Perché il calore dell'idrogenazione del benzene è inferiore alle aspettative?

Risposta:

Il calore dell'idrogenazione è inferiore al previsto perché il benzene è stabilizzato da risonanza.

Spiegazione:

Calori di idrogenazione

Il cicloesene ha un doppio legame e il suo calore di idrogenazione è -120 kJ / mol.

Il benzene ha tre doppi legami, quindi potremmo aspettarci che il suo calore di idrogenazione sia -360 kJ / mol.

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Tuttavia, il suo calore misurato di idrogenazione è solo -208 kJ / mol.

Il benzene è più stabile del previsto di 152 kJ / mol. Questa differenza si chiama sua energia di risonanza.

risonanza

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Possiamo scrivere due strutture di Lewis per il benzene, differendo solo nelle posizioni degli elettroni.

Ogni volta che possiamo farlo, la struttura corretta non è nessuna delle due. È un ibrido di risonanza di entrambi.

Tale struttura è più stabile di uno dei due collaboratori e la stabilizzazione aggiuntiva è chiamata energia di risonanza del composto.

La spiegazione orbitale

Possiamo comprenderlo in termini di orbitali coinvolti.

Gli atomi di carbonio nel benzene sono #"sp"^2# ibridato e non ibridato #"p"_z# gli orbitali si sovrappongono lateralmente per formare le nuvole π della #"C=C"# doppi legami.

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Tutti e sei #"p"# gli orbitali possono sovrapporsi lateralmente per formare una nuvola π "delocalizzata" di elettroni attorno all'anello.

Ogni volta che gli elettroni possono diffondersi o "delocalizzare", sono a livelli di energia più bassi.

La sovrapposizione può sembrare piccola nel diagramma sopra.

2p
(Adattato dallo scambio di stack di fisica)

Tuttavia, l'immagine sopra disegnata dal computer lo dimostra #"2p"# gli orbitali sono in realtà molto più "grassi" delle forme allungate di lacrima che di solito disegniamo, e gli atomi di carbonio sono abbastanza vicini tra loro, quindi la sovrapposizione laterale degli orbitali è piuttosto significativa.

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