Teori resonansi-teori idealis dalam kimia organik, diciptakan pada tahun 30-an abad XX. Fisikawan dan kimiawan Amerika L.G. Gowling di sekolahnya dan diadopsi oleh beberapa ahli kimia borjuis. Teori ini menyatu dengan teori mesomerisme yang muncul pada pertengahan tahun 20-an oleh fisikawan dan kimiawan Inggris K. Ingold, yang memiliki landasan metodologis yang sama dengan teori resonansi. Penganut teori resonansi menggunakan (q.v.) bukan untuk pengembangan teori materialistik dan dialektis tentang struktur kimia molekul ahli kimia besar Rusia (q.v.) dengan mempelajari jarak antar atom, valensi terarah, pengaruh timbal balik atom-atom di dalam molekul, kecepatan dan arah reaksi kimia, dll. Mereka mencoba, dengan memalsukan data yang diperoleh dengan menggunakan mekanika kuantum, untuk membuktikan bahwa teori Butlerov sudah ketinggalan zaman.
Berdasarkan pertimbangan idealis subjektif, penganut teori resonansi telah menghasilkan serangkaian rumus—“keadaan” atau “struktur”—yang tidak mencerminkan realitas objektif molekul-molekul banyak senyawa kimia. Menurut teori resonansi, keadaan sebenarnya suatu molekul diduga merupakan hasil interaksi mekanika kuantum, "resonansi", "superposisi" atau "superposisi" dari "keadaan" atau "struktur" fiktif ini. Sesuai dengan teori mesomerisme Ingold, struktur sebenarnya dari beberapa molekul dianggap sebagai perantara antara dua “struktur”, yang masing-masing tidak sesuai dengan kenyataan. Akibatnya, teori resonansi secara agnostik menyangkal kemungkinan untuk mengungkapkan struktur sebenarnya dari molekul banyak zat individu dengan satu rumus dan, dari sudut pandang idealisme subjektif, membuktikan bahwa hal itu hanya diungkapkan oleh sekumpulan rumus.
Para penulis teori resonansi menyangkal objektivitas hukum kimia. Salah satu murid Pauling, J. Ueland, menunjukkan bahwa “struktur di mana terdapat resonansi hanyalah konstruksi mental”, bahwa “gagasan resonansi lebih merupakan konsep spekulatif daripada teori fisika lainnya. Ini tidak mencerminkan sifat intrinsik apa pun dari molekul itu sendiri, tetapi merupakan metode matematika yang ditemukan oleh fisikawan atau kimiawan demi kenyamanannya sendiri.” Dengan demikian, Ueland menekankan sifat subjektivis dari gagasan resonansi dan pada saat yang sama berpendapat bahwa, meskipun demikian, gagasan resonansi dianggap berguna untuk memahami keadaan sebenarnya dari molekul yang bersangkutan. Pada kenyataannya, kedua teori subjektivis ini (mesomerisme dan resonansi) tidak dapat memenuhi tujuan ilmu kimia sejati - yang mencerminkan hubungan atom dalam molekul, pengaruh timbal balik atom dalam molekul, sifat fisik atom dan molekul, dll. .
Oleh karena itu, selama lebih dari 25 tahun keberadaan teori mesomerisme resonansi, belum membawa manfaat apa pun bagi ilmu pengetahuan dan praktik. Tidak mungkin sebaliknya, karena teori resonansi, yang terkait erat dengan prinsip idealis “komplementaritas” oleh N. Bohr dan “superposisi” oleh P. Dirac, merupakan perpanjangan dari “(lihat) kimia organik dan memiliki kesamaan dasar metodologis Machis. Kelemahan metodologis lain dari teori resonansi adalah mekanismenya. Sesuai dengan teori ini, keberadaan ciri-ciri kualitatif spesifik dalam molekul organik ditolak. Sifat-sifatnya direduksi menjadi jumlah sederhana dari sifat-sifat bagian-bagian penyusunnya; perbedaan kualitatif direduksi menjadi perbedaan kuantitatif murni. Lebih tepatnya, proses dan interaksi kimia kompleks yang terjadi dalam bahan organik direduksi di sini menjadi satu bentuk fisik pergerakan materi yang lebih sederhana - menjadi fenomena elektrodinamik dan mekanika kuantum. G. Airpgh, J. Walter dan J. Cambellen melangkah lebih jauh dalam buku mereka “Quantum Chemistry”.
Mereka berpendapat bahwa mekanika kuantum seharusnya mereduksi permasalahan kimia menjadi permasalahan matematika terapan dan hanya karena kompleksitas perhitungan matematis yang sangat besar maka tidak mungkin melakukan reduksi dalam semua kasus. Mengembangkan gagasan mereduksi kimia menjadi fisika, fisikawan kuantum terkenal dan idealis “fisika” E. Schrödinger dalam bukunya “Apa itu kehidupan dari sudut pandang fisika?” memberikan sistem yang luas mengenai reduksi mekanistik dari bentuk gerak materi yang lebih tinggi ke bentuk gerak yang lebih rendah. Menurut (lihat), ia mereduksi proses biologis, yang merupakan dasar kehidupan, menjadi gen, gen menjadi molekul organik tempat mereka terbentuk, dan molekul organik menjadi fenomena mekanika kuantum. Ahli kimia dan filsuf Soviet secara aktif berjuang melawan teori idealis resonansi mesomoria, yang menghambat perkembangan ilmu kimia.
Teori resonansi- teori struktur elektronik senyawa kimia, yang menyatakan bahwa distribusi elektron dalam molekul (termasuk ion kompleks atau radikal) merupakan kombinasi (resonansi) struktur kanonik dengan konfigurasi ikatan kovalen dua elektron yang berbeda. Fungsi gelombang resonansi, yang menggambarkan struktur elektronik suatu molekul, merupakan kombinasi linier dari fungsi gelombang struktur kanonik.
