Kết hợp vs Cộng hưởng
Sự kết hợp và cộng hưởng là hai hiện tượng quan trọng trong việc tìm hiểu hành vi của các phân tử.
Liên hợp là gì?
Trong phân tử khi tồn tại liên kết đơn và liên kết đa xen kẽ, ta nói rằng hệ là liên hợp. Ví dụ, phân tử benzen là một hệ thống liên hợp. Trong một liên kết bội, có một liên kết sigma và một hoặc hai ao pi. Liên kết pi được tạo thành bởi các obitan p xen phủ. Các electron trong các obitan p nằm vuông góc với mặt phẳng của phân tử. Vì vậy, khi có các liên kết pi trong các liên kết xen kẽ, tất cả các điện tử được phân chia trong toàn bộ hệ thống liên hợp. Nói cách khác, chúng tôi gọi nó là đám mây electron. Vì các electron được phân chia nên chúng thuộc về tất cả các nguyên tử trong hệ liên hợp, nhưng không chỉ thuộc về một nguyên tử. Điều này làm giảm năng lượng tổng thể của hệ thống và tăng độ ổn định. Không chỉ, các liên kết pi, mà cả các cặp electron đơn lẻ, các gốc hoặc các ion carbenium cũng có thể tham gia vào việc tạo ra một hệ thống liên hợp. Trong những trường hợp này, có các obitan p không liên kết với hai điện tử, một điện tử hoặc không có điện tử nào. Có hệ thống liên hợp tuyến tính và tuần hoàn. Một số chỉ được giới hạn trong một phân tử. Khi có cấu trúc polyme lớn hơn, có thể có hệ liên hợp rất lớn. Sự hiện diện của liên hợp cho phép các phân tử hoạt động như tế bào sắc tố. Tế bào sắc tố có thể hấp thụ ánh sáng; do đó, hợp chất sẽ có màu.
Cộng hưởng là gì?
Khi viết cấu trúc Lewis, chúng ta chỉ hiển thị các electron hóa trị. Bằng cách để các nguyên tử chia sẻ hoặc chuyển electron, chúng ta cố gắng cung cấp cho mỗi nguyên tử cấu hình điện tử khí cao nhất. Tuy nhiên, trong nỗ lực này, chúng tôi có thể áp đặt một vị trí nhân tạo trên các electron. Kết quả là, nhiều hơn một cấu trúc Lewis tương đương có thể được viết cho nhiều phân tử và ion. Các cấu trúc được viết bằng cách thay đổi vị trí của các electron được gọi là cấu trúc cộng hưởng. Đây là những cấu trúc chỉ tồn tại trên lý thuyết. Các cấu trúc cộng hưởng nêu hai sự thật về cấu trúc.
• Không có cấu trúc cộng hưởng nào là đại diện chính xác của phân tử thực tế. Và không có gì sẽ hoàn toàn giống với các đặc tính hóa học và vật lý của phân tử thực tế.
• Phân tử thực tế hoặc ion sẽ được thể hiện tốt nhất bằng sự kết hợp của tất cả các cấu trúc cộng hưởng.
Các cấu trúc cộng hưởng được hiển thị bằng mũi tên ↔. Sau đây là cấu trúc cộng hưởng của ion cacbonat (CO32-).
Nghiên cứu tia X đã chỉ ra rằng phân tử thực sự nằm giữa những cộng hưởng này. Theo các nghiên cứu, tất cả các liên kết cacbon-oxy có độ dài bằng nhau trong ion cacbonat. Tuy nhiên, theo các cấu trúc trên, chúng ta có thể thấy một liên kết đôi và hai liên kết đơn. Do đó, nếu các cấu trúc cộng hưởng này xảy ra riêng biệt, thì lý tưởng nhất là phải có độ dài liên kết khác nhau trong ion. Độ dài liên kết giống nhau chỉ ra rằng không có cấu trúc nào trong số những cấu trúc này thực sự tồn tại trong tự nhiên, đúng hơn là sự kết hợp của cấu trúc này tồn tại.
Sự khác biệt giữa Liên hợp và Cộng hưởng là gì?
• Cộng hưởng và liên hợp có quan hệ với nhau. Nếu có sự liên hợp trong một phân tử, chúng ta có thể vẽ cấu trúc cộng hưởng cho nó bằng cách xen kẽ các liên kết pi. Vì các điện tử pi được phân định vị trí trong toàn bộ hệ thống liên hợp, nên tất cả các cấu trúc cộng hưởng đều có giá trị đối với phân tử như vậy.
• Cộng hưởng cho phép một hệ thống liên hợp phân chia các electron.
