Номер 14, страница 7 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.14. Почему изомерия в органической химии распространена гораздо шире, чем в неорганической?

Изомерия — это явление существования соединений (изомеров), имеющих одинаковую молекулярную формулу, но разное строение и, следовательно, разные физические и химические свойства. В органической химии изомерия распространена несравнимо шире, чем в неорганической, что обусловлено фундаментальными свойствами атома углерода, являющегося основой всех органических молекул.

Главными причинами такого разнообразия являются: способность атомов углерода к катенации (образованию прочных и длинных цепей и циклов) благодаря высокой энергии связи $C-C$; четырехвалентность углерода, позволяющая ему формировать четыре ковалентные связи и создавать сложные, разветвленные структуры; и способность образовывать кратные связи (двойные $C=C$ и тройные $C \equiv C$), что еще больше увеличивает число возможных комбинаций атомов.

Эти свойства приводят к появлению множества видов структурной изомерии, при которой молекулы отличаются порядком связывания атомов. Например, для формулы $C_5H_{12}$ существует три изомера углеродного скелета: н-пентан, изопентан и неопентан. Для формулы $C_4H_8$ возможна как изомерия положения кратной связи (бут-1-ен и бут-2-ен), так и изомерия скелета (изобутилен). Ярким примером межклассовой изомерии являются этанол ($C_2H_5OH$) и диметиловый эфир ($CH_3-O-CH_3$), оба имеющие формулу $C_2H_6O$, но принадлежащие к разным классам соединений (спирты и простые эфиры) и обладающие совершенно разными свойствами.

Помимо структурной, для органических соединений характерна пространственная изомерия (стереоизомерия), когда молекулы с одинаковым порядком связей различаются расположением атомов в пространстве. К ней относится геометрическая (цис-транс) изомерия, возникающая из-за невозможности свободного вращения вокруг двойной связи (например, цис- и транс-бут-2-ен), и оптическая изомерия, характерная для хиральных молекул, содержащих асимметрический атом углерода (например, L- и D-аминокислоты).

В неорганической химии изомерия встречается значительно реже. Большинство неорганических веществ — это ионные соединения с кристаллической решеткой или простые молекулы, где возможности для вариаций строения ограничены. Способность к катенации у других элементов (например, кремния, серы, фосфора) выражена намного слабее, чем у углерода, и образуемые ими цепи менее стабильны. Поэтому явление изомерии в неорганике не носит такого всеобъемлющего характера.

Тем не менее, изомерия в неорганической химии существует, но проявляется в основном в химии комплексных соединений. Здесь встречаются такие ее виды, как геометрическая (например, цис- и транс-изомеры для $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$), координационная (обмен лигандами, как в $[Co(NH_3)_6][Cr(CN)_6]$ и $[Cr(NH_3)_6][Co(CN)_6]$) и связевая (когда лиганд, например $NO_2^-$, может присоединяться к металлу разными атомами).

Ответ: Изомерия гораздо шире распространена в органической химии из-за уникальных свойств углерода: его способности образовывать прочные и длинные цепи и циклы (катенация), формировать четыре ковалентные связи, а также одинарные, двойные и тройные связи. Это порождает огромное количество структурных и пространственных изомеров, что нехарактерно для большинства неорганических соединений, имеющих более простое строение и ограниченную способность к образованию сложных молекулярных каркасов.