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Similitudes y diferencias entre los tratamientos de Resonancia y MCSCF

Recientemente, ha habido un pregunta de Voldemort sobre las diferentes estructuras de resonancia de $\ce{NCO-}$ solicitando una explicación de por qué una estructura de resonancia sería más preferida que otra.

Ha habido un pequeño debate al respecto entre ron y Martin que despertó mi interés:

ron: "[...] estructura nº 1 ( $\ce{N#C-O-}$ ) es más estable (preferida) que la estructura nº 2 ( $\ce{^{-}N=C=O}$ )."

Martin - : Cuando se habla de estructuras de resonancia, creo que estable no es la palabra adecuada. Estoy de acuerdo con tu análisis en cuanto a la contribución. Por lo tanto, el nº 1 debería tener la mayor contribución de todos.

Ahora bien, aunque estoy de acuerdo con ron en que la estructura nº 1 es la estructura de resonancia más preferida (en referencia a las electronegatividades), lamento con él su actitud respecto a la "estabilidad", como hace Martin.

Pero principalmente hago esto, porque utilicé NBO6 con la palabra clave Teoría de Resonancia Natural (NRT) en los Orbitales de Enlace Natural (NBO) producidos de una función de onda optimizada MP2/6-311+G(2d) para encontrar las contribuciones de todas las estructuras de resonancia relevantes -. $66~\%~(\ce{N#C-O-})$ , $30~\%~(\ce{^{-}N=C=O})$ y $3~\%~(\ce{^{2-}N-C#O+})$ - y no porque tenga un conocimiento superior de todas las teorías subyacentes.

En mi opinión, el tema de las resonancias se parece mucho al tratamiento MCSCF de alguna función de onda VB, lo que significa que la molécula completa se describe mejor a partir de las estructuras de resonancia que contribuyen a ella.

Pasemos ahora a una comparación más completa, cuáles son las principales similitudes y diferencias entre ambas teorías y puesto que no existen, sino que forman parte de una explicación, ¿pueden calificarse de "estables" las estructuras de resonancia?

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Dan Puntos 1582

Gran pregunta: aborda la difícil tarea de conceptualizar las moléculas y cómo nuestros modelos y la jerga que utilizamos pueden causar confusión a menudo, al tiempo que ayudan a explicar fenómenos significativos.

Para empezar, es importante subrayar el hecho de que todas estas teorías son sólo modelos (como usted ha dicho, son "parte de una explicación") - intentamos describir sistemas complejos de fenómenos cuánticos de forma que nos ayuden a explicar las interacciones químicas en el experimento (y/o lo que esperaríamos entonces de los estudios computacionales). En lugar de centrarme en todas las minucias tanto de la teoría de resonancia como de la MCSCF, voy a tratar de utilizar las diferencias entre su elección de teoría orbital (VB o MO) para ayudar con esta distinción, y luego abordar los comentarios de "estable" frente a "contribución". Para más detalles sobre la teoría VB y MO, Martin - マーチン 's comentario hacia otra pregunta tiene una respuesta fantásticamente detallada, que yo recomendaría echar un vistazo a aquí por hBy2Py.

La teoría de la resonancia se basa en la VB como medio para explicar lo que ocurre en un sistema molecular, ilustrado por los dibujos vistos en química orgánica y más tarde con sistemas cada vez más complejos que se basan únicamente en esta idea de orbitales atómicos (construcciones simples localizadas alrededor de los átomos). La resonancia como concepto se aplica para ayudarnos a visualizar la idea de la deslocalización de electrones de una manera que también nos permite seleccionar "mejores" estructuras para dibujar (basadas en electronegatividades, preferencia geométrica, etc...), que coinciden con la expectativa/intuición química. Sin embargo, cuando se dibujan o se utilizan como base para un cálculo, los orbitales se limitan entonces a los que rodean al átomo (con cierta hibridación) y a cómo se solapan con los vecinos, sin mucha libertad para moldear las formas orbitales (lo que conduce a dificultades computacionales debido a la no ortogonalidad).

MCSCF, u otras teorías de interacción de configuración, se basan en la idea de MO, que amplía enormemente los tipos de orbitales utilizados al describir las interacciones de enlace entre átomos, y captura la idea de deslocalización mucho más eficazmente al hacerlo, una característica que la aplicación de la idea de "resonancia" se supone que recupera en VB, pero no lo hace tan bien como MO. No es perfecto, pero es uno de los mejores modelos hasta la fecha, y sigue siendo mejorado incluso hoy en día (o, construido, como con nuevos conjuntos de bases).

En esencia, sí, esas "estructuras de resonancia" no existen por sí mismas y, por tanto, no hay una verdadera "estabilidad" en ellas, ni en ese caso mucha "contribución", ya que sigue sin ser la imagen completa. Sin embargo, el uso de "contribución" ayuda a evite implicando que las estructuras de resonancia, dibujadas sólo para ilustrar cómo la teoría VB maneja la deslocalización, son organizaciones localizadas/exactas de los electrones y átomos en un momento particular. En la práctica, es probable que escuche intercambiar estos términos, pero es mejor tener en cuenta la idea que se intenta captar: la localización de los electrones es muy compleja, con una gama de características orbitales locales/delocales que podrían ser "las mejores" dependiendo del sistema.

Como lectura complementaria por si acaso, y como referencias para los temas tratados anteriormente:

Teoría de la resonancia Si va a la sección sobre conceptos erróneos, verá los errores más comunes que se cometen al describir la resonancia. Aquí es donde el uso de "estable" puede implicar uno de estos conceptos erróneos, y "contribución" puede ayudar un poco (pero también podría conducir a la segunda idea errónea)

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