Номер 5, страница 72 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

Других алканов?

5. На рисунке приведена шаростержневая модель молекулы пропилена. Сколько $ \sigma $- и $ \pi $-связей в молекуле пропилена? В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода, связанные двойной связью в молекуле пропилена? В каком состоянии гибридизации находится атом углерода метильной группы в молекуле пропилена?

Сколько σ- и π-связей в молекуле пропилена?

Решение:

Молекула пропилена (пропена) имеет химическую формулу $C_3H_6$. Ее структурная формула: $CH_2=CH-CH_3$.

Для подсчета количества связей необходимо помнить, что любая одинарная связь является σ-связью, а любая двойная связь состоит из одной σ-связи и одной π-связи.

В молекуле пропилена имеются:
- 6 одинарных связей $C-H$, что составляет 6 σ-связей.
- 1 одинарная связь $C-C$, что составляет 1 σ-связь.
- 1 двойная связь $C=C$, которая состоит из 1 σ-связи и 1 π-связи.

Суммарное количество σ-связей: $6 \text{ (от C-H)} + 1 \text{ (от C-C)} + 1 \text{ (от C=C)} = 8$ σ-связей.

Количество π-связей равно 1, так как в молекуле одна двойная связь.

Также можно использовать общую формулу для подсчета σ-связей в ациклических углеводородах $C_nH_m$: число σ-связей = $n + m - 1$. Для пропилена $C_3H_6$ число σ-связей равно $3 + 6 - 1 = 8$.

Ответ: в молекуле пропилена 8 σ-связей и 1 π-связь.

В каком состоянии гибридизации находятся атомы углерода, связанные двойной связью в молекуле пропилена?

Решение:

Атомы углерода, участвующие в образовании двойной связи ($CH_2=CH-$), связаны с тремя другими атомами. Для образования трех σ-связей атом углерода использует три гибридные орбитали. Такое состояние достигается при смешивании одной s-орбитали и двух p-орбиталей, что соответствует $sp^2$-гибридизации. Три $sp^2$-гибридные орбитали располагаются в одной плоскости под углом примерно $120^\circ$ друг к другу и образуют σ-связи. Оставшаяся негибридизованная p-орбиталь, перпендикулярная этой плоскости, участвует в образовании π-связи путем бокового перекрывания с p-орбиталью соседнего атома углерода.

Ответ: атомы углерода, связанные двойной связью, находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации.

В каком состоянии гибридизации находится атом углерода метильной группы в молекуле пропилена?

Решение:

Атом углерода в метильной группе ($-CH_3$) связан с четырьмя другими атомами (одним атомом углерода и тремя атомами водорода) с помощью четырех одинарных (σ) связей. Для образования четырех равноценных σ-связей атом углерода должен предоставить четыре гибридные орбитали. Это достигается путем смешивания одной s-орбитали и трех p-орбиталей, что соответствует $sp^3$-гибридизации. Четыре $sp^3$-гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра, и валентный угол составляет примерно $109.5^\circ$.

Ответ: атом углерода метильной группы находится в состоянии $sp^3$-гибридизации.