Номер 3, страница 42 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

3. Алкан, имеющий неразветвлённую цепь из шести атомов углерода, называется н-гексан. Составьте структурную формулу н-гексана. Почему углеродная цепь молекулы н-гексана не является прямой линией, а имеет форму ломаной линии? Может ли углеродная цепь молекулы н-гексана принимать другие пространственные формы?

Структурная формула н-гексана

н-Гексан — это алкан, который относится к классу насыщенных углеводородов. Его общая формула соответствует формуле алканов $C_n H_{2n+2}$. Поскольку в цепи шесть атомов углерода (n=6), молекулярная формула н-гексана — $C_6H_{14}$. Приставка "н-" (нормальный) означает, что углеродная цепь является неразветвленной.

Сокращенная структурная формула н-гексана:

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

Полная (развернутая) структурная формула, показывающая все связи:

H H H H H H
|
H - C - C - C - C - C - C - H
| |
H H H H H H

Ответ: Структурная формула н-гексана $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$.

Почему углеродная цепь молекулы н-гексана не является прямой линией, а имеет форму ломаной линии?

Углеродная цепь в молекуле н-гексана имеет форму ломаной (зигзагообразной) линии из-за гибридизации атомов углерода. В алканах, включая гексан, каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что четыре гибридные орбитали каждого атома углерода направлены к вершинам тетраэдра. В результате валентный угол между связями C-C-C составляет не $180^\circ$ (что соответствовало бы прямой линии), а приблизительно $109.5^\circ$ (тетраэдрический угол). Такое пространственное расположение связей и приводит к формированию зигзагообразной, а не линейной углеродной цепи.

Ответ: Углеродная цепь н-гексана имеет форму ломаной линии, потому что атомы углерода в ней находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации, что обуславливает тетраэдрическое направление химических связей с валентным углом около $109.5^\circ$.

Может ли углеродная цепь молекулы н-гексана принимать другие пространственные формы?

Да, может. Простые (одинарные) связи C-C в молекуле н-гексана являются сигма-связями ($\sigma$-связями), вокруг которых возможно практически свободное вращение. Это вращение позволяет углеродной цепи принимать множество различных пространственных форм, которые называются конформациями или поворотными изомерами (конформерами). Зигзагообразная форма является лишь одной из возможных конформаций (наиболее энергетически выгодной, так называемая "анти"-конформация). За счет вращения вокруг связей молекула может изгибаться, скручиваться и принимать другие, менее устойчивые формы (например, "гош"-конформации), вплоть до свернутых, напоминающих клубок. При комнатной температуре эти конформации постоянно переходят одна в другую.

Ответ: Да, благодаря свободному вращению вокруг одинарных связей C-C, углеродная цепь н-гексана может принимать множество различных пространственных форм (конформаций).