การผันคำกริยากับเสียงสะท้อน
การผันและการสั่นพ้องเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญสองประการในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของโมเลกุล
การผันคืออะไร
ในโมเลกุลเมื่อมีพันธะเดี่ยวและหลายพันธะสลับกัน เราบอกว่าระบบมีการคอนจูเกต ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของเบนซีนเป็นระบบคอนจูเกต ในหลายพันธะ มีซิกมาหนึ่งพันธะและหนึ่งหรือสองบ่อ พันธะ Pi เกิดจากการทับซ้อนกันของ p orbitals อิเล็กตรอนใน p orbitals ตั้งฉากกับระนาบของโมเลกุล ดังนั้นเมื่อมีพันธะไพในพันธะแบบสลับกัน อิเล็กตรอนทั้งหมดจะถูกแยกส่วนออกจากระบบคอนจูเกตกล่าวอีกนัยหนึ่งเราเรียกมันว่าเมฆอิเล็กตรอน เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกแยกตัวออกจากกัน พวกมันจึงเป็นของอะตอมทั้งหมดในระบบคอนจูเกต แต่ไม่ใช่สำหรับอะตอมเพียงอะตอมเดียว ซึ่งจะช่วยลดพลังงานโดยรวมของระบบและเพิ่มความเสถียร ไม่เพียงแต่พันธะ pi เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว อนุมูลหรือคาร์บีเนียมไอออนสามารถมีส่วนร่วมในการสร้างระบบคอนจูเกต ในกรณีเหล่านี้ มีออร์บิทัล p ที่ไม่มีพันธะซึ่งมีอิเล็กตรอนสองตัว อิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือไม่มีอิเลคตรอนอยู่เลย มีระบบคอนจูเกตเชิงเส้นและแบบวนรอบ บางชนิดถูกจำกัดไว้เพียงโมเลกุลเดียวเท่านั้น เมื่อมีโครงสร้างพอลิเมอร์ขนาดใหญ่ ระบบคอนจูเกตอาจมีขนาดใหญ่มาก การมีอยู่ของการผันคำกริยาช่วยให้โมเลกุลทำหน้าที่เป็นโครโมฟอร์ โครโมฟอร์สามารถดูดซับแสงได้ ดังนั้นสารประกอบจะเป็นสี
เสียงสะท้อนคืออะไร
เมื่อเขียนโครงสร้าง Lewis เราจะแสดงเฉพาะเวเลนซ์อิเล็กตรอน โดยการให้อะตอมแบ่งหรือถ่ายโอนอิเล็กตรอน เราพยายามให้แต่ละอะตอมมีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของแก๊สมีตระกูลอย่างไรก็ตาม ในความพยายามครั้งนี้ เราอาจกำหนดตำแหน่งเทียมบนอิเล็กตรอน เป็นผลให้สามารถเขียนโครงสร้าง Lewis ที่เทียบเท่ากันมากกว่าหนึ่งโครงสร้างสำหรับโมเลกุลและไอออนจำนวนมาก โครงสร้างที่เขียนโดยการเปลี่ยนตำแหน่งของอิเล็กตรอนเรียกว่าโครงสร้างเรโซแนนซ์ เหล่านี้เป็นโครงสร้างที่มีอยู่ในทฤษฎีเท่านั้น โครงสร้างเรโซแนนซ์ระบุข้อเท็จจริงสองประการเกี่ยวกับโครงสร้าง
• ไม่มีโครงสร้างเรโซแนนซ์ใดที่จะเป็นตัวแทนที่ถูกต้องของโมเลกุลที่แท้จริง และไม่มีใครจะเทียบได้กับคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของโมเลกุลจริงอย่างสมบูรณ์
• โมเลกุลจริงหรือไอออนจะแสดงเป็นลูกผสมของโครงสร้างเรโซแนนซ์ทั้งหมดได้ดีที่สุด
โครงสร้างเรโซแนนซ์แสดงด้วยลูกศร ↔ ต่อไปนี้เป็นโครงสร้างเรโซแนนซ์ของคาร์บอเนตไอออน (CO32-)
การศึกษาเอ็กซ์เรย์แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลที่แท้จริงอยู่ระหว่างเรโซแนนซ์เหล่านี้ จากการศึกษาพบว่าพันธะคาร์บอน-ออกซิเจนทั้งหมดมีความยาวเท่ากันในคาร์บอเนตไอออน อย่างไรก็ตาม ตามโครงสร้างข้างต้น เราจะเห็นพันธะคู่หนึ่งพันธะและพันธะเดี่ยวสองพันธะ ดังนั้น หากโครงสร้างเรโซแนนซ์เหล่านี้เกิดขึ้นแยกจากกัน ควรจะมีความยาวพันธะที่แตกต่างกันในไอออน ความยาวพันธะเดียวกันบ่งชี้ว่าไม่มีโครงสร้างเหล่านี้ปรากฏอยู่ในธรรมชาติ ค่อนข้างจะเป็นลูกผสมที่มีอยู่
การผันคำกริยาและการสั่นพ้องต่างกันอย่างไร
• เสียงสะท้อนและการผันคำกริยามีความสัมพันธ์กัน หากมีการคอนจูเกตในโมเลกุล เราสามารถวาดโครงสร้างเรโซแนนซ์เข้าไปได้โดยการสลับพันธะไพ เนื่องจากอิเลคตรอน pi ถูกแยกส่วนออกจากระบบคอนจูเกตทั้งหมด โครงสร้างเรโซแนนซ์ทั้งหมดจึงใช้ได้กับโมเลกุลดังกล่าว
• การสั่นพ้องทำให้ระบบคอนจูเกตแยกอิเล็กตรอน