Cộng hưởng trong Hóa học là một quá trình điện tử nội phân tử liên quan đến sự thay đổi vị trí của (các) liên kết Pi hoặc electron không liên kết (còn gọi là liên kết sigma).Trong cộng hưởng sẽ bao gồm cộng hưởng tích cực và cộng hưởng tiêu cực. Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây:
Mục lục bài viết
1. Cộng hưởng tích cực là gì?
– Hiệu ứng cộng hưởng hoặc hiệu ứng Mesomeric và các loại của nó. Trong hóa học hữu cơ, hoạt động của các electron khác nhau khi các nguyên tố khác với nguyên tử cacbon và hydro tích cực tham gia vào việc hình thành liên kết phân tử.
– Các yếu tố điện tử ảnh hưởng đến phản ứng hữu cơ bao gồm hiệu ứng điện, hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng cộng hưởng, siêu liên hợp, vv Tất cả những yếu tố này liên quan đến các phân tử hữu cơ, một cách đa dạng. Hầu hết các phân tử sinh học bao gồm sự kết hợp của sáu nguyên tố: cacbon, nitơ, hydro, oxy, lưu huỳnh, phốt pho. Tuy nhiên, chúng không ngăn cản các hợp chất hữu cơ có các đặc tính đa dạng về phản ứng hóa học và đặc điểm vật lý của chúng.
– Các phân tử hữu cơ có một đặc điểm được gọi là cộng hưởng hoặc mê thuyết. Các điện tử phân chia trong một số hợp chất mà một cấu trúc Lewis đơn lẻ không biểu hiện các liên kết được mô tả bằng hệ số gọi là cộng hưởng hoặc Mesomerism trong hóa học hữu cơ. Các điện tử phân chia trong một ion hoặc phân tử có thể được biểu diễn bằng cách cung cấp nhiều cấu trúc được gọi là cộng hưởng.
2. Hiệu ứng cộng hưởng tích cực:
– Hiệu ứng cộng hưởng được hiểu là sự phân cực gây ra trong phân tử do tương tác của một cặp electron riêng lẻ với một liên kết pi hoặc tương tác của hai liên kết pi trong các nguyên tử lân cận được gọi là hiệu ứng cộng hưởng.
– Hiệu ứng cộng hưởng tích cực: hay còn gọi là hiệu ứng cộng hưởng dương xảy ra khi các nhóm giải phóng electron cho các phân tử khác bằng quá trình phân chia. Thông thường, các nhóm được ký hiệu là + R hoặc + M – mật độ electron phân tử tăng lên trong quá trình này. Các ví dụ về hiệu ứng cộng hưởng dương là -OH, -OR, -SH và -SR. Hiệu ứng cộng hưởng dương- Các điện tử được chuyển ra khỏi nguyên tử hoặc nhóm thế liên kết với hệ thống liên hợp trong quá trình này. Ví dụ – -OH, -SH, -OR, -SR.
– Hiệu ứng cộng hưởng được định nghĩa là sự phân cực được tạo ra trong phân tử bởi sự tương tác của hai liên kết pi hoặc giữa một liên kết ‘pi` và một cặp electron duy nhất hiện diện trên một nguyên tử liền kề. Hiệu ứng được truyền qua chuỗi. Đây là hai loại như hiệu ứng cộng hưởng hoặc hiệu ứng mesomeric được thiết kế bằng hiệu ứng R hoặc M. Hiệu ứng cộng hưởng bao gồm: Hiệu ứng cộng hưởng dương (+ R) hoặc mantozơ (+ M): Hiệu ứng Mesomeric – Hiệu ứng mesomeric là sự phân cực phát triển trong phân tử do kết quả của sự tương tác giữa hai-liên kết hoặc một -bond và một cặp electron duy nhất.
– Cộng hưởng tích cực tên tiếng Anh là: ” Positive resonance“
3. Cộng hưởng tiêu cực là gì?
– Cộng hưởng tiêu cực: Hiệu ứng cộng hưởng âm: hiệu ứng cộng hưởng âm xảy ra khi các nhóm rút electron khỏi các phân tử khác bằng quá trình phân chia. Thông thường, các nhóm được ký hiệu bằng -R hoặc -M. Mật độ điện tử phân tử được cho là giảm trong quá trình này. Các ví dụ về hiệu ứng cộng hưởng âm là, C = O, -COOH, -C≡N và -NO 2 .
