სიტყვა “რეზონანსი” მრავალი ჩვენგანისთვის ნაცნობია. მას უპირატესად ფიზიკიდან ვიცნობთ და არცთუ იშვიათად ვიყენებთ პირდაპირი თუ გადატანითი მნიშვნელობით. მაგრამ მას კიდევ ერთი – ქიმიური – მნიშვნელობა აქვს. რეზონანსი ქიმიაში ერთ-ერთი ფუნდამენტური ცნებაა ნაერთთა აღნაგობის დასახასიათებლად.
მოლეკულათა აღნაგობის დახასიათებისა და გამოსახვისთვის ხშირად ვიყენებთ ლუისის თეორიას, თუმცა მისი ერთ-ერთი ნაკლი ის არის, რომ იგი მოლეკულაში ელექტრონებს უძრავ მდგომარეობაში განიხილავს. სინამდვილეში ელექტრონები ატომებზე არ არიან ფიქსირებულნი და განსაზღვრულ მდგომარეობაში უნარი შესწევთ, ერთი ატომიდან მეორეზე გადაინაცვლონ. ამ შემთხვევაში ერთი და იმავე სტრუქტურისთვის (ელექტრონების სხვადასხვა განაწილებით) შესაძლებელია რამდენიმე ლუისის სტრუქტურის დაწერა.
მეტი სიცხადისთვის მოვიყვანოთ კარბონატ იონის მაგალითი. ჩვენ შეგვიძლია დავწეროთ სამი განსხვავებული, მაგრამ ეკვივალენტური სტრუქტურა (1–3):
ყურადღება მივაქციოთ ორ მნიშვნელოვან გარემოებას. პირველი: ყოველ ატომს გარე სავალენტო შრე შევსებული აქვს. მეორე და უაღრესად მნიშვნელოვანი: ერთი სტრუქტურის მეორედ გარდაქმნა შესაძლებელია მხოლოდ ელექტრონების გადაადგილებით და არ არის საჭირო ატომბირთვების გადანაცვლება. ამ შემთხვევაში ელექტრონების გადაადგილებას მოხრილი ისრების საშუალებით აღწერენ. ისარი გადასაადგილებელ ელექტრონებთან უნდა იწყებოდეს და მის ახალ პოზიციასთან მთავრდებოდეს. ქვემოთ მოყვანილ სქემაზე ჩანს, რომ ისრებით ნაჩვენები ელექტრონების გადანაცვლებით (ატომბირთვების დაუძრავად) სტრუქტურა 1 გარდაიქმნება სტრუქტურა 2-ად:
ეს ორი სტრუქტურა, მართალია, არ არის იდენტური, მაგრამ ეკვივალენტურია.
კიდევ ერთი საინტერესო მომენტი: კარბონატ იონის რენტგენოსტრუქტურულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ნახშირბადსა და ჟანგბადატომებს შორის ბმა უფრო გრძელია, ვიდრე ორმაგი ბმა. ზემოთ მოყვანილი სამი ლუისის სტრუქტურისთვის ლოგიკური იქნებოდა, რენტგენოსტრუქტურულ ანალიზს ეჩვენებინა, რომ კარბონატ იონში ორი C-O ბმის სიგრძე კლასიკური ორმაგი ბმის სიგრძისაა, ხოლო ერთი C-O ბმა – კლასიკური ერთმაგი ბმის სიგრძის.
რა განაპირობებს ექსპერიმენტული შედეგებისა და თეორიული მოსაზრების განსხვავებას? რომელია ჭეშმარიტებასთან უფრო ახლოს? თუ დავეყრდნობით ექსპერიმენტულ მონაცემებს, რომ კარბონატ იონში ყველა ბმა თანაბარი სიგრძისაა, მაგრამ განსხვავებული კლასიკური ერთმაგი და ორმაგი ბმის სიგრძის, როგორ მივუსადაგოთ იგი ლუისის სტრუქტურას?
ამ პრობლემის მოგვარების ერთ-ერთი გზაა ე.წ. რეზონანსის თეორია. ამ თეორიის თანახმად, თუ მოლეკულა ან იონი გამოისახება ორი ან მეტი ელექტრონის განაწილებით განსხვავებული, მაგრამ ეკვივალენტური სტრუქტურების სახით, სამართლიანია შემდეგი ორი პოსტულატი:
1. აღნიშნული სტრუქტურებიდან (რომლებსაცრეზონანსული სტრუქტურები ეწოდება) არც ერთი არ შეესაბამება რეალურ სტრუქტურას; არც ერთი მათგანი არ იქნება სრულ თანხვედრაში მოლეკულის ან იონის რეალურ ქიმიურ და ფიზიკურ თვისებებთან.
2. რეალური მოლეკულა ან იონი უნდა გამოისახოს თითოეული რეზონანსული სტრუქტურის ჰიბრიდის სახით.
აქედან გამომდინარე, თუ მოლეკულისთვის შესაძლებელია დაიწეროს რეზონანსული სტრუქტურები, ეს ნიშნავს, რომ ისინი რეალური მოლეკულის მხოლოდ ჰიპოთეზური სტრუქტურებია და მხოლოდ ფურცელზე არსებობს. მათი გამოყოფა ინდივიდუალური სახით შეუძლებელია.
როგორ გამოვსახოთ 1-3 რეზონანსული სტრუქტურების ჰიბრიდული სტრუქტურა? ამისათვის არსებობს ორი მეთოდი.
პირველი მეთოდის თანახმად, უნდა დაიწეროს ყველა რეზონანსული სტრუქტურა და მათ შორის განთავსდეს ორთავიანი («) ისარი, რომელსაც რეზონანსული ისარი ეწოდება. აქვე შევნიშნავ, რომ შექცევადი ისარი (ურთიერთსაპირისპიროდ მიმართული ორი ისარი) წონასწორობას აღნიშნავს, ამიტომ მისი გამოყენება რეზონანსულ სტრუქტურებში არ შეიძლება.
ამ სახით სტრუქტურების ჩაწერისას უნდა გვახსოვდეს, რომ ისინი მხოლოდ ფურცელზე არსებობს, რეალური სტრუქტურა კი სადღაც მათ მიღმაა, მათი ჰიბრიდიზაციით არის მიღებული.
მეორე მეთოდის საშუალებით ბმები უნდა გამოისახოს უწყვეტი და წერტილოვანი ხაზებით:
ასეთი ბმა მიუთითებს, რომ იგი არც ორმაგია და არც ერთმაგი – მათი გასაშუალებული ბმაა.
განვიხილოთ კიდევ ერთი მაგალითი. ნიტრატ იონის ჩაწერის ერთ-ერთი ფორმაა:
მაგრამ რენტგენოსტრუქტურული ანალიზითა და ქიმიური ექსპერიმენტით დადგენილია, რომ ჟანგბადის სამივე ატომი იდენტურია. რა განაპირობებს მათ იდენტურობას? ახსენით რეზონანსის თეორიის საშუალებით.
მოყვანილი სტრუქტურიდან ჩანს, რომ შესაძლებელია, ელექტრონების განაწილების ვარირებით დაიწეროს სამი განსხვავებული, მაგრამ იდენტური რეზონანსული სტრუქტურა:
რეალური სტრუქტურა იქნება სამი რეზონანსული სტრუქტურის ჰიბრიდი, რომელიც შეიძლება ასე გამოისახოს:
