Resonancia (química)

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La resonancia es una propiedad que tienen unas ciertas sustancias de no poder ser representadas por una única fórmula de estructura de tipo convencional que sea capaz de definir las propiedades de una forma característica. Es denominada también mesomeria, que proviene del griego μέσος y que significa medio.^[1]

Se define un compuesto que presenta mesomeria como un híbrido de resonancia o sido mesomèric de una misma sustancia, la fórmula de la cual entonces es representada mediante la de las diversas formas posibles separadas con el signo ↔.

Estructuras resonantes del anión carbonato

Un ejemplo muy ilustrativo es el del anión carbonato, el cual puede representarse por tres estructuras diferentes que son equivalentes. Estas estructuras sólo se diferencian entre ellas por la posición de los electrones. Son estructuras ressonanats y el anión carbonato no está descrito por cabeza de ellas sino como un híbrido de resonancia de todas ellas. Los enlaces del anión carbonato no son enlaces simples o dobles sino que son enlaces formados por una parte y un tercio y todos son equivalentes. Esta predicción de la teoría está confirmada por la evidencia física. Todos los enlaces del anión carbonato tienen la misma longitud y está entre la de los enlaces simples C-O y la de los dobles C=O. Los oxígenos del anión carbonato tienen todos una carga negativa parcial, se a decir, 2/3 de una carga negativa.^[2]

Representación del anión carbonato como híbrido de resonancia

Por lo tanto las formas mesòmeres, dichas también formas límite o en resonancia, de una misma sustancia difieren por la distribución de los electrones de enlace, algunos de los cuales se desplazan de átomo, bien que los átomos ocupan las mismas posiciones en las dos formas. Hay que decir que el estado real de la molécula es, de hecho, intermedio entre los estados representados por cada una de las estructuras, pero cada una de las formas de resonancia por separado no tiene realidad física o existencia independiente. Es decir, que la molécula no existe en formas diferentes, y la representación de la estructura electrónica no puede ser hecha con una única distribución de Lewis, sino que es intermedia a la indicada por las diversas formes límite.

Mediante medidas experimentales de las entalpías de combustión ha sido puesto de manifiesto que las moléculas con resonancia presentan una energía inferior a la prevista por el cálculo. Esta diferencia de energía es llamada energía de estabilización o de resonancia.^[3]

Historia

El fenòmen de la resonancia fue descubierto por los físicos Werner Heisenberg^[4] y Paul Adrien Maurice Dirac^[5] el 1926. Después fue empleado por el químico norteamericano Linus Pauling para explicar enlaces de moléculas como por ejemplo el H₂⁺^[6], el benceno, el naftalè^[7], etc.

El término alternativo que suele aparecer en la literatura, mesòmer, es muy popular a las publicaciones realizadas en idiomas alemán y francés y fue introducido por el químico inglés Christopher Kelk Ingold el 1938 que en aquella época no fue un concepto capturado en la literatura científica en inglés. El símbolo de la doble flecha, ↔, fue introducido por el químico alemán Fritz Arndt quién denominó a tal efecto en alemán como zwischenstufe que es como fase intermedia.

Ejemplos

Ejemplos de resonancia: (1) Ozono; (2) Benceno; y (3) Catión del grupo al·lil

La molécula de ozono se representa por dos estructuras resonantes a la parte superior de la figura. En realidad los dos átomos de oxígeno terminales son equivalentes y forman una estructura híbrida que se representa a la derecha con -1/2 indicando que la carga se reparte entre los dos átomos de oxígeno y los enlaces dobles parciales.
El benceno se conoce desde el 1825 y es uno de los compuestos más estudiados y conocidos. La estructura del benceno supuso un problema extraordinariamente difícil por los primeros químicos orgánicos, no porque tuviera una complicación excesiva, sino más bien para ser el primer caso de enlaces deslocalitzats con el cual se toparon que no encajaba con los conocimientos que se tenían de la estructura molecular. La molécula de benceno presenta seis enlaces covalentes que tendrían que ser diferentes, tres simples y 3 dobles, en base a las representaciones que se emplean habitualmente, pero son exactamente iguales (longitud, bastante). Por otra banda el benceno resulta mucho más estable que compuestos parecidos con enlaces simples y dobles. El resultado de las intensas investigaciones conduiren a los químicos a la conclusión de que la pareja de fórmulas propuestas por el químico Friederich Augusto Kekulé era la mejor representación por el benceno. No fue posible comprender por qué razón se necesitaban dos fórmulas para describir la estructura del benceno hasta que van apareixer los conceptos de electrones deslocalitzats y de resonancia.^[8] La aclaración de la estrucura del benceno se debe de a Linus Pauling que el 1933 aplicó la teoría de enlace de valencia para explicarla y, especialmente, el concepto de resonancia.^[7] Las estructuras de Kekulé, y otros, son representaciones excesivamente simplificadas de la realidad, pero la molécula real se puede interpretar como una combinación de las estructuras propuestas.
El catión del grupo al·lil (parte inferior del esquema) tiene dos formas resonantes mediante el enlace doble que hace que la carga positiva esté deslocalitzada a lo largo de todo el catión del grupo al·lil.