Stabilizzazione per risonanza: concetto di reattività e energia derivante dalla delocalizzazione degli elettroni
La stabilizzazione per risonanza si manifesta quando gli elettroni nelle molecole o negli ioni sono delocalizzati. Nel 1928, il chimico statunitense Linus Pauling introdusse questo concetto. Quando una struttura di Lewis non rappresenta completamente il legame tra atomi vicini, la teoria del legame di valenza introduce delle strutture dette di risonanza.
Delocalizzazione degli elettroni
Ogni struttura rappresenta parzialmente la specie, che in realtà è un ibrido tra due o più strutture, con delocalizzazione degli elettroni. Questo modello è confermato dalla reattività della specie, dalle lunghezze di legame e dalla sua particolare stabilità.
Energia di risonanza
Una specie stabilizzata per risonanza possiede un’energia di risonanza o stabilità extra rispetto alle singole strutture. L’energia di risonanza di una specie è la differenza tra la sua energia e l’energia della sua forma di risonanza a energia più bassa. Ad esempio, un ipotetico ibrido X ha un’energia di risonanza minore rispetto alle tre sue forme limite X1, X2 e X3.
Reattività
L’energia di risonanza influisce sulla reattività. Ad esempio, il benzene, che presenta tre doppi legami, non reagisce come i tipici composti insaturi come gli alcheni. Invece, il benzene dà reazioni di sostituzione elettrofila aromatica in quanto la rottura di un doppio legame comporterebbe la perdita della risonanza.
Una delle implicazioni riguarda l’acidità. Ad esempio, il metanolo CH3OH è meno acido dell’acido metanoico HCOOH. Questa differenza è dovuta alla delocalizzazione della carica negativa nell’ione metossido, che si forma a seguito della dissociazione del metanolo.
Le diverse strutture limite di risonanza contribuiscono in modo diverso alla struttura complessiva dell’ibrido. Se una struttura ha energia minore ed è più stabile, essa è più vicina alla struttura reale. Ad esempio, nel caso del metanoato, la terza struttura contribuisce in modo trascurabile alla struttura complessiva a causa della separazione di cariche.
Questo concetto è illustrato dalla rappresentazione grafica della risonanza nell’anione metanoato.
Con un contributo trascurabile