Dengan kata lain, struktur molekul dijelaskan bukan oleh satu rumus struktur yang mungkin, namun oleh kombinasi (resonansi) dari semua struktur alternatif. Teori resonansi adalah cara untuk memvisualisasikan, melalui terminologi kimia dan rumus struktur klasik, prosedur matematis murni untuk membangun perkiraan fungsi gelombang suatu molekul kompleks.
Konsekuensi dari resonansi struktur kanonik adalah stabilisasi keadaan dasar molekul; ukuran stabilisasi resonansi tersebut adalah energi resonansi- perbedaan antara energi yang diamati dari keadaan dasar molekul dan energi yang dihitung dari keadaan dasar struktur kanonik dengan energi minimum. Dari sudut pandang mekanika kuantum, ini berarti bahwa fungsi gelombang yang lebih kompleks, yang merupakan kombinasi linier dari fungsi gelombang, masing-masing berhubungan dengan salah satu struktur kanonik, menggambarkan molekul dengan lebih akurat daripada fungsi gelombang struktur dengan energi minimal.
1 / 3
Teori Resonansi
Struktur resonansi, bagian I
Efek mesomerik (efek konjugasi). Bagian 1.
Mari kita menggambar molekul benzena. Dan mari kita pikirkan proses menarik apa yang terjadi dalam molekul ini bagi kita. Jadi, benzena. Ada enam atom karbon dalam siklus tersebut. Karbon pertama, kedua, ketiga, keempat, kelima dan keenam dalam siklus tersebut. Apa yang membuat benzena begitu istimewa? Apa bedanya dengan sikloheksana? Tentu saja, kita berbicara tentang tiga ikatan rangkap dalam satu siklus. Kita asumsikan bahwa kedua karbon ini dihubungkan oleh ikatan rangkap juga antara atom-atom ini, dan juga antara karbon-karbon ini. Kita akan mengambil hidrogen hanya untuk mengingat bahwa hidrogen memang ada. Mari kita menggambarnya hingga hampir tidak terlihat. Jadi berapa banyak hidrogen yang akan terikat pada karbon ini? Satu, dua, tiga elektron valensi sudah terlibat. Oleh karena itu, karbon hanya terikat pada satu hidrogen. Semuanya sama di sini. Hanya satu hidrogen. Hanya ada empat elektron valensi. Hal serupa terjadi di sini. Saya rasa Anda sudah memahami sistemnya. Setiap karbon memiliki total tiga ikatan dengan atom karbon: dua ikatan tunggal dengan dua atom karbon dan satu lagi ikatan rangkap. Dengan demikian, ikatan keempat terbentuk dengan hidrogen. Izinkan saya menggambar semua atom hidrogen di sini. Mari kita gambarkan mereka dalam warna gelap agar tidak mengganggu kita. Sekarang kita telah menggambar benzena. Kami akan menghadapinya lebih dari sekali di masa depan. Namun dalam video ini kita akan melihat, atau setidaknya mencoba melihat, sifat aneh benzena, dan tentu saja itu adalah resonansi. Sifat ini tidak spesifik untuk benzena, ini adalah sifat dari banyak molekul organik. Hanya saja benzena mungkin yang paling menarik dari semuanya. Jadi mari kita pikirkan apa yang mungkin terjadi dengan molekul ini. Mari kita mulai dengan elektron ini. Mari kita sorot dengan warna berbeda. Mari kita pilih warna biru untuk elektron ini. Jadi, inilah elektron ini. Bagaimana jika elektron ini berpindah ke karbon ini? Karbon ini tidak memutuskan ikatan, ia mempertahankan elektron yang akan berpindah ke sini. Jadi elektron ini telah berpindah ke sini. Sekarang karbon ini memiliki elektron kelima yang tidak diperlukan. Oleh karena itu, satu elektron telah berpindah ke sini. Sekarang karbon ini memiliki lima elektron. Oleh karena itu, elektron ini akan kembali ke atom karbon asli, yang kehilangan elektron pertama. Akibatnya, semua atom karbon tetap sama. Jika ini terjadi, kita akan mendapatkan struktur seperti ini. Saya akan menggambar panah ganda, karena prosesnya dapat terjadi di kedua arah. Mari kita mulai dengan rantai karbon. Jadi karbon pertama, karbon kedua, ketiga, keempat, kelima dan terakhir keenam. Pada gambar sebelah kiri, ikatan rangkap tadinya ada di sini, jadi sekarang sudah berpindah ke sini. Mari gambarkan ikatan rangkap ini dengan warna biru untuk menyorot perbedaannya. Sekarang ikatan rangkapnya ada di sini. Elektron biru ini telah berpindah ke sini. Elektron biru ini telah berpindah ke atas. Mari kita gambarkan mereka dalam warna berbeda untuk kejelasan yang lebih baik. Katakanlah elektron ini akan menjadi hijau. Elektron hijau bermigrasi dari atom karbon ini ke atom karbon ini. Kita bisa membayangkan bagaimana hal ini terjadi. Sekarang mari kita lihat elektron ungu yang ada pada atom karbon ini, namun kini telah bergeser dan berpindah ke karbon lain di sini. Oleh karena itu, ikatan rangkap juga telah bergeser, seperti yang ditunjukkan panah ini kepada kita. Masih mempertimbangkan elektron biru. Elektron biru ini berpindah ke karbon pertama. Dan ikatan rangkap, pada gilirannya, bergerak ke sini. Secara alami, kita mendapatkan dua molekul yang sangat, sangat mirip. Faktanya, ini adalah molekul yang sama, hanya terbalik. Yang lebih menarik bagi kita adalah bahwa ikatan rangkap ini perlahan-lahan bergerak maju mundur, membentuk struktur ini, sekarang itu. Dan mereka melakukan ini sepanjang waktu. Ikatan rangkap terus bergerak. Dan kenyataannya benzena adalah tidak satu pun dari struktur ini yang mewakili apa yang sebenarnya terjadi. Benzena