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共振

共振指的是无法用单个电子点结构轻松表示的结构，而是两个或多个绘制结构之间的中间体。

共振很容易被误解，部分原因是某些化学教科书试图解释这个概念的方式。在科学中，类比可以帮助理解，但类比不应过于字面化。有时最好使用类比来介绍主题，然后解释差异和不可避免的复杂性，因为关于复杂主题的更多细节。共振就是这种情况。

就像熵原理不能应用于单个分子一样，也无法说具有共振结构的任何给定单个分子是否实际上处于一种构型或另一种构型。分子尺度的实际情况是，分子的每种构型都对可能的构型贡献一个百分比，从而导致可能的结构的“混合”。分子形状的变化发生得如此之快，而且尺度如此之小，以至于单个电子的实际物理位置无法精确地知道（由于海森堡不确定性原理）。所有这些复杂性的结果很简单：具有共振结构的分子被视为其多种形式的混合物，其中最稳定的构型具有更大的概率百分比。

原子核在用共振结构图表示时不会移动。相反，电子被描绘成好像它们在移动。真实情况是，没有人能肯定地说任何给定电子的确切位置在任何特定时刻，而只能用概率来表达电子的位置。点结构实际上显示的是电子几乎肯定位于哪里，因此共振结构表明了这些相同概率的划分。化学家绝对确定电子在哪里，当一个碳键合四个氢（甲烷）时，但当六个碳在一个环结构中键合六个氢（苯）时，就很难确定任何给定电子在哪里。共振是对这种不确定性的表达，因此是可能位置的平均值。

共振结构在分子中是稳定的，因为它们允许电子延长它们的波长，从而降低它们的能量。这就是苯 (C₆H₆) 的形成热低于有机化学家预测的原因，没有考虑共振。其他芳香族分子具有类似的稳定性，这导致对芳香性的总体熵偏好（这将在后面的章节中全面介绍）。共振稳定性在有机化学中起着重要作用，因为共振分子的形成能量较低，因此有机化学的学生应该理解这种效应并练习识别被共振形式稳定的分子。

在上面的路易斯结构中，碳酸盐 (CO₃^2-) 具有共振结构。使用实验室程序来测量每种键的键长，我们发现没有一个键比另外两个短（记住，双键比单键短），而是所有键的长度都相同，介于典型双键和单键的长度之间。

共振结构

共振结构是主要用于有机化学的图示工具，用于象征原子在分子中的共振键。这些键的电子密度分布在整个分子中，也称为离域电子。同一分子的共振贡献者都具有相同的化学式和相同的 σ 框架，但 π 电子将以不同的方式分布在原子中。因为路易斯点图通常无法表示分子的真实电子结构，因此经常采用共振结构来近似真实电子结构。同一分子的共振结构用双箭头连接。虽然有机化学家经常使用共振结构，但它们也用于无机结构，以硝酸盐为例。

关键特征

共振的关键要素是

共振发生是因为原子轨道的重叠。双键包含π 键，由 2p 原子轨道的重叠形成。这些 π 轨道中的电子将分布在超过两个原子，因此是离域的。
成对电子和不成对电子都可能离域，但所有电子必须在 π 体系中共轭。
如果轨道不重叠（如在正交轨道中），这些结构不是真正的共振结构，并且不会混合。
具有共振结构的分子或物种通常被认为比没有共振结构的分子更稳定。电子的离域降低了轨道能量，赋予了这种稳定性。苯中的共振产生了芳香性。稳定性的增加称为共振能。
同一分子的所有共振结构必须具有相同的 σ 框架（σ 键由杂化轨道的“正面”重叠形成）。此外，它们必须是正确的路易斯结构，具有相同数量的电子（以及随之而来的电荷），以及相同数量的未配对电子。具有任意电荷分离的共振结构并不重要，具有更少共价键的共振结构也不重要。这些不重要的共振结构仅对整体键合描述贡献很小（或根本不贡献）；然而，在某些情况下它们很重要，例如对于羰基基团。
杂化结构被定义为共振结构的叠加。苯环通常用一个圆圈在六边形内（在美国文本中）表示，而不是交替的双键 - 后一个例子错误地表示了电子结构。具有断裂键序的键通常显示为一个实线和一个虚线表示的双键。

共振不是什么

重要的是，共振结构并不代表不同的、可分离的结构或化合物。例如，苯有两个重要的共振结构，可以认为是环己-1,3,5-三烯。还可能有其他共振形式，但由于它们的能量比三烯结构更高（由于电荷分离或其他效应），因此它们不太重要，对“真实”电子结构（平均杂化体）的贡献也较小。然而，这并不意味着苯存在两种不同的、可相互转换的形式；相反，苯的真实电子结构是这两种结构的平均值。六个碳-碳键的长度在测量时是相同的，这对于环状三烯来说是无效的。共振也不应与化学平衡或互变异构相混淆，后者是具有不同σ键模式的化合物之间的平衡。超共轭是共振的一种特殊情况。

历史

共振的概念由莱纳斯·鲍林在1928年提出。他受到量子力学对H₂⁺离子处理的启发，其中一个电子位于两个氢核之间。在德语和法语出版物中，介观性这个具有相同含义的替代术语是由克里斯托弗·英戈尔德在1938年提出的，但没有在英文文献中流行起来。目前介观效应的概念已经有了相关但不同的含义。双箭头是由德国化学家阿恩特（也负责阿恩特-艾斯特合成）引入的，他更喜欢德语短语zwischenstufe或中间相。

由于混淆了共振这个词的物理意义，因为没有元素真正表现出共振，建议放弃共振这个词，而用离域化代替^[1]。共振能将成为离域化能，共振结构将成为贡献结构。双箭头将被逗号代替。

例子

臭氧分子由方案2顶部的两个共振结构表示。实际上，两个末端氧原子是等价的，混合结构在右边绘制，两个氧原子上的电荷为-1/2，部分双键。苯作为两种常规结构的混合体的概念（方案2中部）是由凯库勒提出的化学领域的一项重大突破，这两种形式的环共同代表了体系的总共振，被称为凯库勒结构。在右边的混合结构中，圆圈代替了三个双键。烯丙基正离子（方案2底部）有两种共振形式，在混合结构中，正电荷离域到末端亚甲基上。

参见

离域化

参考文献

^ 如果它是共振，那么什么在共振？Kerber, Robert C. . J. Chem. Educ. 2006 83 223. 摘要
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