共振
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有時單獨一張路易斯結構無法如實地描述一個分子,因為它的電子並非整齊地停在兩個原子之間,而是鋪散在好幾個原子上。共振就是化學家的應對之道:他們為同一個分子畫出兩張或更多合理的路易斯結構,並把真實分子理解成它們全體的混合、平均。想像要描述一頭騾子,於是畫一匹馬和一頭驢:哪張圖都不是那頭動物,但合起來便抓住了它。
這裡有個最易絆倒人的關鍵:分子並不會在你所畫的幾張結構之間來回翻轉。那些共振結構不是彼此快速互變的不同物種。它們只是紙面上的嘗試,用我們「點和線」這種有限的語言,去描繪一個電子真正鋪散開(離域)的單一真實分子。真正的分子是那個共振雜化體:一個不變的東西,電子塗抹在所涉及的諸原子上,沒有任何真實分子會與單獨某一張圖相符。共振結構之間的彎箭頭,表示的是為了從一張圖過渡到下一張、電子對在紙面上如何重新分配,而不是隨時間發生的真實運動。
共振之所以重要,是因為把電子離域到好幾個原子上是起穩定作用的——鋪散開的電子比被局限的電子能量更低。僅這一個想法就解釋了:為什麼苯異常穩定(芳香性)、為什麼羧酸根離子的兩個氧完全等同、其酸又比醇更酸,以及為什麼有些碳正離子和自由基比另一些更穩定。每當你看到一個電荷或一個 π 體系可以畫在不止一個位置時,就該懷疑有共振,並預期會有額外的穩定。騾子的比喻值得重複:雜化體是真實的、固定的、居於中間的;那幾張分開的圖則不是。
羧酸根離子(RCOO-)可畫成兩種,負電荷和雙鍵落在兩個氧中的任一個上;真實的離子是雜化體,電荷被平均分擔、兩條 C-O 鍵長度相同,介於單鍵與雙鍵之間。
兩張紙面結構,一個真實離子:電荷被分擔,兩條 C-O 鍵相等,離域帶來額外的穩定。
共振結構不是來回翻轉的真實分子;分子是電子離域的、單一固定的雜化體。它們之間的彎箭頭在紙上移動電子對,而非隨時間移動原子。