– Hiệu ứng cộng hưởng âm – Các điện tử được chuyển về phía nguyên tử hoặc nhóm thế liên kết với hệ thống liên hợp trong hiệu ứng này. Ví dụ – -NO2, C = O, -COOH, -C≡N.
– Định nghĩa hiệu ứng cộng hưởng có thể được đưa ra như một hiện tượng hóa học, quan sát thấy trong các hợp chất đặc trưng có chứa liên kết đôi trong các hợp chất hữu cơ. Các hợp chất hữu cơ có các liên kết đôi này trong cấu trúc và có sự xen phủ của các obitan p, thường là ở hai phía liền kề của nguyên tử cacbon.
– Sự khác biệt chính giữa cộng hưởng và hiệu ứng mesomeric là hiệu ứng cộng hưởng mô tả cách cặp điện tử đơn lẻ và cặp điện tử liên kết của phân tử xác định cấu trúc hóa học của nó, trong khi hiệu ứng mesomeric mô tả cách cấu trúc hóa học của phân tử được ổn định bằng cách sử dụng nhóm chức.
Sơ đồ trên mô tả các cấu hình cộng hưởng khác nhau của một số chất có hiệu ứng cộng hưởng.
– Sự khác biệt chính giữa các loại cộng hưởng là cấu hình electron. Bởi vì các cấu trúc cộng hưởng thể hiện rõ ràng sự liên kết trong các phân tử, chúng cung cấp sự thể hiện tốt hơn cấu trúc chấm Lewis. Một phân tử càng sở hữu nhiều cấu trúc cộng hưởng, thì nó càng trở nên ổn định. Hiệu ứng đồng phân gây ra bởi sự phân chia điện tử π và góp phần đáng kể vào sự thay đổi độ bền axit và bazơ do các nhóm thế ở xa gây ra, đặc biệt là thông qua các liên kết đôi liên hợp với trung tâm có thể ion hóa, chẳng hạn như các nhóm thế ortho hoặc para (nhưng không phải meta) trong thơm hoặc dị thơm Các hợp chất.
4. Hiệu ứng cộng hưởng tiêu cực:
– Các loại hiệu ứng cộng hưởng: Hiệu ứng cộng hưởng dương và hiệu ứng cộng hưởng âm là hai loại hiệu ứng cộng hưởng.
– Hiệu ứng cộng hưởng trong Hóa học hữu cơ là hành vi của electron khác nhau khi các nguyên tố khác với nguyên tử hydro và cacbon tham gia tích cực vào việc hình thành liên kết phân tử.
– Các yếu tố điện tử ảnh hưởng đến các phản ứng hữu cơ bao gồm hiệu ứng cảm ứng, hiệu ứng điện kế, hiệu ứng cộng hưởng, siêu liên hợp, và hơn thế nữa. Ngược lại, tất cả các yếu tố này liên quan đến các phân tử hữu cơ. Nhiều phân tử sinh học bao gồm sự kết hợp của sáu nguyên tố này: nitơ, cacbon, hydro, lưu huỳnh, oxy và phốt pho. Tuy nhiên, chúng không ngăn cản các hợp chất hữu cơ có các tính chất khác nhau về đặc điểm vật lý và khả năng phản ứng hóa học của chúng.
– Các phân tử hữu cơ cũng thể hiện tính chất cộng hưởng hoặc tính chất mêtan. Yếu tố được gọi là Mesomerism hoặc cộng hưởng trong Hóa học hữu cơ giải thích các electron phân chia trong các phân tử nhất định, nơi cấu trúc Lewis đơn không thể hiện các liên kết. Một phân tử hoặc ion với các điện tử phân chia này có thể được mô tả bằng cách đóng góp các cấu trúc khác nhau được gọi là cấu trúc cộng hưởng.
– Hiệu ứng cộng hưởng hoặc hiệu ứng Mesomeric trong hóa học: Hiệu ứng thu hồi hoặc giải phóng của các điện tử được quy cho một nhóm thế cụ thể thông qua sự phân chia của các điện tử π hoặc pi, có thể được nhìn thấy bằng cách vẽ các cấu trúc hình chuẩn khác nhau, được gọi là hiệu ứng cộng hưởng hoặc trung tính.
