[科普中國(guó)]-共振能

簡(jiǎn)介

當(dāng)一個(gè)分子可以用兩個(gè)或兩個(gè)以上的Lewis結(jié)構(gòu)表示時(shí)，真實(shí)的分子結(jié)構(gòu)是所有這些Lewis結(jié)構(gòu)(也叫共振結(jié)構(gòu))所組成的共振雜化體。每個(gè)共振結(jié)構(gòu)都有能量，若以能量最低穩(wěn)定性最大的共振結(jié)構(gòu)作為標(biāo)準(zhǔn)，則共振雜化體所降低的能量叫做共振能。共振結(jié)構(gòu)能量上差別愈小，共振能愈大，共振穩(wěn)定作用也愈大。共振結(jié)構(gòu)等同時(shí)，能量相同，共振能最大，共振穩(wěn)定作用也最大。2

共振能的大小與用共振雜化體表示的分子的穩(wěn)定性有關(guān)，共振能越大，分子越穩(wěn)定。

計(jì)算方法共振能可用量子化學(xué)計(jì)算、熱化學(xué)方法、氫化熱的測(cè)定、理論計(jì)算等方法求得。

量子化學(xué)量子化學(xué)（quantum chemistry）是理論化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是應(yīng)用量子力學(xué)的基本原理和方法研究化學(xué)問(wèn)題的一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)。研究范圍包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應(yīng)等問(wèn)題。

熱化學(xué)熱化學(xué)（Thermochemistry）的測(cè)量曾對(duì)物理化學(xué)的發(fā)展起過(guò)重要作用。在現(xiàn)代，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，量熱方法得到了改進(jìn)，特別是熱測(cè)量精度的提高，熱化學(xué)在燃料、食品以及生物和藥物等領(lǐng)域仍具重要意義。熱化學(xué)的數(shù)據(jù)（如燃燒熱、生成熱等）在熱力學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究等方面都具有廣泛的應(yīng)用。熱化學(xué)，研究物理和化學(xué)過(guò)程中熱效應(yīng)規(guī)律的學(xué)科。是化學(xué)的一支，也是物理學(xué)中熱學(xué)在化學(xué)中的應(yīng)用。

計(jì)算實(shí)例共振能可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。例如，若以環(huán)己烯為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)得其氫化熱為119.6kJ·mol-，測(cè)得苯的氫化熱為208.2kJ·mol。若假想苯分子存在三個(gè)孤立雙鍵，其氫化熱應(yīng)為環(huán)己烯氫化熱的3倍，即3×119.6=358.8(kJ·mol-1)。而苯分子實(shí)際上是主要包含兩個(gè)共振結(jié)構(gòu)的共振分子，其進(jìn)行氫化反應(yīng)時(shí)要少放出358.8-208.2=150.6(kJ·mol)的能量，此能量即為破壞苯的共振分子的共振雜化體所消耗的能量，也就是苯分子的共振能。 2

核科學(xué)方面定義符號(hào)為Er，Eres，在靶核的參考系統(tǒng)中，入射粒子引起某種共振核反應(yīng)時(shí)的動(dòng)能。核反應(yīng)和電離輻射的量。SI單位：J(焦〔耳〕)。并用的非SI單位：eV(電子伏)。1 eV= (1.602 177 33±0.000 000 49)×10-19J。該量通常以電子伏為單位。3

其他相關(guān)概念共振論共振論是美國(guó)化學(xué)家L·鮑林提出的一種分子結(jié)構(gòu)理論。20世紀(jì)30年代初，人們發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)如臭氧和苯的分子，不能用單一的經(jīng)典價(jià)鍵結(jié)構(gòu)來(lái)描述，而是要用幾種不同的經(jīng)典價(jià)鍵結(jié)構(gòu)組合起來(lái)才能描述。鑒于此，鮑林于1931年首次提出： 有些分子的真正結(jié)構(gòu)是兩個(gè)或兩個(gè)以上的經(jīng)典價(jià)鍵結(jié)構(gòu)式共振的結(jié)果。1938年，在《化學(xué)鍵的本質(zhì)》中系統(tǒng)闡述了共振論的基本內(nèi)容，要點(diǎn)是：（1）分子的真實(shí)基態(tài)不能用經(jīng)典價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中的任何一個(gè)來(lái)表示，但卻可以用它們的組合來(lái)描述，其中每一結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)的大小取決于該結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和穩(wěn)定度； 因此，一個(gè)分子應(yīng)被描述為幾個(gè)價(jià)鍵結(jié)構(gòu)之間的共振。（2）對(duì)一個(gè)完整分子體系的研究，既要考慮到相鄰原子之間的相互作用(定域作用)，又要考慮到非相鄰原子之間的相互作用 （離域作用）； 價(jià)鍵或價(jià)電子的離域作用，叫做“結(jié)構(gòu)共振”；由離域作用產(chǎn)生的使分子額外穩(wěn)定的能量，稱(chēng)為“共振能”。（3）按照量子力學(xué)方程用體系的正確基態(tài)函數(shù)計(jì)算出來(lái)的能值，要比用任何其他提得出的波函數(shù)算出的值低些；在所有可能構(gòu)想得出的結(jié)構(gòu)中，那個(gè)給予體系以最大穩(wěn)定度的結(jié)構(gòu)，正是這個(gè)體系的真正基態(tài)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用共振論可以解釋許多結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，有時(shí)還可以預(yù)知反應(yīng)的大致歷程。共振論具有直觀性強(qiáng)和易于應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展史中占據(jù)了大約20—30年的統(tǒng)治地位，有著廣泛的影響。但是科學(xué)界對(duì)能否用化學(xué)共振作為分子結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)一直有爭(zhēng)論。4

共振能級(jí)兩個(gè)系統(tǒng)(如核子和核)之間的碰撞所形成的能級(jí)。處在共振能級(jí)的原子，能夠把所增加的能量輻射出去，而直接回到它的正常能級(jí)。5

共振轉(zhuǎn)移指通過(guò)能量供體和能量受體間的共振機(jī)理而實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)移。如生物體中經(jīng)常發(fā)生敏化熒光、濃度淬滅及雜質(zhì)淬滅等現(xiàn)象。此種轉(zhuǎn)移的實(shí)現(xiàn)，要求供體和受體間的距離不超過(guò)5× 10～1×10m。換言之，如生物分子間發(fā)生了共振轉(zhuǎn)移，說(shuō)明轉(zhuǎn)移能量分子間的距離在10m以?xún)?nèi)。因此，共振轉(zhuǎn)移的能否實(shí)現(xiàn)就成為衡量生物分子間距離的一個(gè)尺度，從而產(chǎn)生“光譜尺”這一概念。6

核磁共振成象是一種生物磁自旋成象技術(shù)。在這種技術(shù)中，先利用外界磁場(chǎng)標(biāo)定人體層面的位置，再用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行照射，使被標(biāo)定層面的原子核受激發(fā)而產(chǎn)生核磁共振。當(dāng)無(wú)線(xiàn)電波停止發(fā)射后，被激發(fā)的原子核恢復(fù)至激發(fā)前狀態(tài)，同時(shí)將吸收的能量釋放。被釋放的能量可由探測(cè)器測(cè)知，然后經(jīng)電子計(jì)算機(jī)編碼，以確定所測(cè)平面上核磁的分布，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即可得到該層面的體層影象。7