化學鍵與分子形狀

共振

有時單一的路易斯結構根本無法公正地描述一個分子。以硝酸根離子 NO3- 為例:你會畫出一根氮氧雙鍵和兩根單鍵,但實驗表明三根 N-O 鍵完全相同。共振的思想是:當可以畫出幾種同樣合理的路易斯結構時,真實的分子是它們全部的混合體——一個雜化體——而不是其中任何一種,更不是在它們之間快速來回切換。

每一張單獨的圖稱為一個共振結構或貢獻式;它們彼此的差別只在於電子(尤其是雙鍵和孤對)畫在哪裡,而原子的位置從不改變。真實的分子是單一、固定的實體,其電子分布是各貢獻式的加權平均——我們說電子是離域的,分散在多個原子上,而非釘死在兩個原子之間。在硝酸根中,那一根雙鍵實際上被分攤到全部三個氧上,所以每根 N-O 鍵的鍵級約為一又三分之一,介於單鍵和雙鍵之間,正如相等的鍵長所顯示的那樣。

共振是修補單一路易斯結構局限性的日常手段,它在無機化學裡隨處可見:碳酸根 CO3 2-、硫酸根、各種含氧酸、臭氧 O3 以及苯環。誠實地說,要記住共振是路易斯模型的一個特徵,而非真實的運動:分子並不在各形式之間振盪。對同一種離域現象更深入、定量的解釋,由分子軌道理論及其離域 pi 體系給出。

碳酸根離子 CO3 2- 可以畫成三種結構,C=O 雙鍵可以落在三個氧中的任何一個上。真實情況是它們的平均:三根完全相同的鍵,每根鍵級約為 1.33,兩個負電荷均勻地分攤在三個氧上。

碳酸根三根等價的鍵,是三種共振結構的平均。

共振結構不是真實的、可互相轉化的形式;分子從不會先變成一種再變成另一種。只有一個真實的、不隨時間變化的分子,各貢獻式只是它那單一離域電子分布的不同畫法。

又稱
resonance hybriddelocalisation共振结构共振結構