Номер 381, страница 59 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

381. Как последовательно изменяется — увеличивается или уменьшается — расстояние между центрами соседних атомов углерода в молекуле винилацетилена $CH_2=CH-C\\equiv CH$?

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать длины связей между соседними атомами углерода в молекуле винилацетилена, структурная формула которой $C^1H_2=C^2H-C^3 \equiv C^4H$. В этой молекуле мы последовательно рассматриваем три связи: двойную ($C^1=C^2$), одинарную ($C^2-C^3$) и тройную ($C^3 \equiv C^4$).

Длина химической связи между атомами углерода зависит от двух основных факторов: кратности связи и типа гибридизации атомных орбиталей.

1.Кратность связи: Чем выше кратность связи (тройная > двойная > одинарная), тем сильнее притягиваются ядра атомов и тем короче связь.

2.Гибридизация: Длина связи также зависит от доли s-характера в гибридных орбиталях. Чем больше s-характер (в ряду $sp^3 < sp^2 < sp$), тем короче связь, так как s-орбитали расположены ближе к ядру, чем p-орбитали.

Рассмотрим гибридизацию атомов углерода в винилацетилене:

- Атомы $C^1$ и $C^2$, образующие двойную связь, находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации.

- Атомы $C^3$ и $C^4$, образующие тройную связь, находятся в состоянии $sp$-гибридизации.

Теперь оценим длины связей в молекуле, учитывая оба фактора:

- Первая связь ($C^1=C^2$): Это двойная связь типа $C(sp^2)=C(sp^2)$. Её средняя длина составляет около $0,134$ нм.

- Вторая связь ($C^2-C^3$): Это одинарная связь, но она соединяет атом в $sp^2$-гибридизации с атомом в $sp$-гибридизации ($C(sp^2)-C(sp)$). Несмотря на то, что это одинарная связь, она короче стандартной одинарной связи $C(sp^3)-C(sp^3)$ (около $0,154$ нм) из-за повышенного s-характера орбиталей. Её длина составляет около $0,143$ нм.

- Третья связь ($C^3 \equiv C^4$): Это тройная связь типа $C(sp) \equiv C(sp)$. Она является самой короткой, её длина составляет около $0,120$ нм.

Сравнивая последовательно длины связей, получаем следующую картину:

- Переход от первой связи ко второй ($0,134$ нм $\rightarrow$ $0,143$ нм) — расстояние увеличивается.

- Переход от второй связи к третьей ($0,143$ нм $\rightarrow$ $0,120$ нм) — расстояние уменьшается.

Ответ: Расстояние между центрами соседних атомов углерода сначала увеличивается (при переходе от двойной связи к одинарной), а затем уменьшается (при переходе от одинарной связи к тройной).