共振
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有时单独一张路易斯结构无法如实地描述一个分子,因为它的电子并非整齐地停在两个原子之间,而是铺散在好几个原子上。共振就是化学家的应对之道:他们为同一个分子画出两张或更多合理的路易斯结构,并把真实分子理解成它们全体的混合、平均。想象要描述一头骡子,于是画一匹马和一头驴:哪张图都不是那头动物,但合起来便抓住了它。
这里有个最易绊倒人的关键:分子并不会在你所画的几张结构之间来回翻转。那些共振结构不是彼此快速互变的不同物种。它们只是纸面上的尝试,用我们「点和线」这种有限的语言,去描绘一个电子真正铺散开(离域)的单一真实分子。真正的分子是那个共振杂化体:一个不变的东西,电子涂抹在所涉及的诸原子上,没有任何真实分子会与单独某一张图相符。共振结构之间的弯箭头,表示的是为了从一张图过渡到下一张、电子对在纸面上如何重新分配,而不是随时间发生的真实运动。
共振之所以重要,是因为把电子离域到好几个原子上是起稳定作用的——铺散开的电子比被局限的电子能量更低。仅这一个想法就解释了:为什么苯异常稳定(芳香性)、为什么羧酸根离子的两个氧完全等同、其酸又比醇更酸,以及为什么有些碳正离子和自由基比另一些更稳定。每当你看到一个电荷或一个 π 体系可以画在不止一个位置时,就该怀疑有共振,并预期会有额外的稳定。骡子的比喻值得重复:杂化体是真实的、固定的、居于中间的;那几张分开的图则不是。
羧酸根离子(RCOO-)可画成两种,负电荷和双键落在两个氧中的任一个上;真实的离子是杂化体,电荷被平均分担、两条 C-O 键长度相同,介于单键与双键之间。
两张纸面结构,一个真实离子:电荷被分担,两条 C-O 键相等,离域带来额外的稳定。
共振结构不是来回翻转的真实分子;分子是电子离域的、单一固定的杂化体。它们之间的弯箭头在纸上移动电子对,而非随时间移动原子。