¿Cómo contribuye el orden de enlace 1,5 del ozono a su inestabilidad?

Question

No entiendo por qué el ozono es tan inestable. Me han dicho que es porque tiene un orden de enlace fraccionario. Sin embargo, esto no tiene sentido para mí. ¿Los órdenes de enlace fraccionarios no significan resonancia y la resonancia no estabiliza el ozono?

Answer 1

Es importante tener en cuenta que la estabilidad es siempre una relativa juicio. Las cosas son estables o no sólo con respecto a aquello en lo que podrían convertirse. Así que sólo decimos que el ozono es "inestable" porque puede y se descompone fácilmente en oxígeno (O2) si se le da la oportunidad. En cierto sentido podría ser incluso más correcto decir que lo importante aquí es la estabilidad del O2 (que se deriva de su fuerte doble enlace). Si el O2 no fuera posible, o tuviera una energía significativamente mayor, entonces diríamos que el O3 es más "estable" simplemente porque no tendría nada en lo que pudiera convertirse tan fácilmente, por lo que se quedaría más tiempo. Así que la "estabilidad" es no sólo una propiedad de una molécula, sino una propiedad de esa molécula más todas las demás moléculas en las que podría convertirse.

Un ejemplo famoso de esto es la gran estabilidad del N2 (con su fuerte triple enlace), lo que significa que ciertos compuestos (como el TNT o el nitrato de amonio) con átomos de nitrógeno en estados de oxidación más altos (por ejemplo, unidos a átomos de O) pueden descomponerse fácilmente en productos que incluyen N2 y O2, produciendo mucha energía. Es decir, son buenos explosivos, y se puede considerar que esto proviene de la fuerte estabilidad de las moléculas de O2 y N2. (Esto es algo parecido al argumento de la química orgánica de que el pKa de un ácido depende en gran medida de la estabilidad de su base conjugada, aquella en la que se puede convertir. Cuanto más estable sea la base, mayor será el pKa, es decir, menos "estable" será el ácido).

Dicho esto, el orden fraccionario de los enlaces sugiere, en efecto, la existencia de una resonancia, ya que sugiere la incapacidad de una única estructura de Lewis para describir la molécula con precisión. Y, efectivamente, el O3 necesita dos estructuras de resonancia para describirlo. También es correcto decir que la resonancia estabiliza una molécula, pero, de nuevo, con respecto a qué ? En general, la respuesta es "con respecto a una molécula similar (quizás hipotética) que no tenga resonancia". Así que el O3 es más estable (debido a la resonancia) que alguna hipotética molécula de O3 atrapada en una de las estructuras de resonancia del O3. Todavía puede ser "inestable" para la mayoría de los propósitos, sólo es menos inestable que este hipotético O3 no resonante.

Answer 2

Un orden de enlace fraccionario no significa resonancia, es sólo un parámetro obtenido a partir de la teoría de orbitales moleculares que da cuenta de la diferencia en la población de electrones en los orbitales de enlace y antienlace. Por ejemplo, se puede utilizar el orden de enlace para explicar, en comparación, por qué el oxígeno (gas) es más estable que el ozono, pero no se puede utilizar para predecir la estabilidad del ozono por sí mismo.