berada dalam keadaan transisi tertentu. Struktur benzena yang sebenarnya terlihat lebih seperti ini. Saya tidak akan menggambar karbon dan hidrogen sekarang. Mari kita menggambar hidrogen di sini, karena saya mulai menggambarkannya pada gambar pertama. Jadi mari kita menggambar hidrogen di sini. Jangan lupakan mereka. Meskipun keberadaan hidrogen ini selalu tersirat. Kita sudah selesai dengan hidrogen. Sekali lagi, dengan menggunakan cincin ini sebagai contoh, kita tidak perlu menggambarkan karbon dan hidrogen karena keduanya tersirat. Jadi struktur benzena sebenarnya berada di antara ini dan ini. Faktanya, akan ada setengah ikatan rangkap antara setiap karbon. Faktanya, strukturnya terlihat seperti ini. Akan ada setengah ikatan rangkap di sini, setengah ikatan rangkap di sini, setengah ikatan rangkap di sini, sama di sini, dan setengah ikatan rangkap di sini. Hampir selesai. Dan inilah setengah dari ikatan rangkap. Faktanya, dalam molekul benzena, elektron terus bergerak mengelilingi seluruh cincin. Dan yang saya maksud bukan berpindah dari satu struktur ke struktur lainnya. Struktur sebenarnya, yang energinya minimal, disajikan di sini. Jadi struktur Lewis ini, meskipun akan lebih tepat jika disebut struktur kanonik, karena saya tidak menggambar semua elektronnya. Kita sering menggambar benzena dengan cara ini ketika, misalnya, kita mempertimbangkan suatu mekanisme. Namun penting untuk dipahami bahwa sebagai hasil resonansi kedua struktur ini, kita memperoleh struktur transisi, yang sesuai dengan kenyataan. Hal ini terjadi tidak hanya pada benzena. Banyak contoh yang dapat diberikan. Namun kita akan melihat satu hal lagi untuk memahaminya. Mari kita ambil ion karbonat. Contoh yang cukup mencolok untuk mendemonstrasikan struktur resonansi. Jadi, ion karbonat. Karbon dihubungkan melalui ikatan rangkap dengan salah satu atom oksigen dan dua ikatan tunggal dengan atom oksigen lainnya. Dan kedua oksigen ini memiliki elektron ekstra. Atom oksigen ini akan mempunyai satu, dua, tiga, empat, lima, enam valensi... Sebenarnya, tentu saja, tujuh elektron valensi. Ayo lakukan lagi. Satu, dua, tiga, empat, lima, enam, tujuh elektron valensi. Dan satu elektron tambahan menghasilkan muatan negatif. Hal yang sama berlaku untuk atom ini. Ia memiliki satu, dua, tiga, empat, lima, enam, tujuh elektron valensi. Satu tambahan. Artinya akan ada muatan negatif. Mari kita lihat lebih dekat struktur resonansi atau struktur kanonik ini. Seperti yang telah kita ketahui, oksigen ini bersifat netral. Dan ia memiliki enam elektron valensi. Satu dua tiga empat lima enam. Bayangkan salah satu elektron ini berpindah ke karbon, menyebabkan karbon menyumbangkan elektronnya ke oksigen bagian atas. Jadi kita bisa membayangkan situasi di mana elektron berpindah ke karbon. Dan ketika karbon menerima elektron lain, maka pada saat yang sama, atom karbon akan mentransfer elektronnya ke oksigen atas, di sini. Bagaimana strukturnya akan berubah jika proses seperti itu terjadi? Jadi jika elektron bergerak seperti ini, inilah yang akan kita lihat. Mari kita mulai dengan karbon. Sekarang karbon di sini hanya mempunyai ikatan tunggal. Di sini kita mengambil oksigen. Oksigen memiliki enam elektron valensi. Satu, dua, tiga, empat, lima, enam elektron. Tapi sekarang dia punya satu lagi, yang biru ini. Jadi, karena oksigen sekarang mempunyai elektron ketujuh tambahan, kita menganggap oksigen mempunyai muatan negatif. Oksigen ini, yang memberikan elektronnya kepada karbon, membentuk ikatan rangkap dengan atom karbon. Mari buat koneksi baru dengan warna ini. Jadi ikatan rangkap karbon ada dengan oksigen di bagian bawah. Oksigen melepaskan satu elektronnya, sehingga sekarang ia mempunyai enam elektron valensi. Satu dua tiga empat lima enam. Dan sekarang oksigen memiliki muatan netral. Tidak ada yang terjadi pada oksigen di sebelah kiri ini. Jadi mari kita salin dan tempel saja. Pertama kita salin, dan sekarang kita tempel. Oksigen ini tetap di sini. Mari kita bayangkan situasi di mana oksigen ini dengan elektron tambahan, yang, pada gilirannya, dapat berasal dari oksigen lain di atasnya, akan memberikan elektron tambahannya ke atom karbon. Dan kemudian karbon akan memutuskan ikatan rangkap dengan oksigen lainnya. Dalam hal ini, dengan ini. Biarkan aku menggambar ini. Mungkin ada situasi di mana elektron ini berpindah ke karbon... Ikatan rangkap terbentuk. Dan kemudian karbon akan melepaskan salah satu elektronnya. Elektron ini akan kembali ke oksigen. Apa yang akan terjadi? Jika ini terjadi, struktur akhirnya akan terlihat seperti ini. Mari kita mulai dengan karbon, yang berikatan tunggal dengan oksigen, yang memiliki satu, dua, tiga, empat, lima, enam, tujuh elektron valensi. Semuanya sama di sini. Anda dapat menyebutnya sebagai reaksi resonansi, atau Anda dapat menyebutnya dengan istilah lain. Masih ada muatan negatif di sini. Mari beralih ke oksigen ini. Dia mendapatkan elektronnya kembali. Dan sekarang ia memiliki tujuh elektron valensi lagi. Satu, dua, tiga, empat, lima, enam, tujuh elektron valensi lagi. Mari beri nama elektron yang kembali menjadi