Номер 15, страница 7 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.15. Могут ли структурные изомеры отличаться: а) химическими свойствами; б) физическими свойствам; в) составом; г) областью применения; д) способами получения?

Для ответа на этот вопрос необходимо сначала дать определение структурных изомеров. Структурные изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но различаются порядком соединения атомов в молекуле (химическим строением).

а) химическими свойствами

Да, структурные изомеры отличаются химическими свойствами. Разное строение молекул, в частности наличие разных функциональных групп или разное их расположение, приводит к существенным различиям в реакционной способности. Например, для молекулярной формулы $C_2H_6O$ существуют два структурных изомера: этанол ($CH_3CH_2OH$) и диметиловый эфир ($CH_3OCH_3$). Этанол является спиртом и обладает характерными для спиртов свойствами: реагирует с активными металлами (например, с натрием с выделением водорода), окисляется до уксусного альдегида и уксусной кислоты. Диметиловый эфир относится к классу простых эфиров, он гораздо менее реакционноспособен: не реагирует с натрием и устойчив к действию многих окислителей. Таким образом, химические свойства этих изомеров кардинально различны.

Ответ: да, могут.

б) физическими свойствами

Да, структурные изомеры всегда отличаются физическими свойствами (температурами кипения и плавления, плотностью, растворимостью и т. д.). Различия в структуре молекул влияют на силы межмолекулярного взаимодействия. Например, у этанола ($CH_3CH_2OH$) температура кипения составляет $+78.4^\circ C$, а у его изомера диметилового эфира ($CH_3OCH_3$) — всего $-24^\circ C$. Причина такого большого различия заключается в том, что молекулы этанола способны образовывать между собой прочные водородные связи за счет наличия гидроксильной группы (–OH), в то время как между молекулами диметилового эфира действуют только слабые диполь-дипольные взаимодействия. Другой пример — изомеры бутана ($C_4H_{10}$): н-бутан (линейная структура) кипит при $-0.5^\circ C$, а изобутан (разветвленная структура) — при $-11.7^\circ C$.

Ответ: да, могут.

в) составом

Нет, структурные изомеры не могут отличаться составом. По самому определению, изомеры — это вещества, имеющие одинаковый состав, то есть одинаковую молекулярную формулу. Молекулярная формула показывает, атомы каких элементов и в каком количестве содержатся в молекуле. Если бы состав был разным, это были бы просто разные химические соединения, а не изомеры.

Ответ: нет, не могут.

г) областью применения

Да, структурные изомеры могут отличаться областью применения. Поскольку их физические и химические свойства различны, они находят применение в разных сферах. Например, этанол используется как растворитель, антисептик, компонент моторного топлива и алкогольных напитков, сырье в химической промышленности. Его изомер, диметиловый эфир, применяется в качестве хладагента, пропеллента в аэрозолях, а также как перспективное экологически чистое дизельное топливо. Области их применения практически не пересекаются.

Ответ: да, могут.

д) способами получения

Да, для получения разных структурных изомеров, как правило, используют разные методы синтеза. Это связано с тем, что для формирования разного порядка связей между атомами необходимы разные исходные вещества и условия реакции. Например, этанол в промышленности получают гидратацией этилена ($CH_2=CH_2 + H_2O \rightarrow CH_3CH_2OH$) или ферментацией углеводов. Диметиловый эфир получают путем каталитической дегидратации метанола ($2CH_3OH \rightarrow CH_3OCH_3 + H_2O$). Эти химические процессы принципиально различны.

Ответ: да, могут.