Cada libro de texto de química introductoria, orgánica y inorgánica, después de presentar o revisar el uso de estructuras de Lewis para describir la unión covalente, tiene que lidiar con los casos en los que las estructuras individuales de Lewis no son suficientes (por ejemplo, anillos de benceno, grupos nitro, iones de carbonato) . Estos casos generalmente se tratan en términos del concepto de la resonancia, se introduce en el pensamiento y terminología química por Pauling en la década de 1930. Inmediatamente después de la explicación de libros de texto de lo que es la resonancia viene una (con frecuencia más tiempo) discusión de lo que no lo es; es decir, no existen las estructuras como dibujados; no se interconvierten; no hay oscilación, y así sucesivamente. La necesidad sentida por los autores para contradecir las implicaciones o connotaciones de las palabras y los símbolos que se utilizan para describir la resonancia (por ejemplo, la estructura de resonancia, resuene, la flecha de dos puntas ↔) atestigua el hecho de que la propia terminología es un problema. A pesar de los esfuerzos de los autores en la explicación, los instructores del salón de clases a menudo encuentran que los estudiantes todavía están confundidos cuando se encuentran con este concepto, incluso para la segunda o tercera vez. En consecuencia, los instructores dedicados tratan varias veces para llegar a la mejora de las analogías o metáforas para ayudar a transmitir el concepto (1). Sin embargo, muchos estudiantes se ven obstaculizados en su comprensión del concepto de la terminología que utilizamos. Irónicamente, los estudiantes que carecen de conocimiento preexistente o que no buscan conexiones entre áreas de conocimiento son sin problemas, a diferencia de aquellos que están tratando de traer su conocimiento preexistente del significado de la resonancia (de la física o las metáforas lingüísticas) para influir en la lección . Estos últimos estudiantes encuentran la frustración en lugar de alentar su comportamiento merece. Ya que ni hoy proponemos una interpretación literal del término de resonancia (No hay oscilación de ningún tipo, ni la frecuencia caracterizable), está claro que el término debe haber surgido como una especie de metáfora (o un error).

Un cuadro celebró nos cautiva. Y no pudimos conseguir fuera de ella, ya que estaba en nuestro lenguaje, y el lenguaje que parecía repetir a nosotros inexorablemente. -L. Wittgenstein (2, 3)

Una de las consecuencias de los símbolos que tratan demasiado icónica puede ser la de permitir propiedades irrelevantes del símbolo para entrometerse en nuestra percepción de los acontecimientos. Esta es una parálisis inducida metafóricamente: una representación particular sirve como el único vehículo por el cual llegamos a comprender el tema que nos ocupa. Representaciones no sirven necesariamente funciones metafóricas para sus usuarios ... Cuando actúan metafóricamente, sin embargo, son tan propensos a ocultar como para revelar. (3)

En este artículo, examino cómo el término resonancia entró en uso generalizado en química, donde la metáfora viene, y la evolución que la terminología de la resonancia se sometió. También propongo la adopción de un texto alternativo que exprese más claramente el significado pretendido, evitando las connotaciones que distraen de la resonancia.HistoriaEl uso de múltiples estructuras para representar compuestos con (lo que ahora llamamos) unión deslocalizado (4) fue iniciado en Alemania por Arndt (5) y en Gran Bretaña por Ingold (6). Sus ideas se basan esencialmente en

la intuición química. En los Estados Unidos, Pauling (7, 8) en sus aplicaciones pioneras de los principios de la mecánica cuántica a la química, llegó a una descripción similar desde un punto de partida diferente.Considerando que los conceptos de la descripción de una sola sustancia en términos de múltiples estructuras pueden no han diferido significativamente, la terminología hizo. Arndt acuñó el término Zwischenstufe para la estructura híbrida, mientras Ingold optó por el término equivalente (derivado del griego) mesomer. Propuso que el concepto de los términos efecto mesomérico o mesomería. El mesomerie afines término entró en uso en francés y alemán. Pauling prefiere la resonancia plazo, derivado de la teoría de enlace de valencia (ver más abajo). Pauling y Ingold eran muy conscientes de la terminología de cada uno, y cada uno ofrece razones para rechazar la propuesta alternativa:

Dado que el sistema de resonancia no tiene una estructura intermedia entre los que participan en la resonancia, pero en su lugar una estructura que se cambia aún más por la estabilización por resonancia, prefiero no usar la palabra 'mesomería, "sugerido por Ingold, por el fenómeno de resonancia. -L. Pauling (9)

Pauling describe el fenómeno con el nombre de 'resonancia', que, como es bien sabido, se basa en la analogía matemática entre la resonancia mecánica y el comportamiento de las funciones de onda en fenómenos de cambio de la mecánica cuántica. No parece, sin embargo, de ser cierta posibilidad de que este método de descripción puede sugerir una analogía que nunca se ha pretendido. -DO. K. Ingold (6)

El argumento de Pauling confunde los conceptos de estructura y energía. Además, su resonancia término elegido se deriva de una analogía con osciladores acoplados, que también carece de implicaciones energéticas: "No hay análogo cierre clásico de energía de resonancia" (10). Así que ni término incluye una referencia explícita a consideraciones de energía, lo que debilita el argumento de Pauling. Para su uso en la discusión de la estructura (es decir, la geometría) del híbrido, el argumento de Ingold parece la más convincente. Su reconocimiento del aspecto oscilatoria gratuito de la analogía es profética de la posterior experiencia de generaciones de estudiantes.