oksigen. Mari kita membuatnya menjadi ungu. Dan sekarang oksigen bermuatan negatif. Oksigen ini, pada gilirannya, memberikan elektron pada karbon. Dan dia membentuk ikatan rangkap baru. Inilah ikatan rangkap oksigen dengan karbon. Oksigen melepaskan satu elektronnya, sehingga kini ia mempunyai satu, dua, tiga, empat, lima, enam elektron valensi dan muatan netral. Semua struktur ini berubah menjadi satu sama lain. Kita bahkan bisa mendapatkan struktur ini dari ini. Dimulai dengan salah satu struktur ini, kita bisa mendapatkan struktur lainnya. Hal inilah yang sebenarnya terjadi pada ion karbonat. Izinkan saya menuliskan bahwa ini adalah ion karbonat. Jadi, struktur sebenarnya adalah sesuatu di antara ketiganya. Struktur ion karbonat sebenarnya terlihat seperti ini. Di sini karbon terikat pada tiga oksigen. Kami menarik ikatan antara masing-masing dari tiga oksigen dan karbon. Dan setiap ikatan C-O akan mempunyai sepertiga karakter ikatan rangkap. Sepertiga dari koneksi. Bukan rekaman biasa, tapi sedekat mungkin dengan kenyataan. Sepertiga dari waktu elektron akan berada di sini. Dua pertiga sisanya, atom oksigen akan memiliki elektron ini secara merata. Dipercaya bahwa setiap oksigen memiliki muatan −2/3. Biasanya, tentu saja, mereka menggambar salah satu struktur ini, karena nyaman untuk dioperasikan dengan bilangan bulat. Namun kenyataannya, ion karbonat dapat beresonansi. Elektron sebenarnya terus berpindah dari satu ikatan C-O ke ikatan lainnya. Hal ini membuat molekul lebih stabil. Energi struktur ini lebih kecil daripada energi struktur mana pun di atas. Hal yang sama juga berlaku untuk benzena. Energi struktur transisi ini lebih rendah dibandingkan energi struktur transisi lainnya, dan oleh karena itu bentuk benzena ini lebih stabil daripada yang digambarkan di atas. Terjemahan oleh komunitas Amara.org
Ide resonansi diperkenalkan ke dalam mekanika kuantum oleh Werner Heisenberg pada tahun 1926 ketika membahas keadaan kuantum atom helium. Dia membandingkan struktur atom helium dengan sistem klasik osilator harmonik yang beresonansi.
Model Heisenberg diterapkan oleh Linus Pauling (1928) untuk menggambarkan struktur elektronik struktur molekul. Dalam kerangka metode skema valensi, Pauling berhasil menjelaskan sifat geometri dan fisikokimia sejumlah molekul melalui mekanisme delokalisasi kerapatan elektron ikatan π.
Ide serupa untuk mendeskripsikan struktur elektronik senyawa aromatik dikemukakan oleh Christopher Ingold. Pada tahun 1926-1934, Ingold meletakkan dasar-dasar kimia organik fisik, mengembangkan teori alternatif perpindahan elektronik (teori mesomerisme), yang dirancang untuk menjelaskan struktur molekul senyawa organik kompleks yang tidak sesuai dengan konsep valensi konvensional. Istilah yang dikemukakan oleh Ingold untuk menunjukkan fenomena delokalisasi kerapatan elektron “ mesomemerisme"(1938), digunakan terutama dalam sastra Jerman dan Prancis, dan mendominasi dalam bahasa Inggris dan Rusia" resonansi" Gagasan Ingold tentang efek mesomerik menjadi bagian penting dari teori resonansi. Berkat ahli kimia Jerman Fritz Arndt, sebutan yang sekarang diterima secara umum untuk struktur mesomerik dengan menggunakan panah berkepala dua diperkenalkan.
Di Uni Soviet pascaperang, teori resonansi menjadi objek penganiayaan dalam kerangka kampanye ideologis dan dinyatakan “idealis”, asing bagi materialisme dialektis - dan oleh karena itu tidak dapat digunakan dalam sains dan pendidikan:
“Teori resonansi”, karena idealis dan agnostik, bertentangan dengan teori materialistis Butlerov, karena tidak sesuai dan tidak dapat didamaikan dengannya;... para pendukung “teori resonansi” mengabaikannya dan mendistorsi esensinya. “Teori resonansi”, bersifat sepenuhnya mekanistik. menyangkal ciri-ciri kualitatif dan spesifik bahan organik dan secara keliru mencoba mereduksi hukum kimia organik menjadi hukum mekanika kuantum...
...Teori resonansi mesomerik dalam kimia organik adalah manifestasi yang sama dari ideologi reaksioner umum seperti Weismannisme-Morganisme dalam biologi, serta idealisme “fisik” modern, yang terkait erat dengannya.
Meskipun penganiayaan terhadap teori resonansi kadang-kadang disebut “Lysenkoisme dalam bidang kimia,” sejarah penganiayaan ini memiliki sejumlah perbedaan dengan penganiayaan terhadap genetika dalam biologi. Seperti yang dicatat oleh Lauren Graham: “Para ahli kimia mampu menangkis serangan serius ini. Modifikasi teori ini bersifat terminologis.” Di tahun 50an ahli kimia, tanpa menyangkal kritik terhadap teori resonansi, mengembangkan konstruksi teoritis serupa (termasuk kimia kuantum), dengan menggunakan istilah “
Pada tahun empat puluhan, terjadi terobosan ilmiah di bidang kimia organik dan kimia senyawa makromolekul. Bahan-bahan baru secara kualitatif sedang dibuat. Proses pengembangan fisika dan kimia polimer sedang berlangsung, dan teori makromolekul sedang dibuat. Prestasi ilmiah di bidang ini menjadi salah satu landasan transformasi kualitatif perekonomian nasional. Dan bukan suatu kebetulan bahwa di sinilah para ideolog melancarkan serangan pendahuluan yang kuat.
