Номер 10, страница 6 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.10. Почему для изображения органических молекул практически всегда используют структурные формулы, в то время как для неорганических веществ обычно достаточно брутто-формул? Приведите примеры органических молекул, которые однозначно описываются брутто-формулой.

Почему для изображения органических молекул практически всегда используют структурные формулы, в то время как для неорганических веществ обычно достаточно брутто-формул?

Основная причина, по которой для органических молекул необходимы именно структурные формулы, заключается в чрезвычайно распространенном в органической химии явлении изомерии. Изомерами называют вещества, которые имеют одинаковую брутто-формулу (т.е. одинаковый атомный состав), но разное химическое строение. Вследствие различий в строении изомеры являются разными веществами и обладают разными физическими и химическими свойствами.

Ключевая особенность атомов углерода — способность образовывать прочные связи друг с другом, формируя углеродные скелеты различного строения: линейные и разветвленные цепи, а также циклы. Это приводит к тому, что одной и той же брутто-формуле может соответствовать огромное количество различных по структуре молекул-изомеров.

Классический пример — брутто-формула $C_4H_{10}$. Ей соответствуют два изомера:

1. н-бутан, имеющий линейный углеродный скелет: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$.
2. изобутан (или 2-метилпропан), имеющий разветвленный скелет: $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$.

Эти два вещества имеют разные температуры кипения, плотности и по-разному вступают в химические реакции. Таким образом, брутто-формула $C_4H_{10}$ не позволяет понять, о каком из этих двух соединений идет речь, в то время как структурная формула дает однозначное описание.

В неорганической химии изомерия встречается значительно реже и в основном характерна для комплексных соединений. Для большинства простых неорганических веществ (солей, оксидов, кислот, оснований) брутто-формула, например $H_2SO_4$ или $NaCl$, однозначно определяет вещество и его структуру.

Ответ: Структурные формулы необходимы для описания органических молекул из-за широко распространенного явления изомерии — существования веществ с одинаковой брутто-формулой, но разным строением и, следовательно, разными свойствами. Брутто-формула не дает полной информации об органическом соединении. Для неорганических веществ, где изомерия встречается реже, брутто-формулы часто бывает достаточно для их однозначной идентификации.

Приведите примеры органических молекул, которые однозначно описываются брутто-формулой.

Органические молекулы, которые однозначно описываются брутто-формулой, — это те, для которых невозможно построить структурные изомеры. Как правило, это простейшие представители гомологических рядов, содержащие слишком мало атомов, чтобы можно было создать различные варианты их соединения.

К таким соединениям относятся:

• Метан ($CH_4$) — с одним атомом углерода невозможно создать разветвление.
• Этан ($C_2H_6$) — два атома углерода могут быть соединены только одним способом.
• Пропан ($C_3H_8$) — три атома углерода также образуют единственно возможную линейную цепь (изомерия углеродного скелета начинается с бутана $C_4H_{10}$ ).
• Метанол ($CH_4O$) — для образования его межклассового изомера (простого эфира) необходимо как минимум два атома углерода.
• Формальдегид ($CH_2O$) — простейший альдегид, не имеющий изомеров.
• Муравьиная кислота ($CH_2O_2$) — простейшая карбоновая кислота, не имеющая изомеров.

Ответ: Примерами органических молекул, однозначно описываемых брутто-формулой, являются метан ($CH_4$), этан ($C_2H_6$), пропан ($C_3H_8$), метанол ($CH_4O$), формальдегид ($CH_2O$), муравьиная кислота ($CH_2O_2$).