– Các ký hiệu M hoặc R được sử dụng để biểu diễn hiệu ứng cộng hưởng. Biểu diễn trên cho thấy các cấu trúc cộng hưởng khác nhau của các hợp chất khác nhau với các hiệu ứng cộng hưởng tương ứng.
– Định nghĩa của hiệu ứng cộng hưởng giải thích sự phân cực gây ra bởi sự tương tác giữa cặp electron đơn độc và liên kết pi trong phân tử. Nó cũng xảy ra bởi sự tương tác của 2 liên kết pi có trong các nguyên tử lân cận. Nói một cách đơn giản, cộng hưởng là phân tử có nhiều cấu trúc Lewis. Cộng hưởng trong Hóa học giúp hiểu được tính ổn định của một hợp chất cùng với các trạng thái năng lượng.
– Các loại hiệu ứng cộng hưởng: Hai loại hiệu ứng Cộng hưởng tồn tại, đó là: (1) Hiệu ứng cộng hưởng tích cực, (2) Hiệu ứng cộng hưởng âm
– Cấu trúc cộng hưởng: Một số hợp chất hữu cơ không thể được biểu diễn chính xác bằng một cấu trúc. Giả sử, benzen thường được biểu diễn như sau.
– Cấu trúc này chứa ba liên kết CC và ba liên kết C = C.
– Độ dài liên kết đơn của cacbon-cacbon = 1,54A
– Độ dài liên kết đôi của cacbon-cacbon = 1,34 A
– Tuy nhiên, bằng thực nghiệm, người ta đã xác định được rằng tất cả các liên kết cacbon-cacbon có trong benzen đều giống hệt nhau và có cùng độ dài liên kết (1,39A).
– Vì vậy, công thức cấu tạo của benzen không thể biểu diễn bằng một cấu tạo đơn chất. Nó có thể được biểu diễn tốt như nhau bằng các cấu trúc tương tự về mặt năng lượng của I và II. Hai cấu trúc này được gọi là cấu trúc cộng hưởng.
– Cấu trúc thực tế của benzen là sự lai ghép cộng hưởng của cả cấu trúc I và II. Một ví dụ khác về cộng hưởng được đưa ra bởi nitromethane (CH 3 N0 2 ), có thể được biểu diễn bằng hai cấu trúc Lewis, như được đưa ra dưới đây. Cấu trúc thực tế của nitromethane là sự kết hợp cộng hưởng của hai dạng chính tắc (I và II).
– Hiệu ứng cảm ứng: Hiệu ứng cảm ứng là kết quả của sự di chuyển của điện tích qua một chuỗi nguyên tử. Hiệu ứng cộng hưởng: Ảnh hưởng của sự tương tác giữa các điện tử liên kết pi đến sự ổn định của phân tử được gọi là hiệu ứng cộng hưởng.
– Nguyên nhân của Hiệu ứng:
+ Hiệu ứng cảm ứng: Hiệu ứng cảm ứng phát triển do sự phân cực của các liên kết.
+ Hiệu ứng cộng hưởng: Khi các liên kết đơn và đôi có mặt cùng nhau, hiệu ứng cộng hưởng sẽ phát sinh.
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến các tác động cộng hưởng tiêu cực:
+ Hiệu ứng cảm ứng: Mức độ tác động cảm ứng bị ảnh hưởng bởi các giá trị độ âm điện của nguyên tử.
+ Hiệu ứng cộng hưởng: Hiệu ứng cộng hưởng bị ảnh hưởng bởi số lượng liên kết đôi và thứ tự của chúng.
– Các điện tích cảm ứng trong nguyên tử của phân tử tạo ra hiệu ứng cảm ứng. Sự khác nhau về giá trị độ âm điện của các nguyên tử gây ra hiện tượng cảm ứng điện tích. Nguyên tử có độ âm điện lớn có xu hướng hút êlectron liên kết. Mặt khác, hiệu ứng cộng hưởng khác với hiệu ứng quy nạp. Hiệu ứng cộng hưởng của phân tử xảy ra khi phân tử có liên kết đôi. Hiệu ứng cảm ứng mô tả sự truyền điện tích giữa các nguyên tử trong phân tử, trong khi hiệu ứng cộng hưởng mô tả sự truyền các cặp electron giữa các nguyên tử trong phân tử.
– Cộng hưởng tiêu cực tên tiếng Anh là: ” Negative resonance“