Dalihnya adalah teori resonansi yang dikemukakan pada tahun 1928 oleh ahli kimia terkemuka dan pemenang Hadiah Nobel Linus Pauling. Menurut teori ini, untuk molekul yang strukturnya dapat direpresentasikan dalam bentuk beberapa rumus struktur yang berbeda dalam cara pasangan elektron didistribusikan di antara inti, struktur sebenarnya tidak sesuai dengan struktur mana pun, tetapi merupakan perantara di antara keduanya. Kontribusi masing-masing struktur ditentukan oleh sifat dan stabilitas relatifnya. Teori resonansi (dan teori mesomerisme Ingold, yang mendekatinya) sangat penting sebagai sistematisasi konsep struktural yang mudah. Teori ini memegang peranan penting dalam perkembangan ilmu kimia, khususnya kimia organik. Faktanya, ia mengembangkan bahasa yang digunakan oleh para ahli kimia selama beberapa dekade.
Gambaran tentang derajat tekanan dan argumentasi para ideolog diberikan dalam kutipan artikel “The Theory of Resonance” di /35/:
“Berdasarkan pertimbangan idealis subjektif, penganut teori resonansi telah menghasilkan kumpulan rumus molekul dari banyak senyawa kimia - “keadaan” atau “struktur” yang tidak mencerminkan realitas objektif keadaan suatu molekul diduga merupakan hasil interaksi mekanika kuantum, "resonansi", "superposisi" atau "superposisi" dari "keadaan" atau "struktur" fiktif ini.
… Teori resonansi, yang terkait erat dengan prinsip idealis “komplementaritas” oleh N. Bohr dan “superposisi” oleh P. Dirac, merupakan perpanjangan dari idealisme “fisik” ke kimia organik dan memiliki dasar metodologis Machis yang sama.
Kelemahan metodologis lain dari teori resonansi adalah mekanismenya. Sesuai dengan teori ini, keberadaan ciri-ciri kualitatif spesifik dalam molekul organik ditolak. Sifat-sifatnya direduksi menjadi jumlah sederhana dari sifat-sifat bagian-bagian penyusunnya; perbedaan kualitatif direduksi menjadi perbedaan kuantitatif murni. Lebih tepatnya, proses dan interaksi kimia kompleks yang terjadi dalam bahan organik direduksi di sini menjadi satu bentuk fisik pergerakan materi yang lebih sederhana - menjadi fenomena elektrodinamik dan mekanika kuantum. Mengembangkan gagasan mereduksi kimia menjadi fisika, fisikawan kuantum terkenal dan idealis “fisika” E. Schrödinger dalam bukunya “Apa itu kehidupan dari sudut pandang fisika?” memberikan sistem yang luas dari reduksi mekanistik dari bentuk perpindahan ibu yang lebih tinggi ke bentuk perpindahan ibu yang lebih rendah. Sesuai dengan Weismannisme-Morganisme, ia mereduksi proses biologis yang menjadi dasar kehidupan menjadi gen, gen menjadi molekul organik tempat mereka terbentuk, dan molekul organik menjadi fenomena mekanika kuantum.”
Ada dua hal yang menarik. Pertama, selain tuduhan standar idealisme, peran terpenting di sini dimainkan oleh tesis tentang kekhususan dan ciri-ciri kualitatif bentuk-bentuk gerakan, yang sebenarnya memberlakukan larangan penggunaan metode fisika dalam kimia, fisika dan kimia dalam biologi. , dll. Kedua, upaya dilakukan untuk menghubungkan teori resonansi dengan Weismannisme-Morganisme, yaitu meletakkan dasar seolah-olah front persatuan perjuangan melawan tren ilmiah yang maju.
Dalam “volume hijau” yang terkenal kejam terdapat artikel oleh B. M. Kedrov /37/ yang membahas tentang “teori resonansi”. Ini menggambarkan konsekuensi yang ditimbulkan oleh teori “mengerikan” ini. Mari kita sajikan kesimpulan yang sangat menarik dari artikel ini.
1. “Teori resonansi” bersifat subjektif-idealistis, karena mengubah gambaran fiktif menjadi suatu objek; mengganti objek dengan representasi matematis yang hanya ada di kepala pendukungnya; membuat objek - molekul organik - bergantung pada representasi ini; mengaitkan gagasan ini dengan keberadaan independen di luar kepala kita; memberinya kemampuan untuk bergerak, berinteraksi, menempatkan dan beresonansi.
2. “Teori resonansi” bersifat agnostik, karena pada prinsipnya menyangkal kemungkinan merefleksikan suatu objek (molekul organik) dan strukturnya dalam bentuk gambaran struktur tunggal, rumus struktur tunggal; ia menolak gambaran tunggal dari satu objek dan menggantinya dengan serangkaian “struktur resonansi” fiktif.
3. “Teori Resonansi”, karena bersifat idealis dan agnostik, menentang teori materialistis Butlerov, karena tidak sesuai dan tidak dapat didamaikan dengannya; Karena teori Butlerov pada dasarnya bertentangan dengan idealisme dan agnostisisme dalam bidang kimia, para pendukung “teori resonansi” mengabaikannya dan memutarbalikkan esensinya.
4. "Teori resonansi", sepenuhnya mekanistik. menyangkal ciri-ciri kualitatif dan spesifik bahan organik dan secara keliru mencoba mereduksi hukum kimia organik menjadi hukum mekanika kuantum; Hal ini juga terkait dengan penolakan teori Butlerov oleh para pendukung “teori resonansi”. karena teori Butlerov, yang pada hakikatnya bersifat dialektis, mengungkapkan secara mendalam hukum-hukum spesifik kimia organik, yang disangkal oleh para mekanik modern.
