Konjugaatio vs resonanssi
Konjugaatio ja resonanssi ovat kaksi tärkeää ilmiötä molekyylien käyttäytymisen ymmärtämisessä.
Mikä on konjugaatio?
Molekyylissä, kun läsnä on vuorotellen yksittäisiä ja moninkertaisia sidoksia, sanomme, että järjestelmä on konjugoitu. Esimerkiksi bentseenimolekyyli on konjugoitu järjestelmä. Moninkertaisessa sidoksessa on yksi sigmasidos ja yksi tai kaksi pi-lammikkoa. Pi-sidokset muodostuvat päällekkäisistä p-orbitaaleista. P-orbitaalien elektronit sijaitsevat kohtisuorassa molekyylin tasoon nähden. Joten kun vuorottelevissa sidoksissa on pi-sidoksia, kaikki elektronit siirretään koko konjugoidussa järjestelmässä. Toisin sanoen kutsumme sitä elektronipilveksi. Koska elektronit ovat delokalisoituneita, ne kuuluvat kaikkiin konjugoidun järjestelmän atomeihin, mutta eivät vain yhdelle atomille. Tämä alentaa järjestelmän kokonaisenergiaa ja lisää vakautta. Ei vain pi-sidokset, vaan myös yksinäiset elektroniparit, radikaalit tai karbeniumionit voivat osallistua konjugoidun järjestelmän luomiseen. Näissä tapauksissa on joko sitoutumattomia p-orbitaaleja, joissa on kaksi elektronia, yksi elektroni tai ei elektroneja. On olemassa lineaarisia ja syklisiä konjugoituja järjestelmiä. Jotkut rajoittuvat vain yhteen molekyyliin. Kun on suurempia polymeerirakenteita, voi olla hyvin suuria konjugoituja järjestelmiä. Konjugaation läsnäolo sallii molekyylien toimia kromoforeina. Kromoforit voivat absorboida valoa; siksi yhdiste on värillinen.
Mikä on resonanssi?
Lewis-rakenteita kirjoitettaessa näytämme vain valenssielektroneja. Kun atomit jakavat tai siirtävät elektroneja, yritämme antaa jokaiselle atomille jalokaasuelektronisen konfiguraation. Tässä yrityksessä voimme kuitenkin asettaa elektroneille keinotekoisen sijainnin. Tämän seurauksena useille molekyyleille ja ioneille voidaan kirjoittaa useampi kuin yksi ekvivalentti Lewis-rakenne. Elektronien paikkaa muuttamalla kirjoitetut rakenteet tunnetaan resonanssirakenteina. Nämä ovat rakenteita, jotka ovat olemassa vain teoriassa. Resonanssirakenteet kertovat rakenteesta kaksi tosiasiaa.
• Mikään resonanssirakenteista ei ole oikea esitys todellisesta molekyylistä. Mikään ei muistuta täysin todellisen molekyylin kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.
• Varsinaista molekyyliä tai ionia edustaa parhaiten kaikkien resonanssirakenteiden hybridi.
Resonanssirakenteet näytetään nuolella ↔. Seuraavat ovat karbonaatti-ionien resonanssirakenteet (CO32-).
Röntgentutkimukset ovat osoittaneet, että todellinen molekyyli on näiden resonanssien välissä. Tutkimusten mukaan kaikki hiili-happisidokset ovat yhtä pitkiä karbonaatti-ioneissa. Yllä olevien rakenteiden mukaan voimme kuitenkin nähdä yhden kaksoissidoksen ja kaksi yksinkertaista sidosta. Siksi, jos nämä resonanssirakenteet esiintyvät erikseen, ihannetapauksessa ionissa tulisi olla erilaisia sidospituuksia. Samat sidospituudet osoittavat, että mitään näistä rakenteista ei todellisuudessa esiinny luonnossa, vaan niiden hybridi on olemassa.
Mitä eroa on konjugaation ja resonanssin välillä?
• Resonanssi ja konjugaatio liittyvät toisiinsa. Jos molekyylissä on konjugaatiota, voimme piirtää siihen resonanssirakenteita pi-sidoksia vuorotellen. Koska pi-elektronit ovat delokalisoituneita koko konjugoidussa järjestelmässä, kaikki resonanssirakenteet ovat voimassa tällaiselle molekyylille.
• Resonanssi sallii konjugoidun järjestelmän siirtää elektroneja.
