Номер 2, страница 186 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

2. На рисунке приведены модели молекул муравьиной и уксусной кислот:

Укажите типы гибридизации атомов углерода в молекулах этих соединений и приблизительные значения валентных углов.

Решение

Для определения типа гибридизации атома углерода необходимо подсчитать количество окружающих его электронных доменов (сигма-связей, $\sigma$-связей, и неподеленных электронных пар). Сумма этих доменов определяет тип гибридизации и геометрию молекулы. Так, если сумма равна 4, это $sp^3$-гибридизация (тетраэдрическая геометрия, валентные углы около $109.5^\circ$); если сумма равна 3, это $sp^2$-гибридизация (тригонально-планарная геометрия, валентные углы около $120^\circ$); если сумма равна 2, это $sp$-гибридизация (линейная геометрия, валентный угол $180^\circ$).

Муравьиная кислота (HCOOH)

Молекула муравьиной кислоты изображена слева. В ней содержится один атом углерода (серый шарик). Этот атом образует три $\sigma$-связи: одну с атомом водорода (белый шарик), одну с атомом кислорода гидроксильной группы (-OH) и одну с другим атомом кислорода (в составе двойной связи C=O). Двойная связь состоит из одной $\sigma$- и одной $\pi$-связи, но для определения гибридизации учитывается только как один электронный домен. Неподеленных электронных пар на атоме углерода нет.

Таким образом, вокруг атома углерода находятся 3 электронных домена (3 $\sigma$-связи), что соответствует $sp^2$-гибридизации. Атомы, связанные с этим углеродом, лежат в одной плоскости (тригонально-планарная геометрия). Приблизительные значения валентных углов (H-C-O и O-C-O) составляют $120^\circ$.

Ответ: В молекуле муравьиной кислоты атом углерода находится в состоянии $sp^2$-гибридизации, валентные углы приблизительно равны $120^\circ$.

Уксусная кислота (CH₃COOH)

Молекула уксусной кислоты изображена справа. В ней содержатся два атома углерода, которые необходимо рассмотреть отдельно.

1. Атом углерода в метильной группе (-CH₃): Этот атом (левый в модели) связан с тремя атомами водорода и одним атомом углерода четырьмя одинарными ($\sigma$-) связями. Неподеленных электронных пар у него нет. Общее число электронных доменов равно 4, что соответствует $sp^3$-гибридизации. Геометрия этого фрагмента — тетраэдрическая, а валентные углы (H-C-H, H-C-C) приблизительно равны $109.5^\circ$.

2. Атом углерода в карбоксильной группе (-COOH): Этот атом (правый в модели) по своему окружению аналогичен атому углерода в муравьиной кислоте. Он образует 3 $\sigma$-связи (с метильной группой -CH₃, с гидроксильной группой -OH и с карбонильным кислородом =O). Неподеленных электронных пар нет. Общее число электронных доменов равно 3, что соответствует $sp^2$-гибридизации. Геометрия вокруг этого атома — тригонально-планарная, а валентные углы (C-C-O и O-C-O) приблизительно равны $120^\circ$.

Ответ: В молекуле уксусной кислоты атом углерода метильной группы (-CH₃) находится в состоянии $sp^3$-гибридизации (валентные углы около $109.5^\circ$), а атом углерода карбоксильной группы (-COOH) — в состоянии $sp^2$-гибридизации (валентные углы около $120^\circ$).