5. Pada intinya, teori mesomerisme Ingold bertepatan dengan “teori resonansi” Pauling, yang digabungkan dengan teori pertama menjadi satu teori resonansi mesomerik. Sebagaimana para ideolog borjuis menyatukan semua arus reaksioner dalam biologi, sehingga mereka tidak bertindak sendiri-sendiri, dan menggabungkannya ke dalam front persatuan Weismannisme-Morganisme, demikian pula mereka menyatukan arus reaksioner dalam kimia organik, membentuk front persatuan pendukung. dari Pauling-Ingold. Segala upaya untuk memisahkan teori mesomerisme dari “teori resonansi” dengan dasar bahwa teori mesomerisme dapat ditafsirkan secara materialistis adalah kesalahan besar, yang sebenarnya membantu lawan ideologis kita.
6. Teori resonansi mesomerik dalam kimia organik adalah manifestasi yang sama dari ideologi reaksioner umum seperti Weismannisme-Morganisme dalam biologi, serta idealisme “fisik” modern, yang terkait erat dengannya.
7. Tugas para ilmuwan Soviet adalah dengan tegas melawan idealisme dan mekanisme dalam kimia organik, melawan sikap merendahkan diri di hadapan tren reaksioner borjuis yang modis, melawan teori-teori yang memusuhi sains Soviet dan pandangan dunia kita, seperti teori resonansi mesomerik…”
Suatu hal yang menarik dari situasi seputar “teori resonansi” diciptakan oleh tuduhan yang tidak masuk akal dari sudut pandang ilmiah. Itu hanyalah pendekatan model perkiraan yang tidak ada hubungannya dengan filsafat. Namun diskusi yang riuh pun terjadi. Inilah yang ditulis L.A. Blumenfeld tentang dia /38/:
“Dalam diskusi ini, beberapa fisikawan berbicara yang berpendapat bahwa teori resonansi tidak hanya idealis (inilah motif utama diskusi), tetapi juga buta huruf, karena bertentangan dengan dasar-dasar mekanika kuantum .K. Syrkin dan M E. Dyatkina, yang menjadi sasaran utama diskusi ini, membawa saya bersama mereka, dan datang ke Igor Evgenievich Tamm untuk mengetahui pendapatnya tentang masalah ini kita tidak punya fisikawan yang bisa diandalkan. Integritas ilmiah yang mutlak, tidak adanya “keangkuhan fisik”, tidak terpengaruh oleh pertimbangan oportunistik dan kebajikan alami apa pun—semua ini secara otomatis menjadikan Tamm sebagai “yang terbaik.” satu-satunya wasit yang mungkin. Ia mengatakan bahwa metode deskripsi yang dikemukakan dalam teori resonansi tidak bertentangan dengan apapun dalam mekanika kuantum, tidak ada idealisme di sini dan menurutnya tidak ada bahan diskusi sama sekali. Selanjutnya, menjadi jelas bagi semua orang bahwa dia benar. Namun diskusi seperti diketahui terus berlanjut. Ada orang yang menyatakan bahwa teori resonansi adalah pseudosains. Hal ini berdampak negatif pada perkembangan kimia struktural..."
Memang, tidak ada topik untuk didiskusikan, tetapi tugasnya adalah menyerang para spesialis kimia makromolekul. Dan karena alasan ini, B. M. Kedrov, ketika mempertimbangkan teori resonansi, mengambil langkah besar dalam penafsiran V. I. Lenin /37/:
“Kawan-kawan yang berpegang teguh pada kata “abstraksi” bertindak seperti dogmatis. Mereka membandingkan fakta bahwa “struktur” imajiner dari teori mesomerisme adalah abstraksi dan bahkan buah dari abstraksi, dengan apa yang dikatakan Lenin tentang abstraksi ilmiah, dan menyimpulkan bahwa karena Abstraksi diperlukan dalam sains, yang berarti semua jenis abstraksi dapat diterima, termasuk konsep abstrak tentang struktur fiktif teori mesomerisme. Beginilah cara mereka memecahkan pertanyaan ini secara literal, bertentangan dengan esensi materi,. bertentangan dengan instruksi langsung Lenin tentang bahayanya abstraksi yang kosong dan absurd, tentang bahaya mengubah konsep-konsep abstrak menjadi idealisme, justru karena kecenderungan untuk mengubah konsep-konsep abstrak menjadi idealisme sudah ada sejak awal baik dalam teori mesomerisme maupun teori mesomerisme. resonansi, kedua teori ini akhirnya digabungkan.”
Anehnya, idealisme bisa berbeda. Inilah yang dikatakan dalam artikel Butlerov /32/; bahwa ahli kimia Soviet mengandalkan teori Butlerov dalam perjuangan mereka melawan teori resonansi idealis. Namun di sisi lain, ternyata “secara umum persoalan filosofis tidak berhubungan dengan kimia, Butlerov adalah seorang idealis, pendukung spiritualisme”. Namun, tidak ada kontradiksi yang berperan bagi para ideolog. Dalam perjuangan melawan ilmu pengetahuan maju, segala cara adalah baik.
Ketentuan dasar teori koordinasi
Dalam molekul senyawa kompleks apa pun, salah satu ion, biasanya bermuatan positif, menempati posisi sentral dan disebut agen pengompleks atau ion sentral. Tidak dapat dikatakan bahwa senyawa kompleks selalu tersusun dari ion; faktanya, muatan efektif atom dan molekul penyusun kompleks biasanya kecil. Oleh karena itu, lebih tepat menggunakan istilah tersebut atom pusat. Di sekelilingnya, dalam jarak yang dekat, terdapat, atau, seperti yang mereka katakan, terkoordinasi, sejumlah ion bermuatan berlawanan atau molekul netral secara listrik, yang disebut ligan(atau menambahkan) dan membentuk bidang koordinasi internal. Jumlah ligan yang mengelilingi ion pusat disebut nomor koordinasi (cn.)
