Номер 7, страница 94 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. На втором месте после углерода по прочности гомоядерных связей стоит сера. Почему же этот химический элемент не образует такого огромного числа соединений, как углерод?

Решение

Несмотря на то, что прочность одинарной связи сера-сера ($S–S$) действительно велика, уникальное многообразие соединений углерода объясняется не только прочностью связи $C–C$, но и целым комплексом его свойств, которыми сера не обладает в той же мере.

1.Валентность. Ключевое отличие заключается в валентности. Атом углерода в подавляющем большинстве соединений четырёхвалентен. Это свойство позволяет ему образовывать прочные и стабильные "скелеты" молекул, формируя не только длинные цепи, но и сложные разветвлённые, циклические и пространственные структуры. Каждый атом углерода в цепи (кроме концевых) может быть связан с двумя другими атомами углерода и ещё с двумя другими атомами (например, водорода), что создаёт основу для практически безграничного структурного разнообразия.

Сера же в своих гомоядерных соединениях (например, в аллотропной модификации $S_8$ или в полисульфанах $H_2S_n$) проявляет валентность, равную двум. Двухвалентный атом может образовывать только линейные цепи ($–S–S–S–$) или простые кольца. Это кардинально ограничивает возможность создания сложных разветвлённых каркасов, которые являются фундаментом органической химии.

2.Способность образовывать кратные связи. Углерод, как элемент 2-го периода, имеет небольшой атомный радиус. Это позволяет его p-орбиталям эффективно перекрываться, образуя очень прочные и стабильные двойные ($C=C$) и тройные ($C \equiv C$) связи. Существование этих связей порождает огромные классы соединений — алкены, алкины, арены, карбонильные соединения и т.д., что многократно увеличивает общее число известных соединений.

Сера является элементом 3-го периода, и её атомный радиус значительно больше. Из-за этого боковое перекрывание p-орбиталей для образования π-связи сильно затруднено. В результате двойная связь сера-сера ($S=S$) значительно менее стабильна по сравнению с двумя одинарными связями $S–S$. Соединения с кратными связями $S=S$ встречаются крайне редко и являются неустойчивыми, что лишает серу целого пласта возможных структур.

3.Прочность связей с другими элементами. Связь углерод-водород ($C–H$) отличается высокой прочностью и низкой полярностью, что обеспечивает исключительную стабильность углеводородных фрагментов. В то же время связь сера-водород ($S–H$) слабее и более полярна (обладает большей кислотностью), что делает сульфаны ($H_2S_n$) более реакционноспособными и менее стабильными по сравнению с алканами.

Таким образом, колоссальное разнообразие соединений углерода — это результат уникального сочетания его четырёхвалентности, способности образовывать стабильные кратные связи и высокой прочности связей с водородом. Сера, уступая углероду по этим ключевым параметрам, не может сформировать аналогичное многообразие химических структур.

Ответ: Сера не образует такого огромного числа соединений, как углерод, по трём основным причинам:
1. Валентность: Углерод четырёхвалентен, что позволяет создавать сложные разветвлённые и пространственные молекулярные скелеты. Сера в своих цепях в основном двухвалентна, что ограничивает её возможности построением простых линейных цепей и колец.
2. Кратные связи: Углерод легко образует стабильные двойные и тройные связи ($C=C$, $C \equiv C$), что является основой для целых классов соединений (алкены, алкины, арены). Сера, как более крупный атом, образует очень нестабильные двойные связи $S=S$.
3. Стабильность связей с водородом: Связь $C–H$ очень прочна и химически инертна, обеспечивая стабильность органических молекул, в то время как связь $S–H$ слабее и более реакционноспособна.