Номер 281, страница 73 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

281. Приведите структурную формулу молекулы бутадиена-1,3. В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода в этой молекуле? Какое пространственное строение имеет молекула бутадиена-1,3? Укажите приблизительные значения валентных углов в молекуле.

Приведите структурную формулу молекулы бутадиена-1,3.

Бутадиен-1,3 (также известный как дивинил) — это углеводород, относящийся к классу алкадиенов. Его молекулярная формула — $C_4H_6$. Название "бута-" указывает на наличие четырех атомов углерода в основной цепи. Суффикс "-диен" говорит о двух двойных связях в молекуле. Цифры "1,3" уточняют их положение: первая двойная связь начинается от первого атома углерода, а вторая — от третьего. Таким образом, углеродный скелет состоит из четырех атомов углерода с двойными связями между C1-C2 и C3-C4. Остальные валентности атомов углерода насыщены атомами водорода.

Ответ: Структурная формула бутадиена-1,3: $CH_2=CH-CH=CH_2$.

В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода в этой молекуле?

Для определения гибридизации атома углерода необходимо посчитать количество $\sigma$-связей, которые он образует. В молекуле бутадиена-1,3 каждый из четырех атомов углерода участвует в образовании одной двойной связи. Атом углерода, образующий одну двойную и две одинарные связи, имеет три $\sigma$-связи и одну $\pi$-связь. Такое электронное строение соответствует $sp^2$-гибридизации атомных орбиталей. Это относится ко всем четырем атомам углерода в молекуле бутадиена-1,3.

Ответ: Все четыре атома углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации.

Какое пространственное строение имеет молекула бутадиена-1,3?

Так как все атомы углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации, оси их трех гибридных орбиталей лежат в одной плоскости под углами примерно $120^\circ$ друг к другу. У каждого атома углерода остается одна негибридизованная p-орбиталь, ось которой перпендикулярна плоскости $\sigma$-связей. Эти четыре p-орбитали параллельны друг другу и перекрываются, образуя единую сопряженную $\pi$-электронную систему. Максимальное перекрывание p-орбиталей достигается в том случае, когда вся система атомов является плоской. Поэтому все четыре атома углерода и шесть атомов водорода лежат в одной плоскости.

Ответ: Молекула бутадиена-1,3 имеет плоское (планарное) строение. Все 10 атомов молекулы лежат в одной плоскости.

Укажите приблизительные значения валентных углов в молекуле.

Геометрия, соответствующая $sp^2$-гибридизации, — это плоский треугольник с углами $120^\circ$ между связями. Следовательно, все валентные углы в молекуле бутадиена-1,3, образованные $\sigma$-связями, будут близки к этому значению. Это относится к углам между связями $C-H$ и $C-C$.

Ответ: Приблизительные значения всех валентных углов ($H-C-H$, $H-C-C$ и $C-C-C$) в молекуле бутадиена-1,3 составляют около $120^\circ$.