共振效应共振论的意义

共振效应共振论的意义共振论的产生首先源于价键理论本身具有缺陷,那么价键理论的缺陷在哪里呢?今天我们都知道苯具有大Π键,在苯环中每个碳原子和所有其它碳原子实际上都形成部分π键,只不过和相邻的碳原子成的π键多一点,和远的碳原子成的π键少一点而已

价键理论的第一个要点就是饱和性,由于每个碳原子已经形成3个σ键了,所以每个碳原子只能形成一个π键

价键理论认为每个碳原子如果和一个相邻原子成π键后就不能再和另一个相邻原子成π键了,更不能和其它原子成π键,否则就违背共价键的饱和性

真实的情况是:每个碳原子确实只能形成一个π键,但是这个π键却是在所有碳原子间形成的,也就是说这是一个离域的大Π键

这样我们就很清楚价键理论的缺陷了:它是一个定域的理论,它规定共价键只能在两个原子之间形成

因此,对于没有离域大Π键的分子(如乙烯、丙酮等),价键理论可以准确方便地表达它们的结构;但对于含有离域大Π键的分子(如苯、碳酸根等)则无能为力

一些更复杂的情况价键理论就更解释不了了,比如O2是双自由基

而后来发展的分子轨道理论没有这个缺陷,加上1951年日本化学家福井谦一提出的前线轨道理论和1965年美国化学家Woodward和Hoffmann提出的轨道对称守恒原理大大丰富了分子轨道理论

而且在配位化学领域,价键理论也完全不敌分子轨道理论的代言人---配位场理论,所以在如今的化学领域,分子轨道理论占据绝对优势

不过即便如此,价键理论仍然是有机化学家的最爱(没有之一)

这并不是说有机化学家跟不上时代的步伐,而是因为:(1)价键理论和分子轨道理论的本质是相同的,只不过价键理论比较粗糙而已,它没能做到像分子轨道理论那样从整个分子的层面来考虑电子排布,而是把电子看作只属于成键的那两个原子

(2)分子轨道理论由于精确,必然比较复杂,而有机化学家毕竟不是结构化学家,用复杂的分子轨道理论解决问题不是他们的强项,简单的价键理论已经能满足他们对大部分有机分子进行结构判断的需要

价键理论只是描述含有离域大Π键的分子时不大准确,而一个分子是否含有离域大Π键是极其明显的,所以在没有离域大Π键时可以放心使用

鲍林深深地理解有机化学家的这种爱好,所以他指出,如果一定要用价键结构式来描述含有大Π键的分子结构,那就要用多个共振式合起来表示一个分子的结构,每一个共振式就是一个极限结构,真实的结构是介于各种极限之间的一种中间状态

比如苯环的两个凯库勒结构就是两种极限状态,在一种极限下,1,2之间是完全双键,另一种极限下,1,2之间是完全单键,那真实的苯中1,2之间就是介于单键和双键之间,事实的确如此

所以共振论把一种本来只能用分子轨道理论才能描述清楚的结构用价键理论清晰表达出来了,它是一道架在分子轨道理论和价键理论之间的桥梁,是科学家在科学的准确性和使用的方便性之间找到的一个完美的妥协结果

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