EvoluciónEs instructivo examinar cronológicamente la evolución de la terminología de resonancia de su introducción inicial por Heisenberg (11). En el tratamiento de la gama de helio, con sus dos electrones intercambiables, utilizó una analogía con el caso clásico péndulo acoplada, que él extendió posteriormente a sistemas moleculares. En este último contexto, la analogía es que la oscilación del péndulo, ya sea por sí sola es un estado inestable. Los estados estables corresponden a las coordenadas normales del sistema, que condujeron a en fase y fuera de fase de las oscilaciones. Las fortalezas y limitaciones de esta analogía se delinearon posteriormente en detalle por Wheland (12). En su aplicación anticipada de la mecánica cuántica a sistemas químicos, Pauling (7a) reiteró este tratamiento del átomo de helio excitado y de H2 +. Al resumir sus resultados en el último sistema, dijo, El cálculo perturbación correcta difiere de la ingenua en que implica la consideración del fenómeno de intercambio o la resonancia, y conduce a una atracción ... Nosotros por lo tanto vemos que el hecho de que el

electrón puede saltar de un núcleo a la otra, en otras palabras, se comparte entre los dos núcleos-es principalmente responsable de la formación de la molécula H2-ion + H + y de H.

Esta mezcla de lenguaje dinámico y estático (tanto saltar y compartir) es característico de los primeros escritos de Pauling. En 1931, Pauling se embarcó en la publicación de una serie de artículos sobre la "naturaleza del enlace químico" (7). (Aquí denominado BCN). En estos artículos, extendió su aplicación de la teoría del enlace de valencia a una variedad de sistemas químicos. En BCN I (7b) Pauling la conclusión de que "el fenómeno de resonancia característica de la mecánica cuántica, que produce la unión estable de la molécula de hidrógeno, siempre se produce con dos electrones [que cambian lugares ... Por lo tanto podemos esperar encontrar bonos de pares de electrones girando a menudo. "En BCN II (7c) que trataba de uno y tres enlaces de electrones. En el caso de NO2, se ofreció como limitantes de estructuras,

O N O y O N O

diciendo: "éstos deben tener casi la misma energía, y por lo tanto deben interactuar para dar una estructura con una fianza de tres electrones ... (Los átomos de oxígeno no son no equivalentes, para el doble enlace cambia de lugar regularmente con el enlace sencillo y tres electrones. ) "Es curioso que en este momento en el desarrollo del concepto de resonancia, Pauling no parece estar preparado para proponer estructuras que limitan con el doble enlace de la izquierda. Por un lado, se utiliza un lenguaje estático para indicar la formación de "una estructura"; en el otro, se utiliza un lenguaje dinámico para indicar la equivalencia de los dos oxígenos.En 1932, BCN III (7d) trató iónica frente enlace covalente. Pauling llegó a la conclusión de que ni fórmula electrónica solo se puede asignar la molécula, pero en lugar de ambos, con un solo tal vez más importante que el otro. La molécula puede ser descrito como rápida fluctuación entre las dos fórmulas electrónicos, y el logro de la estabilidad mayor que la de cualquiera de las fórmulas a través de la "energía de resonancia 'de esta fluctuación. En esta interpretación descaradamente dinámica de resonancia, la energía de resonancia parece considerarse equivalente a la energía cinética del movimiento. Sin embargo, en el mismo artículo se procedió a describir CO en términos de un solo estado híbrido con el vínculo intermedio entre dobles y triples.Pauling (con Wheland como coautor) en BCN V (7f) centró su atención en 1933 a la química orgánica, abordando el caso notorio de benceno y sus derivados (13). En este artículo la discusión de la resonancia se desplazó de intercambios de uno y dos electrones (como la raíz de unión en general) a la generación de una estructura híbrida de las estructuras individuales de Lewis en el sentido moderno. La idea fue expresada constantemente en términos de "resonancia del benceno entre las dos estructuras de Kekulé equivalentes" y "el fenómeno de resonancia." 1 Puesto que el debate se centró en las estructuras que limitan más que el híbrido, un lector bien podría haber interpretado en términos de estructuras reales sometidos a una rápida interconversión oscilante como el de los péndulos que interactúan. Además de contribuir a una lectura de este tipo es el uso de la resonancia como un verbo en BCN VI (7 g), más tarde ese año. Moléculas representables por "una función propia correspondiente a una única estructura de tipo Lewis" se caracterizaron como "no resonante", mientras

