Номер 191, страница 54 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

191. Приведите структурную формулу молекулы этилена. В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода в этой молекуле? Укажите приблизительные значения валентных углов в молекуле этилена. Каково пространственное строение молекулы этилена?

Приведите структурную формулу молекулы этилена.

Молекулярная формула этилена (по номенклатуре ИЮПАК — этен) — $C_2H_4$. Это простейший представитель непредельных углеводородов ряда алкенов. В его молекуле два атома углерода соединены между собой двойной связью ($C=C$), а каждый из атомов углерода связан с двумя атомами водорода. Двойная связь состоит из одной прочной сигма-связи ($\sigma$-связи), образованной перекрыванием гибридных орбиталей, и одной менее прочной пи-связи ($\pi$-связи), образованной боковым перекрыванием негибридизованных p-орбиталей.

Ответ: Структурная формула этилена — $CH_2=CH_2$.

В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода в этой молекуле?

Каждый атом углерода в молекуле этилена связан с тремя другими атомами (одним атомом углерода и двумя атомами водорода), образуя три $\sigma$-связи. Для формирования этих связей происходит процесс гибридизации атомных орбиталей. Одна s-орбиталь и две p-орбитали валентного уровня атома углерода смешиваются, образуя три одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали. Этот тип гибридизации называется $sp^2$-гибридизацией. Три $sp^2$-гибридные орбитали располагаются в одной плоскости под углами примерно $120^\circ$ друг к другу. Одна p-орбиталь остается негибридизованной и используется для образования $\pi$-связи.

Ответ: Атомы углерода в молекуле этилена находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации.

Укажите приблизительные значения валентных углов в молекуле этилена.

Расположение трех $sp^2$-гибридных орбиталей в одной плоскости на максимальном удалении друг от друга определяет геометрию связей вокруг каждого атома углерода. В идеальном случае это приводит к валентным углам, равным $120^\circ$. В реальной молекуле этилена наблюдаются небольшие отклонения от этого значения: угол $H-C-H$ составляет около $117.4^\circ$, а угол $H-C-C$ — около $121.3^\circ$. Это связано с тем, что электронное облако двойной связи $C=C$ создает большее отталкивание, чем одинарные связи. Тем не менее, для упрощения и в рамках общего курса химии принято считать, что все валентные углы в молекуле этилена приблизительно равны.

Ответ: Приблизительные значения валентных углов в молекуле этилена составляют $120^\circ$.

Каково пространственное строение молекулы этилена?

Пространственное строение молекулы этилена — плоское (или планарное). Это означает, что все шесть атомов, входящие в состав молекулы (два атома $C$ и четыре атома $H$), лежат в одной плоскости. Такое строение является прямым следствием $sp^2$-гибридизации атомов углерода и наличия двойной связи. Плоскость молекулы определяется плоскостью, в которой лежат все $\sigma$-связи. Наличие $\pi$-связи, перпендикулярной этой плоскости, жестко фиксирует атомы в этом положении и делает невозможным свободное вращение вокруг двойной связи $C=C$, в отличие от одинарной связи в алканах.

Ответ: Молекула этилена имеет плоское (планарное) пространственное строение.