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共振

共振指的是無法用單個電子點結構輕鬆表示的結構，而是兩個或多個繪製結構之間的中間體。

共振很容易被誤解，部分原因是某些化學教科書試圖解釋這個概念的方式。在科學中，類比可以幫助理解，但類比不應過於字面化。有時最好使用類比來介紹主題，然後解釋差異和不可避免的複雜性，因為關於複雜主題的更多細節。共振就是這種情況。

就像熵原理不能應用於單個分子一樣，也無法說具有共振結構的任何給定單個分子是否實際上處於一種構型或另一種構型。分子尺度的實際情況是，分子的每種構型都對可能的構型貢獻一個百分比，從而導致可能的結構的“混合”。分子形狀的變化發生得如此之快，而且尺度如此之小，以至於單個電子的實際物理位置無法精確地知道（由於海森堡不確定性原理）。所有這些複雜性的結果很簡單：具有共振結構的分子被視為其多種形式的混合物，其中最穩定的構型具有更大的機率百分比。

原子核在用共振結構圖表示時不會移動。相反，電子被描繪成好像它們在移動。真實情況是，沒有人能肯定地說任何給定電子的確切位置在任何特定時刻，而只能用機率來表達電子的位置。點結構實際上顯示的是電子幾乎肯定位於哪裡，因此共振結構表明了這些相同機率的劃分。化學家絕對確定電子在哪裡，當一個碳鍵合四個氫（甲烷）時，但當六個碳在一個環結構中鍵合六個氫（苯）時，就很難確定任何給定電子在哪裡。共振是對這種不確定性的表達，因此是可能位置的平均值。

共振結構在分子中是穩定的，因為它們允許電子延長它們的波長，從而降低它們的能量。這就是苯 (C₆H₆) 的形成熱低於有機化學家預測的原因，沒有考慮共振。其他芳香族分子具有類似的穩定性，這導致對芳香性的總體熵偏好（這將在後面的章節中全面介紹）。共振穩定性在有機化學中起著重要作用，因為共振分子的形成能量較低，因此有機化學的學生應該理解這種效應並練習識別被共振形式穩定的分子。

在上面的路易斯結構中，碳酸鹽 (CO₃^2-) 具有共振結構。使用實驗室程式來測量每種鍵的鍵長，我們發現沒有一個鍵比另外兩個短（記住，雙鍵比單鍵短），而是所有鍵的長度都相同，介於典型雙鍵和單鍵的長度之間。

共振結構

共振結構是主要用於有機化學的圖示工具，用於象徵原子在分子中的共振鍵。這些鍵的電子密度分佈在整個分子中，也稱為離域電子。同一分子的共振貢獻者都具有相同的化學式和相同的 σ 框架，但 π 電子將以不同的方式分佈在原子中。因為路易斯點圖通常無法表示分子的真實電子結構，因此經常採用共振結構來近似真實電子結構。同一分子的共振結構用雙箭頭連線。雖然有機化學家經常使用共振結構，但它們也用於無機結構，以硝酸鹽為例。

關鍵特徵

共振的關鍵要素是

共振發生是因為原子軌道的重疊。雙鍵包含π 鍵，由 2p 原子軌道的重疊形成。這些 π 軌道中的電子將分佈在超過兩個原子，因此是離域的。
成對電子和不成對電子都可能離域，但所有電子必須在 π 體系中共軛。
如果軌道不重疊（如在正交軌道中），這些結構不是真正的共振結構，並且不會混合。
具有共振結構的分子或物種通常被認為比沒有共振結構的分子更穩定。電子的離域降低了軌道能量，賦予了這種穩定性。苯中的共振產生了芳香性。穩定性的增加稱為共振能。
同一分子的所有共振結構必須具有相同的 σ 框架（σ 鍵由雜化軌道的“正面”重疊形成）。此外，它們必須是正確的路易斯結構，具有相同數量的電子（以及隨之而來的電荷），以及相同數量的未配對電子。具有任意電荷分離的共振結構並不重要，具有更少共價鍵的共振結構也不重要。這些不重要的共振結構僅對整體鍵合描述貢獻很小（或根本不貢獻）；然而，在某些情況下它們很重要，例如對於羰基基團。
雜化結構被定義為共振結構的疊加。苯環通常用一個圓圈在六邊形內（在美國文字中）表示，而不是交替的雙鍵 - 後一個例子錯誤地表示了電子結構。具有斷裂鍵序的鍵通常顯示為一個實線和一個虛線表示的雙鍵。

共振不是什麼

重要的是，共振結構並不代表不同的、可分離的結構或化合物。例如，苯有兩個重要的共振結構，可以認為是環己-1,3,5-三烯。還可能有其他共振形式，但由於它們的能量比三烯結構更高（由於電荷分離或其他效應），因此它們不太重要，對“真實”電子結構（平均雜化體）的貢獻也較小。然而，這並不意味著苯存在兩種不同的、可相互轉換的形式；相反，苯的真實電子結構是這兩種結構的平均值。六個碳-碳鍵的長度在測量時是相同的，這對於環狀三烯來說是無效的。共振也不應與化學平衡或互變異構相混淆，後者是具有不同σ鍵模式的化合物之間的平衡。超共軛是共振的一種特殊情況。

歷史

共振的概念由萊納斯·鮑林在1928年提出。他受到量子力學對H₂⁺離子處理的啟發，其中一個電子位於兩個氫核之間。在德語和法語出版物中，介觀性這個具有相同含義的替代術語是由克里斯托弗·英戈爾德在1938年提出的，但沒有在英文文獻中流行起來。目前介觀效應的概念已經有了相關但不同的含義。雙箭頭是由德國化學家阿恩特（也負責阿恩特-艾斯特合成）引入的，他更喜歡德語短語zwischenstufe或中間相。

由於混淆了共振這個詞的物理意義，因為沒有元素真正表現出共振，建議放棄共振這個詞，而用離域化代替^[1]。共振能將成為離域化能，共振結構將成為貢獻結構。雙箭頭將被逗號代替。

例子

臭氧分子由方案2頂部的兩個共振結構表示。實際上，兩個末端氧原子是等價的，混合結構在右邊繪製，兩個氧原子上的電荷為-1/2，部分雙鍵。苯作為兩種常規結構的混合體的概念（方案2中部）是由凱庫勒提出的化學領域的一項重大突破，這兩種形式的環共同代表了體系的總共振，被稱為凱庫勒結構。在右邊的混合結構中，圓圈代替了三個雙鍵。烯丙基正離子（方案2底部）有兩種共振形式，在混合結構中，正電荷離域到末端亞甲基上。

參見

離域化

參考文獻

^ 如果它是共振，那麼什麼在共振？Kerber, Robert C. . J. Chem. Educ. 2006 83 223. 摘要
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