Лабораторный опыт 1, страница 43 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Лабораторный опыт 1

Изготовление шаростержневых моделей молекул углеводородов

Из предложенного комплекта шаров и стержней соберите модели молекул метана, этана, пропана, н-бутана и н-пентана.

В молекулах алканов легко происходит вращение вокруг связей углерод-углерод (видео 7.1). Благодаря этому, углеродная цепь молекул алканов может принимать различные пространственные формы. Путём вращения вокруг связей углерод-углерод придайте шаростержневой модели молекулы н-пентана пространственные формы, представленные на рисунке:

Видео 7.1.
Вращение вокруг
связи $C—C$

Шаростержневые модели молекулы н-пентана

Нарушается ли последовательность соединения атомов в молекуле при вращении вокруг связей углерод-углерод? Являются ли структуры, представленные на рисунке, изомерами?

Соберите шаростержневые модели изомеров н-пентана. Можно ли получить эти модели, исходя из модели н-пентана, путём вращения вокруг связей углерод-углерод?

Нарушается ли последовательность соединения атомов в молекуле при вращении вокруг связей углерод-углерод? Являются ли структуры, представленные на рисунке, изомерами?

При вращении вокруг простых (одинарных) связей углерод-углерод ($C-C$) последовательность соединения атомов в молекуле не нарушается. Вращение не приводит к разрыву химических связей, а лишь изменяет взаимное расположение атомов или групп атомов в пространстве. В результате этого вращения одна пространственная форма молекулы (конформация) переходит в другую.

Структуры, представленные на рисунке, не являются структурными изомерами. Все они представляют собой одну и ту же молекулу — н-пентана, но в разных пространственных формах, которые называются конформерами или поворотными изомерами. Конформеры — это различные пространственные формы одной и той же молекулы, которые могут переходить друг в друга путем вращения вокруг одинарных связей. Структурные же изомеры имеют разный порядок соединения атомов.

Ответ: Нет, последовательность соединения атомов не нарушается. Нет, представленные структуры не являются структурными изомерами, это разные конформации (конформеры) одной и той же молекулы н-пентана.

Соберите шаростержневые модели изомеров n-пентана. Можно ли получить эти модели, исходя из модели n-пентана, путём вращения вокруг связей углерод-углерод?

Молекулярной формуле пентана $C_5H_{12}$ соответствуют три структурных изомера, которые отличаются порядком соединения атомов углерода, то есть строением углеродного скелета:

1. н-пентан (нормальный пентан): $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$. Атомы углерода образуют неразветвленную цепь.

2. Изопентан (2-метилбутан): $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$. Углеродная цепь имеет одно разветвление.

3. Неопентан (2,2-диметилпропан): $C(CH_3)_4$. Углеродная цепь имеет два разветвления от одного атома углерода.

Получить модели изопентана и неопентана из модели н-пентана путем простого вращения вокруг связей углерод-углерод невозможно. Чтобы превратить одну молекулу в ее структурный изомер, необходимо разорвать существующие химические связи (например, $C-C$ и $C-H$) и образовать новые в другой последовательности, то есть изменить сам углеродный скелет. Вращение вокруг связей лишь изменяет пространственную форму (конформацию) молекулы, но не ее структуру (порядок соединения атомов).

Ответ: Изомерами н-пентана являются изопентан (2-метилбутан) и неопентан (2,2-диметилпропан). Нет, получить модели этих изомеров из модели н-пентана путем вращения вокруг $C-C$ связей нельзя, так как для этого требуется разорвать и перестроить химические связи, изменив порядок соединения атомов в молекуле.