Номер 323, страница 80 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

323. Приведите структурную формулу молекулы пропина. Укажите типы гибридизации атомов углерода и приблизительные значения валентных углов в этой молекуле. Изобразите шаростержневую модель молекулы пропина. Сколько атомов в данной молекуле находится на одной прямой?

Приведите структурную формулу молекулы пропина.

Пропин — это непредельный углеводород из класса алкинов, содержащий три атома углерода и одну тройную связь. Его молекулярная формула — $C_3H_4$. Структурная формула показывает порядок соединения атомов в молекуле. Для пропина она имеет вид:

$CH_3-C \equiv CH$

Более подробно, с указанием всех связей:

$$ \quad\ H \\ \quad\ | \\ H-C-C \equiv C-H \\ \quad\ | \\ \quad\ H $$

Ответ: Структурная формула пропина — $CH_3-C \equiv CH$.

Укажите типы гибридизации атомов углерода и приблизительные значения валентных углов в этой молекуле.

Для анализа пронумеруем атомы углерода в молекуле пропина справа налево: $H_3\overset{3}{C}-\overset{2}{C}\equiv \overset{1}{C}H$.

Атом углерода C1 образует одну $\sigma$-связь с атомом водорода и одну $\sigma$-связь с атомом углерода C2 (а также две $\pi$-связи в составе тройной связи). Так как он образует две $\sigma$-связи, его тип гибридизации — $sp$. Геометрия в этом узле линейная, валентный угол $H-C\equiv C$ равен $180^\circ$.

Атом углерода C2 образует одну $\sigma$-связь с C1 и одну $\sigma$-связь с C3 (и две $\pi$-связи с C1). Он также образует две $\sigma$-связи, поэтому его гибридизация также $sp$. Геометрия линейная, валентный угол $C-C\equiv C$ равен $180^\circ$.

Атом углерода C3 (в метильной группе $-CH_3$) образует четыре одинарные ($\sigma$-) связи: три с атомами водорода и одну с атомом углерода C2. Его тип гибридизации — $sp^3$. Геометрия вокруг этого атома тетраэдрическая, а валентные углы $H-C-H$ и $H-C-C$ приблизительно равны $109.5^\circ$.

Ответ: Атомы углерода при тройной связи (C1, C2) находятся в состоянии $sp$-гибридизации с валентными углами $180^\circ$. Атом углерода метильной группы (C3) находится в состоянии $sp^3$-гибридизации с валентными углами около $109.5^\circ$.

Изобразите шаростержневую модель молекулы пропина.

Шаростержневая модель молекулы пропина отражает её реальную геометрию. Атомы углерода изображаются в виде шаров (обычно черного или серого цвета), а атомы водорода — в виде шаров меньшего размера (обычно белого цвета). Связи между атомами изображаются в виде стержней.

Модель будет состоять из:

1. Линейного фрагмента $C-C\equiv C-H$. Он включает в себя три атома углерода и один атом водорода, расположенные на одной прямой. Связь между C1 и C2 изображается тремя стержнями (тройная связь), а между C2 и C3 — одним стержнем (одинарная связь). Связь C1-H также одинарная.

2. Тетраэдрического фрагмента $-CH_3$. К атому углерода C3 присоединены три атома водорода. Стержни, изображающие связи C3-H, направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится атом C3.

Ответ: В шаростержневой модели молекулы пропина скелет из трех атомов углерода и терминальный атом водорода ($H-C\equiv C-C$) располагаются на одной прямой линии. К другому концу этой линии (к атому C3) тетраэдрически присоединены три атома водорода.

Сколько атомов в данной молекуле находится на одной прямой?

Нахождение атомов на одной прямой определяется геометрией молекулы, которая зависит от гибридизации атомов. Как было установлено ранее, два атома углерода, образующие тройную связь ($-\overset{2}{C}\equiv \overset{1}{C}-$), находятся в состоянии $sp$-гибридизации. Это обуславливает линейное расположение $\sigma$-связей, исходящих от этих атомов.

Таким образом, на одной прямой находятся:

1. Атом водорода, связанный с C1.

2. Атом углерода C1.

3. Атом углерода C2.

4. Атом углерода C3, связанный с C2 одинарной связью.

Весь остов молекулы $H-C\equiv C-CH_3$ является линейным, за исключением атомов водорода метильной группы. Следовательно, на одной прямой лежат 3 атома углерода и 1 атом водорода.

Ответ: В данной молекуле на одной прямой находится 4 атома.