Hva er de riktige resonansstrukturene til lystgass?

For det første er ingen av resonansstrukturene du tegnet for testen mulig, fordi de begge bryter med oktettregelen. For strukturen på den venstre, den venstre $ \ ce {N} $ har bare kontroll over 6 elektroner, og vil ikke eksistere i denne formen. Strukturen til høyre er ikke mulig fordi sentrale $ \ ce {N} $ deltar i 5 obligasjoner, noe $ \ ce {N} $ ikke kan gjøre. Maksimalt antall obligasjoner som $ \ ce {N} $ kan delta i er 3 (kovalent binding – som $ \ ce {NH3} $) eller 4 (koordinatbinding – som $ \ ce {NH4 +} $).

Så lenge du tilfredsstiller oktettregelen (eller minst så godt du kan – her er noen unntak ) og du vil sjekke stabiliteten av et molekyl som du har tegnet, bruk bare formel for formell ladning. Dette er gitt av ligningen:

$$ \ mathrm {FC} = \ mathrm {V} – (\ mathrm {N_B} + \ frac {\ mathrm {B}} {2}) $$

Hvor $ \ mathrm {FC} $ er den formelle ladningen, $ \ mathrm {V} $ er antall valenselektroner som det aktuelle atom vanligvis har, $ \ mathrm {N_B} $ er antall ikke-bundne elektroner, og $ \ mathrm {B} $ er antallet elektroner som deles i en kovalent binding på atomet. Hvis et molekyl er stabilt, skal summen av formelle ladninger for hvert substituentatom være 0. Hvis du skulle teste dette på hver av resonansstrukturene som testen gir som svar, ville du se at dette stemmer.

Kommentarer

• ' Hvis et molekyl er stabilt, bør summen av de formelle ladningene til hvert substituentatom være 0 ' – Jeg ' skal ikke engang prøve å liste opp antall måter som setningen er feil. Selv om vi ikke forstår ' t stabil som et termodynamisk begrep, er det fortsatt galt for molekylioner.
• @Jan A molecular ion er ikke et molekyl , det er et ladet molekylær enhet og et molekyl er per definisjon nøytral. Derfor er den eneste feilen som er tilstede i den setningen, at den er overflødig, ettersom et molekyl også per definisjon alltid er minst metastabilt.

For å legge til Ringo sitt gode svar og legge til litt mer innsikt i bindingssituasjonen, utførte jeg en beregning på DF-BP86 / def2-SVP teorinivå. Siden dette er lineært molekyl, er det symmetribegrensninger. Punktgruppen er $ C _ {\ infty \ mathrm {v}} $, noe som betyr at det er degenererte orbitaler. Som vi vil se tilsvarer disse $ \ pi $ obligasjoner. Her er et bilde av valensbaneskjema:

Orbitalene 1-3 er kjerneorbitaler (1s) ved de respektive elementene. MO 4 tilsvarer en $ \ ce {ON} ~ \ sigma $ obligasjon. Det er bemerkelsesverdig at denne obligasjonen blir avlokalisert og også beskriver en del av $ \ ce {NN} ~ \ sigma $ obligasjonen. Analogt dette holder for MO 5, men omvendt. I MO 6 kan vi se tilstedeværelsen av lo ne par ved oksygen. MOs 7 og 8 beskriver to delokaliserte $ \ pi $ obligasjoner, som binder seg med hensyn til alle atomer i forbindelsen. MO 9 har hovedsakelig ensomhetskarakter og ligger ved terminal nitrogen. Tho HOMOs er også $ \ pi $ orbitaler, binding med hensyn til $ \ ce {N-N} $ og anti-bonding med hensyn til $ \ ce {O-N} $. Dette innebærer noe ensomt parkarakter for disse orbitalene også. Vær oppmerksom på at det ikke er noen orbital med ensomhetskarakter ved det sentrale nitrogenet.

Jeg analyserte videre bølgefunksjonen med den naturlige bindingsorbitale teorien. Denne metoden lokaliserer orbitalene (og elektrondensiteten) og sammenligner den med den ideelle elektrontettheten til en gitt Lewis-struktur. Høye prosenter betyr at konfigurasjonen stemmer godt overens med Lewis-konseptet.

Jeg inkluderte strukturene du har foreslått . Du kan se at mens konfigurasjon 1 ikke er en ideell Lewis-struktur, er den fortsatt enig til et visst punkt med Lewis-konseptet.Hvis noen vil gjøre en strengere tilnærming med Valence Bond-teorien, forventer jeg at denne strukturen vil ha (i det minste et mindre) bidrag til den generelle bindingssituasjonen. Den grunnleggende feilen med denne strukturen er elektronsekstetten ved terminal nitrogen, som Ringo allerede nevnte. Det positive ved denne strukturen er at den ikke trenger formelle kostnader. Jeg vil ikke betrakte denne strukturen som feil.
Den andre strukturen er imidlertid ikke riktig. Dette kan bare eksistere i en spent tilstand. Nitrogen kan ikke ha mer enn åtte elektroner som binder seg rundt.
Den tredje strukturen er den ideelle strukturen, dvs. den med høyest samsvar. Jeg forventer at det vil ha det høyeste bidraget til den totale bindingen.
Struktur 3 står for delokaliseringseffekter og er et av de viktigste bidragene til den totale resonansstabiliseringen av molekylet. I utgangspunktet kan du se karakteren av dette i MOs 7 og 8 ovenfor.
Den siste strukturen ( 5 ) prøver det samme, men for min smak er dette litt langt hentet. Det stemmer fremdeles noe med Lewis-konseptet, men som konfigurasjon 1 Jeg forventer bare et mindre bidrag.