Номер 3, страница 37 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

3. Что такое изомеры? Почему метан, этан и пропан не имеют изомеров?

Что такое изомеры?

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковую молекулярную формулу (то есть одинаковый качественный и количественный состав), но разное химическое строение или пространственное расположение атомов. Вследствие различий в строении, изомеры, как правило, обладают разными физическими и химическими свойствами. Явление существования таких соединений называется изомерией.

Например, для алканов характерна структурная изомерия углеродного скелета, при которой молекулы с одинаковым составом отличаются порядком соединения атомов углерода.

Почему метан, этан и пропан не имеют изомеров?

Метан, этан и пропан являются первыми тремя представителями гомологического ряда алканов и не имеют изомеров. Причина заключается в том, что число атомов углерода в их молекулах слишком мало для того, чтобы можно было создать более одного варианта углеродного скелета.

• Метан имеет формулу $CH_4$. Молекула содержит всего один атом углерода. Очевидно, что из одного атома невозможно составить различные по строению цепи.

• Этан имеет формулу $C_2H_6$. Его молекула содержит два атома углерода. Эти два атома могут быть соединены между собой только одним способом — простой связью, образуя линейную структуру $C-C$. Других вариантов соединения двух атомов углерода не существует.

• Пропан имеет формулу $C_3H_8$. В его молекуле три атома углерода. Их также можно расположить только в одну последовательную цепь: $C-C-C$. Любая попытка изобразить "разветвленную" структуру для трех атомов углерода все равно приведет к той же самой линейной цепи. Например, если средний атом соединить с первым и третьим, это будет та же самая неразветвленная цепь. Создать боковое ответвление невозможно, так как для этого требуется как минимум четыре атома углерода.

Изомерия углеродного скелета у алканов начинается только с бутана ($C_4H_{10}$), для которого уже возможно два различных варианта строения: линейный (н-бутан) и разветвленный (изобутан).

Ответ: Изомеры — это вещества, имеющие одинаковый атомный состав (молекулярную формулу), но различное строение и, следовательно, разные свойства. Метан ($CH_4$), этан ($C_2H_6$) и пропан ($C_3H_8$) не имеют изомеров, поскольку их углеродные скелеты, состоящие из одного, двух и трех атомов углерода соответственно, могут быть построены только единственным возможным способом. Возможность создания различных по строению углеродных цепей (изомерия) появляется начиная с алкана, содержащего четыре атома углерода — бутана ($C_4H_{10}$).