул або частинок декількома формулами, ми ставимо себе перед пошуком відповідей на безліч питань, що виникають. Наприклад, скільки формул передають усі особливості будови частки? Чи відповідають підібраним формулам реальні частки? Яким є реальний розподіл електронів у частинці?

На ці та інші питання відповідає теорія резонансу на якісному рівні. Основні положення цієї теорії зводяться до наступного.

1. Якщо всі тонкощі будови частки неможливо відобразити однією формулою, то це треба робити, вдавшись до кількох структур. Ці структури називаються резонансними, граничними, граничними, канонічними.

2. Якщо для частки можна намалювати дві або більше прийнятних структур, то дійсне розподілення електронів не відповідає жодній з них, а є проміжним між ними. Реально існуюча частка вважається гібридом насправді не існуючих резонансних структур. Кожен із граничних структур робить свій внесок у реальний розподіл електронної щільності в частинці. Цей внесок тим більше, чим ближче канонічні структури енергії.

3. Резонансні формули записуються з дотриманням певних правил:

У різних резонансних структурах положення всіх атомів повинні бути однаковими, їхня відмінність полягає тільки в розташуванні електронів;

Граничні формули не повинні сильно відрізнятися за положенням електронів, інакше внесок таких структур у резонансний гібрид буде мінімальним;

Граничні структури з суттєвими вкладамив резонансний гібрид повинні мати однаковий і найменшим числомнеспарених електронів.

4. Енергія реальної частки менша, ніж енергія будь-якої з граничних структур. Іншими словами – резонансний гібрид стабільніший, ніж будь-який із структур, що беруть участь у резонансі. Таке підвищення стабільності називають енергією резонансу.

Плодами якісної та наочної теорії резонансу ми скористаємося дуже скоро - при поясненні орієнтації в реакціях заміщення в ароматичному ряду. Поки ж зазначимо, що ця теорія вірою і правдою служить хімії понад 70 років, хоча з моменту публікації критикується. Часто критика пов'язана з плутаними взаєминами між реальною часткою та канонічними структурами. Сама теорія резонансу постулює, що канонічні структури вигадані. Проте досить часто їм надають реального сенсу, що, звичайно, не відповідає дійсності. Однак при цьому з'являється можливість дотепно обговорити ситуацію. Так, для пояснення взаємовідносин між граничними структурами та їх резонансним гібридом Т. Уеландзапропонував скористатися біологічною аналогією, яка зводиться до наступного. «Коли ми говоримо, що мул є гібридом осла і коня, то при цьому зовсім немає на увазі, що деякі мули є ослами, а інші – кіньми, або що кожен мул частина часу є конем, а іншу – ослом. Ми просто маємо на увазі той факт, що мул - тварина, споріднена як коні, так і ослу, і при описі його зручно зіставити з цими знайомими нам тваринами». Слід зазначити, що аналогія Веланда не цілком коректна. Адже на відміну від граничних структур, які насправді не існують, осел та кінь – істоти дуже конкретні. Крім того, деякі фахівці звернули увагу на суб'єктивність окремих постулатів теорії резонансу. Продовжуючи обговорення цієї теорії в рамках біологічної аналогії Уеланда, О. А. Реутовще в 1956 році зазначив, що «концепція резонансу не може передбачити, що мул є гібридом саме коня та віслюка. Це потрібно знати незалежним шляхом. Інакше можна, наприклад, як одного з батьків взяти слона і підібрати другого з батьків таким чином, щоб математично все зійшлося».

Якщо розглядати іони та молекули з точки зору їх електронної будови, то можна розрізнити, по-перше молекули та іони, для яких можлива тільки одна електронна формула, наприклад, чотирихлористий вуглець, етан, триметиламін, метилат-іон, і, по-друге, молекули і іони, для яких можна написати декілька електронних формул без зміни взаємного розташуванняатомів, які називаються граничними структурами. Граничні структури можуть бути помітними та невиразними. У цьому випадку, званому резонансом або мезомерією, молекула може виявляти особливі властивості, які не можна виразити жодною з можливих формул. І тут користуються набором граничних структур, результатом взаємодії (резонансним гібридом) яких то, можливо дана молекула. Стан мезомерії між різними граничними структурами однієї і тієї ж молекули зображують символом ,наприклад:

Інший спосіб зображення резонансу полягає у використанні пунктирної лінії, наприклад, для карбоксилат-іона:

У випадку резонанс виникає лише з участю електронних пар і n молекули. В окремих випадках в резонансі можуть брати участь електронні пари зв'язків С-Н, це явище називається гіперкон'югацієюабо надсполученням. Численні експериментальні факти (аномалії довжин зв'язків, дипольні моменти тощо) змушують визнати, що електронні пари -зв'язків С-Н-положенні до подвійного зв'язку або в ненасичених циклах можуть брати участь у резонансі. У разі пропілену це проявляється у внеску наступних граничних структур:

Внаслідок цього -зв'язок -положенні до подвійного зв'язку частково виявляє властивості ненасиченого подвійного зв'язку. Цей ефект називається надсполученням (гіперкон'югацією). Для атома вуглецю цей ефект посилюється зі збільшенням числа пов'язаних із ним атомів водню. Надсполучення зменшується в наступній послідовності:

CH 3 -> CH 3 CH 2 ->(CH 3) 2 CH->(CH 3) 3 C-

Циклопропан, в якому є два делокалізовані зв'язки, що володіють значною мірою р-характером, здатний поєднуватися з карбонільною групою:

Резонанс може виникнути лише між геометрично подібними структурами. тобто. він не повинен супроводжуватися помітною зміною розташування атомів, можлива лише зміна розподілу електронів усередині молекули. Резонанс зростає, якщо збільшується область вільної циркуляції електронів (тобто збільшується обсяг молекулярної орбіталі). Дуже сильний резонанс: