Номер 102, страница 36 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

102. Укажите, сколько различных веществ обозначено следующими структурными формулами:

а) ${CH3-CH2-CH2-CH2-CH3}$;

б) ${CH3-CH2-\underset{CH3}{|}CH-CH3}$;

в) ${H-\underset{H}{\overset{H}{C}}-\underset{H}{\overset{H}{C}}-\underset{H}{\overset{H}{C}}-\underset{H}{\overset{H}{C}}-H}$;

г) ${CH3-CH2-CH2-CH2-CH3}$;

д) ${CH3-CH2-CH2-CH3}$;

е) ${CH3-\underset{CH3}{|}CH-CH2-CH3}$.

Найдите среди приведенных веществ изомеры. Чему равны значения валентных углов в молекулах алканов? Отражают ли представленные структурные формулы реальные значения валентных углов в молекулах?

Укажите, сколько различных веществ обозначено следующими структурными формулами

Для определения количества различных веществ проанализируем каждую структурную формулу и дадим веществу название по номенклатуре ИЮПАК.

а) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$: Молекула представляет собой неразветвленную цепь из пяти атомов углерода. Это н-пентан. Молекулярная формула $C_5H_{12}$.

б) $CH_3-CH_2-CH(CH_3)-CH_3$: Самая длинная углеродная цепь состоит из четырех атомов (бутан). Метильная группа ($CH_3$) находится у второго атома углерода. Это 2-метилбутан (тривиальное название - изопентан). Молекулярная формула $C_5H_{12}$.

в) Полная структурная формула, изображающая неразветвленную цепь из четырех атомов углерода. Это н-бутан. Молекулярная формула $C_4H_{10}$.

г) Изображение этой структуры неоднозначно, но подсчет атомов дает 2 группы $CH_3$ и 3 группы $CH_2$, что в сумме составляет 5 атомов углерода и 12 атомов водорода. Молекулярная формула — $C_5H_{12}$. Способ соединения, наиболее вероятный в контексте задачи, — это линейная цепь, что соответствует н-пентану.

д) Структура изображает молекулу, в которой два центральных атома $CH_2$ соединены друг с другом, и к каждому из них присоединена группа $CH_3$. Это конформационное изображение молекулы н-бутана ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$). Молекулярная формула $C_4H_{10}$.

е) $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$: Самая длинная цепь — 4 атома углерода, метильная группа у второго атома. Это 2-метилбутан, то же самое вещество, что и в пункте б).

Таким образом, среди представленных формул обозначены следующие вещества:

н-пентан (формулы а, г)

2-метилбутан (формулы б, е)

н-бутан (формулы в, д)

Всего обозначено 3 различных вещества.

Ответ: 3.

Найдите среди приведенных веществ изомеры.

Изомеры — это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (т. е. одинаковую молекулярную формулу), но разное химическое строение и, следовательно, разные свойства.

Сравним молекулярные формулы определенных нами веществ:

н-пентан: $C_5H_{12}$

2-метилбутан: $C_5H_{12}$

н-бутан: $C_4H_{10}$

н-пентан и 2-метилбутан имеют одинаковую молекулярную формулу $C_5H_{12}$, но разное строение (один имеет линейную цепь, другой — разветвленную). Следовательно, они являются структурными изомерами.

Ответ: Изомерами являются н-пентан (формулы а, г) и 2-метилбутан (формулы б, е).

Чему равны значения валентных углов в молекулах алканов?

В молекулах алканов все атомы углерода находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что четыре гибридные орбитали каждого атома углерода направлены к вершинам тетраэдра. Вследствие этого валентные углы между связями, образованными одним атомом углерода (углы H–C–H и C–C–C), близки к идеальному тетраэдрическому углу.

Значение этого угла составляет приблизительно $109.5^\circ$ или, более точно, $109^\circ 28'$.

Ответ: Значения валентных углов в молекулах алканов близки к $109.5^\circ$.

Отражают ли представленные структурные формулы реальные значения валентных углов в молекулах?

Нет, не отражают. Представленные структурные формулы являются двумерными (плоскими) схемами, которые показывают только порядок соединения атомов в молекуле. Они не передают реальную трехмерную структуру молекулы. На этих схемах для удобства изображения валентные углы часто рисуют равными $90^\circ$ или $180^\circ$. Например, в формуле (а) углеродная цепь изображена прямой линией, что подразумевает угол C–C–C, равный $180^\circ$. В действительности же углеродная цепь имеет зигзагообразное строение с углами около $109.5^\circ$. Таким образом, эти формулы являются условными и не отражают реальную геометрию молекул.

Ответ: Нет, представленные структурные формулы являются плоскими схемами и не отражают реальные пространственное строение и валентные углы в молекулах.