共振 (化学)

在化学中，共振，也称为介晶现象，是一种描述某些分子或多原子离子键合的方式，通过将几种贡献结构（或形式，也称为共振结构或规范结构）组合成共振杂化（或杂化结构） ) 在价键理论中。 它对于分析离域电子具有特殊价值，其中键合不能由一个单一的路易斯结构表示。

在价键理论的框架下，共振是化学物种中的键可以用路易斯结构描述的想法的延伸。 对于许多化学物质，单个路易斯结构，由遵守八位组规则的原子组成，可能带有形式电荷，并通过正整数顺序的键连接，足以描述化学键和合理化实验确定的分子特性，如键长、键角 和偶极矩。 然而，在某些情况下，可以绘制出不止一种路易斯结构，并且实验性质与任何一种结构都不一致。 为了解决这种情况，将几个有贡献的结构一起考虑为平均值，并且该分子被称为共振杂化物，其中共同使用几个路易斯结构来描述其真实结构。

例如，在 NO2- 亚硝酸根阴离子中，两个 N-O 键长相等，即使没有一个 Lewis 结构具有两个正式键序相同的 N-O 键。 然而，它的测量结构与上面显示的两个主要贡献结构的共振混合体的描述一致：它有两个相等的 125 pm 的 N-O 键，长度介于典型的 N-O 单键之间（145 pm in 羟胺，H2N–OH) 和 N–O 双键（硝离子中的 115 pm，[O=N=O]+）。 根据贡献结构，每个 N-O 键是正式单键和正式双键的平均值，导致真正的键顺序为 1.5。 凭借这种平均，刘易斯对 NO2- 中键合的描述与实验事实相一致，即阴离子具有等效的 N-O 键。

共振杂化将实际分子表示为贡献结构的平均值，如果它们作为真实的化学实体存在，则键长和部分电荷与贡献者的各个路易斯结构的预期值相比具有中间值。 贡献结构的不同之处仅在于电子与原子的正式分配，而不在于实际的物理和化学显着电子或自旋密度。 虽然贡献结构在正式键序和正式电荷分配中可能不同，但所有贡献结构必须具有相同数量的价电子和相同的自旋多重性。

因为电子离域降低了系统的势能，所以由共振杂化物代表的任何物种都比任何（假设的）贡献结构更稳定。 电子离域使分子稳定，因为电子在分子上分布得更均匀，从而降低了电子-电子排斥力。 实际物质与具有最低势能的贡献结构的（计算）能量之间的势能差称为共振能或离域能。 共振能量的大小取决于对假设的不稳定物质所做的假设和使用的计算方法，并不代表可测量的物理量，尽管在类似假设和条件下计算的共振能量的比较可能具有化学意义。

具有扩展的 π 系统的分子，例如线性多烯和多环芳烃化合物，可以通过共振杂化物以及分子轨道理论中的离域轨道得到很好的描述。

共振要与异构现象区分开来。 异构体是具有相同化学式但具有不同原子核空间排列的不同化学物质的分子。 另一方面，分子的共振贡献者只能在分子的路易斯结构描述中电子正式分配给原子的方式不同。 具体来说，当一个分子结构被称为共振杂化物时，这并不意味着该分子的电子在几组位置之间共振或来回移动，每组位置都由路易斯结构表示。 相反，它意味着一组贡献结构代表一个中间结构（贡献者的加权平均值），具有单一的、明确定义的几何形状和电子分布。 将共振杂化物视为快速相互转化的异构体是不正确的，即使术语共振可能会唤起这样的形象。