შეეკითხე მეცნიერს

კითხვა:

გამარჯობა, მაინტერესებს რა არის რეზონანსი და როგორ გავიგო, ნაერთში შეიმჩნევა თუ არა იგი?
რობი მახარაშვილი , სტუდენტი

პასუხი:.

ლუისის თეორიის ერთ–ერთი ნაკლი ის არის, რომ იგი მოლეკულაში ელექტრონებს განიხილავს „უძრავ“ მდგომარეობაში. რეალურად ელექტრონები არ არიან ატომებზე ფიქსირებულნი და გარკვეულ მდგომარეობაში შესწევთ უნარი ერთი ატომიდან გადაინაცვლონ მეორე ატომზე. ასეთ შემთხვევებში ერთი და იგივე სტრუქტურისათვის (ელექტრონების სხვადასხვა განაწილებით) შესაძლებელია რამდენიმე ლუისის სტრუქტურის დაწერა. მეტი სიცხადისათვის 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 მეორეში გარდაქმნა შესაძლებელია მხოლოდ ელექტრონების გადაადგილებით და არ არის საჭირო, ატომბირთვების გადანაცვლება. ასეთ შემთხვევებში ელექტრონების გადაადგილებას აღწერენ მოხრილი ისრების საშუალებით. ისარი უნდა იწყებოდეს გადასაადგილებელ ელექტრონებთან და უნდა მთავრდებოდეს მის ახალ პოზიციასთან. ქვემოთ მოყვანილ სქემაზე ჩანს, რომ ისრებით ნაჩვენები ელექტრონების გადანაცვლებით (ატომბირთვების დაუძრავად) 1 სტრუქტურა გარდაიქმნება 2 სტრუქტურაში:

1 და 2 სტრუქტურები მართალია არ არიან იდენტურები, მაგრამ არიან ეკვივალენტურები.

კიდევ ერთი საინტერესო მომენტი. კარბონატ იონის რენტგენოსტრუქტურულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ნახშირბადსა და ჟანგბად ატომებს შორის ბმა უფრო გრძელია, ვიდრე ორმაგი ბმა. ზემოთ მოყვანილი 1–3 ლუისის სტრუქტურებისათვის ლოგიკური იქნებოდა, თუ რენტგენოსტრუქტურული ანალიზი აჩვენებდა, რომ კარბონატ იონში ორი C-O ბმის სიგრძე იქნებოდა „კლასიკური“ ორმაგი ბმის სიგრძის, ხოლო ერთი C-O ბმა კი „კლასიკური“ ერთმაგი ბმის სიგრძის.

რა განაპირობებს ექსპერიმენტული შედეგებისა და თეორიული მოსაზრების განსხვავებას? რომელი არის ჭეშმარიტებასთან უფრო ახლოს? თუ დავეყრდნობით ექსპერიმენტალურ მონაცემებს, რომ კარბონატ იონში ყველა ბმა არის თანაბარი სიგრძის, მაგრამ განსხვავებული „კლასიკური“ ერთმაგი და ორმაგი ბმის სიგრძის, როგორ მივუსადაგოდ იგი ლუისის სტრუქტურას?

ამ პრობლემის გადაწყვეტის ერთ–ერთი გზა არის ე.წ. რეზონანსის თეორია. აღნიშნული თეორიის თანახმად, თუ მოლეკულა ან იონი გამოისახება ორი ან მეტი ელექტრონის განაწილებით განსხვავებული, მაგრამ ეკვივალენტური სტრუქტურების სახით, სამართლიანია შემდეგი ორი პოსტულატი:

1. აღნიშნული სტრუქტურებიდან (რომელთაც ეწოდებათ რეზონანსული სტრუქტურები) არც ერთი შეესაბამება რეალურ სტრუქტურას. არც ერთი მათგანი 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 მოლეკულისათვის შესაძლებელია დაიწეროს რეზონანსული სტრუქტურები, ეს ნიშნავს რომ ისინი რეალური მოლეკულის მხოლოდ ჰიპოთეზური სტრუქტურებია და არსებობენ მარტო ფურცელზე. 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 ეწოდება „რეზონანსული ისარი“. აქვე შევნიშნავ, რომ შექცევადი ისარი (ურთიერთსაპირისპიროდ მიმართული ორი ისარი) აღნიშნავს წონასწორობას, ამიტომ მისი გამოყენება რეზონანსულ სტრუქტურებში არ შეიძლება.

ასეთი სახით სტრუქტურების ჩაწერისას უნდა გვახსოვდეს, რომ ეს სტრუქტურები არსებობენ მხოლოდ ფურცელზე. რეალური სტრუქტურა კი სადღაც მათ მიღმაა, მიღებული მათი ჰიბრიდიზაციით.

მეორე მეთოდის საშუალებით ბმები უნდა გამოისახოს უწყვეტი და წერტილოვანი ხაზებით . ასეთი ბმა მიუთითებს, რომ იგი არ არის არც ორმაგი და არც ერთმაგი, არამედ მათი გასაშუალებული ბმაა.

შეკითხვას პასუხობს: პროფ. ელიზბარ ელიზბარაშვილი