La résonance fait référence à des structures qui ne sont pas facilement représentées par une structure à points d’électrons unique, mais qui sont des intermédiaires entre deux ou plusieurs structures dessinées.
La résonance est facilement mal comprise en partie à cause de la façon dont certains manuels de chimie tentent d’expliquer le concept. En science, les analogies peuvent aider à la compréhension, mais les analogies ne doivent pas être prises trop littéralement. Il est parfois préférable d’utiliser des analogies pour introduire un sujet, mais ensuite expliquer les différences et les complications inévitables comme des détails supplémentaires sur un sujet compliqué. C’est le cas pour la résonance.
Tout comme les principes entropiques ne peuvent pas être appliqués à des molécules individuelles, il est impossible de dire si une molécule individuelle donnée avec une structure de résonance est littéralement dans une configuration ou une autre. La situation réelle à l’échelle moléculaire est que chaque configuration de la molécule contribue en pourcentage aux configurations possibles, ce qui entraîne un « mélange » des structures possibles. Les changements de forme moléculaire se produisent si rapidement, et à une échelle si minuscule, que les emplacements physiques réels des électrons individuels ne peuvent pas être connus avec précision (en raison du principe d’incertitude de Heisenberg). Le résultat de toute cette complexité est simplement ceci: les molécules avec des structures de résonance sont traitées comme des mélanges de leurs formes multiples, avec un pourcentage de probabilité plus élevé donné aux configurations les plus stables.
Les noyaux des atomes ne bougent pas lorsqu’ils sont représentés par des dessins de structure de résonance. Au contraire, les électrons sont représentés comme s’ils se déplaçaient à la place. La vraie situation est que personne ne peut dire avec certitude où se trouve exactement un électron individuel à un moment précis, mais la localisation de l’électron ne peut être exprimée que par une probabilité. Ce qu’une structure de points montre en fait, c’est où se trouvent presque certainement les électrons, donc les structures de résonance indiquent une scission dans ces mêmes probabilités. Les chimistes sont absolument certains de la localisation des électrons lorsqu’un carbone lie quatre hydrogènes (méthane), mais il est moins certain de la localisation précise d’un électron donné lorsque six carbones lient six hydrogènes dans une structure annulaire (benzène). La résonance est une expression de cette incertitude, et est donc la moyenne des emplacements probables.
Les structures de résonance se stabilisent dans les molécules car elles permettent aux électrons d’allonger leurs longueurs d’onde et ainsi de réduire leur énergie. C’est la raison pour laquelle le benzène (C6H6) a une chaleur de formation plus faible que ne le prédisent les chimistes organiques, sans tenir compte de la résonance. D’autres molécules aromatiques ont une stabilité similaire, ce qui conduit à une préférence entropique globale pour l’aromaticité (un sujet qui sera entièrement traité dans un chapitre ultérieur). La stabilité de résonance joue un rôle majeur en chimie organique en raison de la plus faible énergie de formation des molécules résonantes, de sorte que les étudiants en chimie organique doivent comprendre cet effet et pratiquer le repérage de molécules stabilisées par des formes résonantes.
Dans les structures de Lewis ci-dessus, le carbonate (CO32-) a une structure de résonance. En utilisant des procédures de laboratoire pour mesurer la longueur de liaison de chaque liaison, nous ne constatons pas qu’une liaison soit plus courte que les deux autres (rappelez-vous, les liaisons doubles sont plus courtes que les liaisons simples), mais que toutes les liaisons ont la même longueur quelque part entre la longueur des liaisons doubles et simples typiques.
