Δομές συντονισμού

Οι δομές συντονισμού είναι εναλλακτικές έγκυρες δομές Lewis για το ίδιο μόριο ή ιόν. Τα άτομα παραμένουν στις ίδιες θέσεις, αλλά ορισμένα ηλεκτρόνια μπορούν να σχεδιαστούν με περισσότερους από έναν τρόπους. Οι χημικοί τις χρησιμοποιούν όταν μία μόνο δομή Lewis είναι υπερβολικά τοπική και δεν αποδίδει καλά την πραγματική κατανομή των ηλεκτρονίων.

Το πραγματικό χημικό είδος δεν εναλλάσσεται ανάμεσα σε ξεχωριστές μορφές. Είναι ένα υβρίδιο συντονισμού: μία πραγματική κατανομή ηλεκτρονίων που παριστάνεται με πολλαπλά σχέδια Lewis.

Τι δείχνουν πραγματικά οι δομές συντονισμού

Όταν σχεδιάζετε δομές συντονισμού, η συνδεσιμότητα των ατόμων παραμένει σταθερή. Ένας διπλός δεσμός μπορεί να μετατοπιστεί, ένα μονήρες ζεύγος μπορεί να γίνει μέρος ενός δεσμού $\pi$, και τα τυπικά φορτία μπορεί να μετακινηθούν, αλλά ο σκελετός των ατόμων δεν αλλάζει.

Αυτό είναι το πιο γρήγορο κριτήριο. Αν χρειάζεται να μετακινήσετε άτομα για να φτιάξετε το νέο σχέδιο, τότε δεν σχεδιάζετε δομές συντονισμού.

Παράδειγμα όζοντος: Δύο σχέδια Lewis, ένα μόριο

Το όζον, $O_3$, είναι το κλασικό παράδειγμα:

$$\mathrm{O=O-O} \leftrightarrow \mathrm{O-O=O}$$

Σε κάθε συνεισφέρουσα δομή, το κεντρικό οξυγόνο έχει θετικό τυπικό φορτίο και το τελικό οξυγόνο που συνδέεται με απλό δεσμό έχει αρνητικό τυπικό φορτίο. Τα δύο σχέδια είναι ισοδύναμα, επειδή τα δύο τελικά άτομα οξυγόνου είναι ισοδύναμα.

Το νόημα δεν είναι ότι το όζον μετατρέπεται διαρκώς σε δύο ξεχωριστά μόρια. Το νόημα είναι ότι στο πραγματικό μόριο η ηλεκτρονιακή πυκνότητα κατανέμεται και στους δύο δεσμούς O-O. Στη γενική χημεία, κάθε δεσμός O-O περιγράφεται συχνά ότι έχει τάξη δεσμού μεταξύ $1$ και $2$, και όχι έναν καθαρά απλό και έναν καθαρά διπλό δεσμό.

Πώς να σχεδιάζετε σωστά τις δομές συντονισμού

1. Ξεκινήστε από μία έγκυρη δομή Lewis.
2. Μετακινήστε μόνο ηλεκτρόνια, συνήθως μονήρη ζεύγη ή ηλεκτρόνια $\pi$. Μην μετακινείτε άτομα.
3. Διατηρήστε τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων σθένους και το συνολικό φορτίο ίδιο σε κάθε συνεισφέρουσα δομή.
4. Ελέγξτε ξανά τις οκτάδες και τα τυπικά φορτία. Στα συνηθισμένα εισαγωγικά παραδείγματα, οι δομές με μικρότερα τυπικά φορτία και καλύτερη τοποθέτηση φορτίου συνήθως συνεισφέρουν περισσότερο.

Γι’ αυτό ο συντονισμός εμφανίζεται συχνά σε είδη με γειτονικά μονήρη ζεύγη, πολλαπλούς δεσμούς ή φορτία. Αν δεν μπορεί να γίνει μετακίνηση ηλεκτρονίων χωρίς να αλλάξει ο σκελετός, τότε μπορεί να μην υπάρχουν δομές συντονισμού για να σχεδιάσετε.

Συνηθισμένα λάθη στις δομές συντονισμού

• Μετακίνηση ατόμων αντί για μετακίνηση μόνο ηλεκτρονίων.
• Παράλειψη διατήρησης του ίδιου συνολικού φορτίου σε κάθε δομή.
• Αντιμετώπιση των δομών συντονισμού σαν το μόριο να εναλλάσσεται γρήγορα ανάμεσα σε ξεχωριστές πραγματικές μορφές.
• Σχεδίαση συνεισφερουσών δομών που παραβιάζουν τους συνήθεις κανόνες σθένους για το επίπεδο στο οποίο εργάζεστε.
• Η υπόθεση ότι όλες οι συνεισφέρουσες δομές έχουν την ίδια σημασία, ενώ μία έχει πολύ δυσμενέστερα τυπικά φορτία.

Πότε έχουν σημασία οι δομές συντονισμού στη Χημεία

Ο συντονισμός έχει σημασία σε πολλά οξυανιόντα, συζυγιακά συστήματα και αρωματικά μόρια, επειδή η ηλεκτρονιακή πυκνότητα μπορεί να αποεντοπίζεται σε περισσότερα άτομα. Βοηθά να εξηγηθεί γιατί ορισμένοι δεσμοί είναι πιο όμοιοι μεταξύ τους απ’ όσο θα έδειχνε μία μόνο δομή Lewis.

Βοηθά επίσης στην κατανόηση της σταθερότητας και της δραστικότητας. Αν ένα φορτίο μπορεί να κατανεμηθεί σε περισσότερα άτομα, αυτό συχνά σταθεροποιεί το χημικό είδος σε σύγκριση με μια δομή όπου το φορτίο περιορίζεται σε ένα μόνο άτομο.

Δοκιμάστε μια παρόμοια περίπτωση

Δοκιμάστε τη δική σας εκδοχή με το νιτρικό ιόν, $NO_3^-$. Κρατήστε σταθερό τον σκελετό των ατόμων, σχεδιάστε τις έγκυρες συνεισφέρουσες δομές συντονισμού και έπειτα αναρωτηθείτε τι υποδηλώνουν αυτά τα σχέδια για τους τρεις δεσμούς N-O στο πραγματικό ιόν.