Номер 3, страница 112 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

3. Напишите структурную формулу ближайшего гомолога бензола — толуола.

Сколько атомов углерода в молекуле толуола лежит в одной плоскости?

Напишите структурную формулу ближайшего гомолога бензола — толуола.

Решение

Гомологи — это вещества, принадлежащие к одному классу (в данном случае, арены), которые имеют сходное химическое строение, но отличаются друг от друга на одну или несколько групп $-CH_2-$. Бензол ($C_6H_6$) является простейшим представителем ароматических углеводородов.

Ближайший гомолог бензола образуется путем замены одного атома водорода в молекуле бензола на простейшую алкильную группу — метильную ($-CH_3$). Полученное соединение называется толуол (или метилбензол). Его молекулярная формула — $C_7H_8$, а структурная формула — $C_6H_5CH_3$.

Структурная формула толуола, показывающая бензольное кольцо, связанное с метильной группой:

Ответ: структурная формула толуола представлена на рисунке выше.

Сколько атомов углерода в молекуле толуола лежит в одной плоскости?

Решение

Чтобы определить количество атомов углерода, лежащих в одной плоскости, необходимо рассмотреть гибридизацию атомов в молекуле толуола.

1. Все шесть атомов углерода в бензольном кольце находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Это приводит к образованию плоской гексагональной структуры, где все шесть атомов углерода лежат в одной плоскости. Углы между $\sigma$-связями в кольце составляют 120°.

2. В молекуле толуола к одному из атомов углерода кольца ($C_{кольца}$) присоединена метильная группа. Этот $C_{кольца}$ также находится в $sp^2$-гибридизации. Три его $\sigma$-связи (две с соседними атомами углерода в кольце и одна с атомом углерода метильной группы) располагаются в одной плоскости.

3. Из этого следует, что атом углерода метильной группы ($C_{метил}$), который напрямую связан с $C_{кольца}$, также должен лежать в той же плоскости, что и все бензольное кольцо.

Таким образом, 6 атомов углерода бензольного кольца и 1 атом углерода метильной группы лежат в одной и той же плоскости. Всего получается 7 копланарных атомов углерода. (Стоит отметить, что атомы водорода метильной группы не лежат в этой плоскости, так как атом углерода $-CH_3$ имеет $sp^3$-гибридизацию и тетраэдрическую геометрию).

Ответ: в молекуле толуола 7 атомов углерода лежат в одной плоскости.