Bola Dalam kompleks ini sebagian besar tetap stabil setelah dibubarkan. Batas-batasnya ditandai dengan tanda kurung siku. Ion hadir di lingkup eksternal, mudah terpecah dalam solusi. Oleh karena itu, mereka mengatakan bahwa ion-ion terikat pada bola bagian dalam nonionik, dan di bagian luar - ionogenik. Misalnya:
Panah pada diagram secara simbolis mewakili ikatan koordinasi atau donor-akseptor.
Ligan sederhana, misalnya H 2 O, NH 3, CN -, dan Cl - disebut monodental, karena masing-masing hanya mampu membentuk satu mata rantai koordinasi (mereka menempati satu tempat dalam lingkup koordinasi internal). Ada ligan yang membentuk 2 atau lebih ikatan koordinasi dengan atom pusat. Ligan seperti ini disebut bi- dan polidentat. Contoh ligan bidentat meliputi
ion oksalat C 2 O 4 2- Dan molekul etilendiamin C 2 N 2 H 8
Biasanya, kemampuan untuk membentuk ion kompleks adalah d - elemen, tapi tidak hanya; Al dan B juga membentuk ion kompleks. Ion kompleks yang dibentuk oleh unsur d dapat bersifat netral secara listrik, bermuatan positif atau negatif:
Dalam kompleks anionik, nama Latinnya digunakan untuk menunjuk atom logam pusat, dan dalam kompleks kationik, nama Rusianya digunakan.
Muatan yang ada pada ion kompleks terdelokalisasi di seluruh ion. Untuk deskripsi
ikatan kimia pada ion serupa digunakan struktur resonansi, yang merupakan gabungan dari semua kemungkinan distribusi elektron. Distribusi yang berbeda disebut struktur kanonik.
Misalnya, ion nitrat memiliki struktur kanonik dan resonansi berikut:
struktur kanonik struktur resonansi
Muatan ion kompleks sama dengan jumlah aljabar muatan atom pusat dan muatan ligan, misalnya:
4- → muatan = (+2) + 6(-1) = -4
3+ → muatan = (+3) + 6(0) = +3
Beberapa ligan mampu membentuk struktur siklik dengan atom pusat. Sifat ligan ini disebut mereka kemampuan khelat, dan senyawa yang dibentuk oleh ligan tersebut disebut senyawa kelat(berbentuk cakar). Mereka mengandung ligan bi- dan polidentat, yang tampaknya menangkap atom pusat seperti cakar kanker:
Golongan khelat juga mencakup senyawa intrakompleks yang atom pusatnya merupakan bagian dari siklus, membentuk ikatan kovalen dengan ligan melalui berbagai cara, donor-akseptor dan karena elektron tidak berpasangan (mekanisme pertukaran). Kompleks semacam ini merupakan ciri asam amino. Jadi, glisin (asam aminoasetat) membentuk kelat dengan ion Cu 2+, Pt 2+, Rh 3+, misalnya:
logam untuk mewarnai dan membuat film berwarna. Mereka banyak digunakan dalam kimia analitik, dan tempatnya di alam juga besar. Jadi, hemoglobin terdiri dari kompleks heme yang berhubungan dengan protein globin. Dalam heme, ion pusatnya adalah Fe +2, di sekelilingnya terdapat 4 atom nitrogen yang terkoordinasi, termasuk dalam ligan kompleks dengan gugus siklik. Hemoglobin mengikat oksigen secara reversibel dan mengirimkannya dari paru-paru melalui sistem peredaran darah ke seluruh jaringan.
Klorofil, yang berperan dalam proses fotosintesis pada tumbuhan, memiliki struktur yang serupa, tetapi mengandung Mg 2+ sebagai ion pusat.
Muatan ion pusat (lebih tepatnya bilangan oksidasi atom pusat) merupakan faktor utama yang mempengaruhi bilangan koordinasi.
| +1 +2 +3 +4 | → → → → | 4;6 6;4 |
Bilangan koordinasi yang paling sering muncul ditandai dengan warna merah. Bilangan koordinasi bukanlah nilai konstan untuk suatu zat pengompleks tertentu, tetapi juga ditentukan oleh sifat ligan dan sifat elektroniknya. Bahkan untuk zat pengompleks atau ligan yang sama, bilangan koordinasi bergantung pada keadaan agregasi, konsentrasi komponen, dan suhu larutan.
Bentuk geometri ion kompleks bergantung pada bilangan koordinasi atom pusatnya. Kompleks dengan cn = 2 mempunyai struktur linier, kompleks dengan cn = 4 biasanya berbentuk tetrahedral, tetapi beberapa kompleks dengan cn = 4 mempunyai struktur persegi datar. Ion kompleks dengan cn = 6 paling sering memiliki struktur oktahedral.
kch = 2 kch = 4 kch = 4
cc=6
Cara mudah untuk menggambarkan delokalisasi dalam sistem berpasangan adalah dengan menggambarkannya menggunakan struktur resonansi .
Saat menulis struktur resonansi, aturan berikut harus diperhatikan:
1. Atom dan molekul tidak mengubah posisinya; posisi NEP dan elektron ikatan ganda berubah.
2. Setiap struktur resonansi yang ditetapkan pada senyawa tertentu harus memiliki jumlah elektron π yang sama, termasuk ikatan π dan LEP.
