Le strutture di Lewis assegnano gli elettroni o a determinati legami o come doppietti elettronici solitari presenti su un atomo. Tuttavia a volte i dati relativi alle lunghezze dei legami non sono coerenti con quanto previsto pertanto per poter descrivere in modo esaustivo i legami presenti in una molecola si deve tenere conto che gli elettroni possono essere delocalizzati e, poiché una struttura di Lewis non è in grado di descrivere tali elettroni, si devono considerare l’insieme delle strutture che possono rappresentare tale delocalizzazione.
Ibridi di risonanza
L’insieme delle strutture di risonanza è definito come ibrido di risonanza e ciascuna struttura è detta struttura limite di risonanza.
Consideriamo ad esempio la molecola di ozono O3 per la quale gli elettroni di valenza sono pari a 6 · 3 = 18.
Inizialmente poniamo gli elettroni per formare legami O-O.
Rimangono ancora 18 – 2(2) = 14 elettroni
Completiamo gli ottetti relativi ai due atomi di ossigeno legati all’atomo di ossigeno centrale:
A questo punto rimangono ancora 14 – 12 = 2 elettroni che poniamo sull’atomo di ossigeno centrale:
Si nota tuttavia che l’atomo di ossigeno centrale non ha l’ottetto completo quindi si prende un doppietto elettronico solitario di un ossigeno e con esso si forma un doppio legame O=O
In tal modo tutti gli atomi di ossigeno costituenti la molecola hanno il doppietto completo. Quindi dovrebbe essere presente nella molecola un doppio legame tra due atomi di ossigeno e un legame semplice ovvero le lunghezze di legame dovrebbero essere diverse. Tuttavia da dati sperimentali si ha che entrambe le lunghezze di legame sono uguali e pari a 1.278 Å.
E’ quindi evidente che una sola struttura di Lewis non rende conto della reale struttura della molecola per la quale si devono scrivere due strutture dette strutture limite di risonanza
che giustificano peraltro la medesima lunghezza di legame.
Nelle strutture di risonanza avviene quindi un movimento di elettroni che stabilizza la molecola. Le strutture limite di risonanza spesso non hanno la stessa stabilità: alcune infatti contribuiscono in misura maggiore e altre in misura minore.
Stabilità delle strutture
Per valutare quali siano le strutture che hanno una maggiore stabilità e, conseguentemente, contribuiscono in misura maggiore, si devono considerare le seguenti regole:
1) Quanto maggiore è il numero di legami covalenti tanto maggiore è la stabilità della struttura
2) La struttura con il minor numero di cariche formali è quella più stabile
3) La struttura con la minore separazione di cariche formali è la più stabile
4) Una struttura in cui la carica negativa si trova sull’atomo più elettronegativo è più stabile
5) Una struttura in cui le cariche positive si trovano sull’atomo meno elettronegativo è più stabile
6) Strutture di risonanza che sono equivalenti contribuiscono nella stessa misura