La risonanza e la struttura molecolare del benzene
La disputa sulla struttura molecolare del benzene ha avuto inizio nello stesso anno della sua scoperta da parte di Faraday nel 1825. Fin dall’inizio, è stato evidente che il benzene dovesse contenere legami π a causa dei siti di insaturazione presenti nella molecola. Solo nel 1931, Hückel ha presentato uno studio basato sulla teoria degli orbitali molecolari, che riusciva a giustificare le caratteristiche particolari del composto. Inizialmente si credeva che il benzene fosse in realtà un 1,3,5 cicloesatriene, ma tale struttura avrebbe dovuto mostrare la tipica reattività dei composti insaturi. Tuttavia, è emerso che il benzene subisce poche reazioni, che procedono lentamente e spesso richiedono calore e la presenza di catalizzatori.
Calore di idrogenazione e energia di risonanza
Il calore di idrogenazione del benzene è risultato essere di gran lunga inferiore rispetto a quello che ci si sarebbe aspettato se il benzene avesse 3 doppi legami alternati e localizzati. Ciò ha suggerito che la differenza di stabilità fosse dovuta a una diversa distribuzione di energia. Il benzene, con sei elettroni π delocalizzati, risulta essere più stabile dell’ipotetico cicloesatriene con sei elettroni π localizzati, dimostrando un’elevata energia di risonanza.
Energia dei legami e orbitali molecolari
La lunghezza di legame del benzene è minore della lunghezza di un legame singolo carbonio-carbonio, ma leggermente più lunga della lunghezza di un doppio legame carbonio-carbonio, implicando che tutti i legami nel benzene sono equivalenti tra loro. Il benzene contiene 12 nuclei e 42 elettroni, e la risoluzione dell’equazione di Schrödinger risulterebbe complessa. Tuttavia, poiché il sistema π è ortogonale rispetto al sistema σ, è possibile studiarlo da un punto di vista matematico indipendentemente dal sistema σ.
La stabilità del benzene
L’energia di risonanza, conosciuta anche come energia di delocalizzazione, rappresenta la differenza di energia tra la molecola coniugata reale e il suo ipotetico analogo non coniugato. Inoltre, il benzene presenta un insieme di orbitale molecolare π che contribuiscono alla sua stabilità. β rappresenta l’integrale di risonanza ed è un numero negativo, il che significa che maggiore è il valore di β, più stabile è il sistema.
Orbitali e simmetria nel benzene
Gli orbitali molecolari dei sistemi π etilenici possono essere combinati per formare il sistema π del benzene, risultando in un insieme di orbitali di simmetria esagonale. Questa particolare disposizione conferisce al benzene la sua stabilità unica e le proprietà uniche che lo caratterizzano.
Concludendo, la struttura molecolare del benzene e la sua risonanza rappresentano un interessante argomento di studio che porta alla comprensione di una delle molecole più importanti e intriganti nella chimica organica.