3. Tempatkan panah resonansi “↔” di antara struktur resonansi.
4. Dalam struktur resonansi, efek elektronik tidak lazim ditentukan dengan menggunakan panah lurus dan melengkung.
5. Kumpulan struktur resonansi suatu molekul, ion atau radikal harus diapit dalam tanda kurung siku.
Misalnya:
Saat menilai stabilisasi resonansi molekul dan partikel, serta saat membandingkan energi relatif berbagai struktur resonansi, perlu dipandu oleh aturan berikut:
1. Energi molekul nyata lebih kecil. Dibandingkan dengan energi struktur resonansi mana pun.
2. semakin banyak struktur resonansi yang dapat ditulis untuk molekul atau partikel tertentu, semakin stabil molekul atau partikel tersebut.
3. Jika hal-hal lain dianggap sama, struktur resonansi dengan muatan negatif pada atom paling elektronegatif dan bermuatan positif pada atom paling elektropositif lebih stabil.
4. Struktur resonansi dimana semua atom mempunyai oktet elektron lebih stabil.
5. Partikel yang struktur resonansinya setara dan karenanya memiliki energi yang sama memiliki stabilitas maksimum.
5.2. TEORI ASAM DAN BASA DALAM KIMIA ORGANIK
Dalam kimia organik ada dua teori utama asam dan basa. Ini teori Bronsted dan Lewis.
Definisi: Menurut teori Brønsted, asam adalah zat apa pun yang dapat berdisosiasi dengan menghilangkan proton. Itu. asam adalah donor proton. Basa adalah zat apa pun yang dapat menerima proton. Itu. Basisnya adalah akseptor proton.
Menurut teori Lewis, asam adalah molekul atau partikel apa pun yang mampu menerima elektron ke orbital kosong. Itu. asam merupakan akseptor elektron. Basa adalah molekul atau partikel apa pun yang mampu menjadi donor elektron. Itu. Basa adalah donor elektron.
Definisi: Partikel yang terbentuk dari asam setelah disosiasi dan membawa muatan negatif disebut basa konjugasi. Partikel yang terbentuk dari basa setelah penambahan proton dan membawa muatan positif disebut asam konjugat.
Ciri kekuatan asam terhadap air adalah konstanta disosiasi, yang merupakan konstanta kesetimbangan reaksi berikut:
Contoh asam yang paling terkenal dalam kimia organik adalah asam karboksilat alifatik, misalnya asam asetat:
dan benzoin:
Asam karboksilat adalah asam dengan kekuatan sedang. Hal ini dapat diverifikasi dengan membandingkan nilai pK asam karboksilat dan beberapa nilai lainnya di bawah ini:
Senyawa organik yang termasuk dalam kelas senyawa organik berbeda dapat mengabstraksi proton. Di antara senyawa organik, asam OH-, SH-, NH- dan CH dibedakan. Asam OH termasuk asam karboksilat, alkohol dan fenol. Asam NH termasuk amina dan Amida. Asam CH termasuk nitroalkana, senyawa karbonil, ester, dan alkuna terminal. Asam CH yang sangat lemah termasuk alkena, hidrokarbon aromatik, dan alkana.
Kekuatan suatu asam erat kaitannya dengan kestabilan basa konjugasinya. Semakin stabil basa konjugasinya, maka kesetimbangan asam basa semakin bergeser ke arah basa konjugasi dan asam. Stabilisasi asam konjugat mungkin disebabkan oleh faktor-faktor berikut:
Semakin tinggi keelektronegatifan suatu atom, semakin kuat atom tersebut menahan elektron pada basa konjugasinya. Misalnya, pK hidrogen fluorida adalah 3,17; pK air 15,7; amonia pK 33 dan metana pK 48.
2. Stabilisasi anion melalui mekanisme mesomerik. Misalnya, pada anion karboksilat:
Dalam ion alkoksida, misalnya:
stabilisasi seperti itu tidak mungkin dilakukan. Dengan demikian, untuk asam asetat pK = 4,76, pK untuk metil alkohol 15,5.
Contoh lain stabilisasi basa konjugat adalah ion fenolat yang terbentuk sebagai hasil disosiasi fenol:
Untuk ion fenoksida (atau fenolat) yang dihasilkan, struktur resonansi dapat dibangun yang mencerminkan delokalisasi muatan negatif di sepanjang cincin aromatik:
Oleh karena itu, pK fenol sama dengan 9,98, dan metanol, yang struktur resonansinya tidak mungkin dibuat, memiliki pK 15,5.
3. Pengenalan substituen pemberi elektron mengganggu kestabilan basa konjugasi dan karenanya mengurangi kekuatan asam:
4. Pengenalan substituen penarik elektron menstabilkan basa konjugasi dan meningkatkan kekuatan asam:
5. Penghapusan substituen penarik elektron dari gugus donor proton sepanjang rantai menyebabkan penurunan kekuatan asam:
Data yang disajikan menggambarkan redaman cepat efek induktif dengan meningkatnya rantai hidrokarbon.
Perhatian khusus harus diberikan asam CH , karena basa konjugat terbentuk selama disosiasinya, yaitu karbanion. Spesies nukleofilik ini merupakan perantara dalam banyak reaksi organik.
Asam CH adalah yang paling lemah dari semua jenis asam. Produk disosiasi asam adalah karbanion, partikel yang basanya adalah atom karbon yang bermuatan negatif. Partikel tersebut memiliki struktur tetrahedral. NEP menempati orbital hibrid sp 3. Kekuatan asam CH ditentukan oleh faktor yang sama dengan kekuatan asam OH. Rangkaian efek stabilisasi substituen bertepatan dengan rangkaian peningkatan sifat penarik elektronnya:
Di antara asam CH, anion alil dan anion benzil merupakan perhatian khusus. Anion ini dapat direpresentasikan dalam bentuk struktur resonansi:
Pengaruh delokalisasi muatan negatif pada anion benzil begitu besar sehingga geometrinya mendekati datar. Dalam hal ini, atom karbon pusat karbanion mengubah hibridisasi dari sp 3 menjadi sp 2 .
