2. Les avancées de Kekulé et de Lewis
En 1865, Friedrich August Kekulé von Stradonitz émit l'hypothèse que les molécules dites aromatiques avaient en commun le cycle benzénique C6A6, où A est un atome quelconque. La notion de molécule cyclique, d'une chaîne refermée sur elle-même, venait élargir le champ de la structure moléculaire. L'hypothèse de Kekulé allait de pair avec la structure qu'il avançait pour la molécule de benzène C6H6, où devaient alterner selon lui liaisons carbone-carbone simples (C–C) et doubles (C=C). Il devint tout de suite évident à Kekulé qu'il lui fallait postuler la coexistence de deux formules de ce type : si on numérote les atomes de carbone à la suite, de 1 à 6, la première formule de Kekulé peut se représenter C1–C2 et la seconde C1=C2.
Cette coexistence serait-elle un équilibre avec basculement alternativement d'une formule de Kekulé vers l'autre ? Telle fut la position initiale du chimiste allemand. Elle s'avéra intenable. Ses contemporains lui firent valoir que le dénombrement des isomères qu'on avait pu isoler, à la suite de la substitution du cycle benzénique, c'est-à-dire du remplacement d'un ou plusieurs atomes H par un ou des atomes A, exclut un tel équilibre. Un seul dérivé C6H5A est observé, et non deux. De même, on ne connaît que trois dérivés C6H4A2, trois dérivés C6H3A3, etc. Dès le début des années 1870, les chimistes admirent, sans le comprendre, qu'il leur fallait faire intervenir ensemble et simultanément les deux formules de Kekulé pour rendre compte de la structure du benzène.
Cette constatation empirique prévalut jusque vers 1930, aux débuts de la mécanique quantique et de ses toutes premières applications à la chimie. Entre-temps, les chimistes avaient appris de Gilbert Newton Lewis, depuis 1916, à écrire des formules faisant intervenir le décompte des électrons présents dans une molécule, qu'il s'agisse de paires d'électrons engagés dans des liaisons ou pas.
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