Stabilità tramite risonanza: l’influenza della delocalizzazione degli elettroni sulla reattività e sull’energia
La stabilità per risonanza diventa evidente quando gli elettroni in molecole o ioni si trovano delocalizzati. Fu Linus Pauling, il noto scienziato statunitense, a introdurre questo concetto nel lontano 1928. Quando una struttura di Lewis non riesce a rappresentare appieno il legame tra atomi adiacenti, la teoria del legame di valenza introduce delle strutture di risonanza.
La Delocalizzazione degli elettroni è essenziale in questo contesto. Ogni struttura contribuisce parzialmente alla rappresentazione della specie, che in realtà prende la forma di un ibrido tra due o più strutture, con una delocalizzazione degli elettroni. Questo modello trova conferma nella reattività della specie, nelle lunghezze dei legami e nella sua particolare stabilità.
L’energia derivante dalla risonanza è un aspetto rilevante. Una specie stabilizzata per risonanza possiede un’energia di risonanza aggiuntiva o stabilità rispetto alle singole strutture. Si calcola come differenza tra l’energia della specie e quella della sua forma di risonanza che presenta l’energia più bassa. Ad esempio, ipoteticamente, un ibrido X ha un’energia di risonanza inferiore rispetto alle sue tre forme limite X1, X2 e X3.
La reattività è influenzata dall’energia di risonanza. Ad esempio, il benzene, con i suoi tre doppi legami, reagisce in modi diversi rispetto ai comuni composti insaturi come gli alcheni. Infatti, il benzene subisce reazioni di sostituzione elettrofila aromatica poiché la rottura di un doppio legame comporterebbe la perdita della risonanza.
Un aspetto cruciale riguarda l’acidità. Ad esempio, il metanolo CH3OH è meno acido dell’acido metanoico HCOOH. Questa disparità è dovuta alla delocalizzazione della carica negativa nell’ione metossido, formato dalla dissociazione del metanolo.
Le varie strutture limite di risonanza contribuiscono in modo diverso alla struttura complessiva dell’ibrido. Se una struttura ha un’energia inferiore e è più stabile, essa si avvicina di più alla struttura reale. Ad esempio, nel caso del metanoato, la terza struttura ha un apporto trascurabile alla struttura complessiva a causa della separazione delle cariche.
Questo concetto è evidenziato nella rappresentazione visiva della risonanza nell’anione metanoato.