que aquellos que requieren "una combinación lineal de varias de tales funciones propias" wer e "dice que resonará entre las estructuras electrónicas correspondientes." No sólo eran estructuras dijeron a resonar, pero también lo eran los bonos, como en "compuestos con un doble enlace de resonancia". Se calcularon las energías de resonancia (ya no entre comillas como en BCN III) para muchos sistemas orgánicos conjugados y grupos funcionales. Curiosamente, NCB VII apenas utiliza los términos resonancia o resuenan excepto en el contexto de energía de resonancia. La fuente de la estabilización se describe diversamente como conjugación o deslocalización.A mediados de la década de 1930, los principales esfuerzos de Pauling en la educación o la propaganda del mundo químico en el valor de los conceptos de la mecánica cuántica en la química desplazaron a la publicación de libros. En 1935 apareció Pauling y Wilson (8), "un libro de texto de la mecánica cuántica prácticos para el químico". Aquí, como en el desarrollo histórico (11), el desdoblamiento de los niveles de energía del átomo de helio emocionados proporcionó la primera instancia para la introducción de la resonancia: "podemos describirlo como resultante del fenómeno de resonancia de la mecánica cuántica." Artículo 41 (de un total de 54) de resonancia detallada, por primera vez en la mecánica clásica a continuación en la mecánica cuántica. Durante el uso de la palabra fenómeno ("un acontecimiento o hecho que es directamente perceptible por los sentidos"; ref 14) para describir la resonancia, los autores reconocieron su artificialidad, diciendo: La costumbre ha surgido de la descripción de esta formación de combinaciones lineales en determinados casos como correspondiente a la resonancia en el sistema. En un estado estacionario dado, se dice que el sistema resuenan entre los estados o las estructuras correspondientes a los elegidos inicialmente ... Si esta descripción se aplica o no dependerá de la importancia de las funciones iniciales de onda parecen el investigador, o lo conveniente esta descripción es en su discusión. (10) Comodidad, por supuesto, es un criterio idiosincrásica; lo que es conveniente para la persona que realiza cálculos en un sistema puede ser cualquier cosa, pero conveniente para una persona que trata de entender los resultados. Y cuando los autores utilizaron el lenguaje dependiente del tiempo para describir lo que está destinado a ser un estado de equilibrio, sembraron la confusión: "En consecuencia, es natural para nosotros ... describir el sistema acoplado en estos estados estacionarios como resonando entre los estados A y B, con el 2f frecuencia de resonancia. "Volviendo a continuación a las moléculas, Pauling y Wilson tomaron "resonancia entre dos o más estructuras de valencia-bonos." Ellos tomaron la molestia de colocar el concepto de resonancia en la corriente principal de la teoría estructural orgánica en lugar de presentarlo como una intrusión de la mecánica cuántica: La introducción de la concepción de la resonancia ha permitido la imagen del enlace de valencia para ser ampliado para incluir los casos previamente anómalas ... el uso del término resonancia es un esfuerzo para ampliar la utilidad de la imagen de valencia, que de otra manera se encontró que una forma imperfecta de describir el estado de muchas moléculas. (15) El énfasis continuó siendo sobre las estructuras limitantes en lugar de en el híbrido. La artillería pesada de la campaña de Pauling para hacer resonancia del idioma de elección para la descripción estructural fue el libro La naturaleza del enlace químico, que finalmente apareció en tres ediciones, en 1940, 1945 y 1960. Los dos primeros, escrita en 1938 y 1940 , difería pero ligeramente. Por lo tanto, me limitaré mis comentarios a la segunda edición (9), NCB2. El tratamiento de la resonancia

era no matemática, pero por lo demás siguió la de Pauling y Wilson. Sin embargo, se presenta como el concepto de resonancia en lugar de el fenómeno. Pauling admitido que "la analogía [mecánica] no proporciona una explicación no matemática simple de una característica más importante de la resonancia de la mecánica cuántica en sus aplicaciones químicas, el de la estabilización del sistema por la energía de resonancia, sin embargo, y no vamos a perseguir aún más. "Sin embargo, elegido el idioma," resonancia de una molécula entre varias estructuras de valencia-bonos "ha seguido imponiendo la analogía en generaciones de estudiantes. En una nota al pie en NCB2 (16), Pauling, citando Arndt y Eistert (17), que también introdujo el simbolismo ya familiar de la flecha de dos puntas, ↔, uniéndose a las estructuras limitantes. (Él había utilizado anteriormente una coma o la palabra "y" entre las estructuras.) En realidad, este símbolo puede ya haber estado en uso informal, ya que también había aparecido, sin comentario, en un trabajo anterior por Bury (18). Mientras que él no hizo ningún comentario sobre el uso del símbolo, Bury estaba pensando claramente en términos de interconversión de sus estructuras limitantes: "el cambio de una forma a la otra implica el movimiento de sólo electrones, pero no hay movimiento de los átomos. Además, es de esperar una oscilación como:. No es más que un ejemplo de la resonancia "Este símbolo, al parecer basado en una idea falsa, sigue centrando la atención de los estudiantes en las estructuras contribuyentes y su supuesta interconversión más que en la estructura híbrida de bienes .