Номер 7, страница 218 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. Какая из молекул (метан, пропен, этилбензол, стирол) является плоской? Ответ поясните.

Для определения, является ли молекула плоской, необходимо проанализировать гибридизацию атомов углерода в каждой из предложенных молекул. Плоскую структуру имеют молекулы, в которых все атомы лежат в одной плоскости. Это характерно для атомов в состоянии $sp^2$-гибридизации (например, в алкенах и аренах), которые образуют плоские фрагменты с валентными углами около $120^\circ$, в то время как атомы в $sp^3$-гибридизации создают объемную тетраэдрическую структуру с валентными углами около $109.5^\circ$.

Метан ($CH_4$)
Атом углерода в метане находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это приводит к тетраэдрическому расположению четырех атомов водорода вокруг атома углерода. Тетраэдр — это объемная фигура, поэтому молекула метана не является плоской.

Пропен ($CH_2=CH-CH_3$)
В молекуле пропена два атома углерода при двойной связи ($CH_2=CH-$) находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации, и эта часть молекулы плоская. Однако третий атом углерода (в метильной группе $-CH_3$) находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и имеет тетраэдрическое строение. Из-за наличия $sp^3$-гибридизованного атома углерода вся молекула пропена не является плоской.

Этилбензол ($C_6H_5-CH_2-CH_3$)
Молекула этилбензола состоит из плоского бензольного кольца (все 6 атомов углерода в $sp^2$-гибридизации) и этильной группы ($-CH_2-CH_3$). Атомы углерода в этильной группе находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации, что обуславливает их тетраэдрическую геометрию. Следовательно, атомы этильной группы не лежат в одной плоскости с бензольным кольцом, и вся молекула этилбензола не является плоской.

Стирол (винилбензол, $C_6H_5-CH=CH_2$)
В молекуле стирола все восемь атомов углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Шесть из них образуют плоское бензольное кольцо. Два других атома углерода образуют винильную группу ($-CH=CH_2$), которая также имеет плоское строение. Бензольное кольцо и винильная группа соединены одинарной связью. За счет сопряжения $\pi$-системы бензольного кольца и $\pi$-связи винильной группы вся система стремится к копланарности (расположению в одной плоскости), так как это энергетически наиболее выгодная конформация. Таким образом, все 16 атомов (8 атомов углерода и 8 атомов водорода) в молекуле стирола лежат в одной плоскости.

Ответ: плоской является молекула стирола.