Номер 16, страница 7 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

1.16. Приведите молекулярную формулу углеводорода с наименьшей молекулярной массой, для которого возможна структурная изомерия. Какой вид структурной изомерии в данном случае реализуется?

Решение

Структурная изомерия — это явление, при котором существуют соединения, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное химическое строение (разный порядок соединения атомов).

Чтобы найти углеводород с наименьшей молекулярной массой, для которого возможна структурная изомерия, необходимо последовательно рассмотреть гомологический ряд алканов — простейшего класса углеводородов.

1. Метан ($CH_4$). Состоит из одного атома углерода. Изомерия невозможна.

2. Этан ($C_2H_6$). Два атома углерода могут быть соединены только одним способом: $C–C$. Изомерия невозможна.

3. Пропан ($C_3H_8$). Три атома углерода также могут образовывать только одну неразветвленную цепь: $C–C–C$. Изомерия углеродного скелета невозможна.

4. Бутан ($C_4H_{10}$). Четыре атома углерода можно соединить двумя различными способами, что приводит к образованию двух структурных изомеров. Это первый представитель алканов, для которого характерна структурная изомерия.

Таким образом, молекулярная формула углеводорода с наименьшей молекулярной массой, для которого возможна изомерия углеродного скелета, — это $C_4H_{10}$.

Изомеры бутана:

• н-бутан (нормальный бутан) — имеет линейное строение углеродного скелета:
  $CH_3–CH_2–CH_2–CH_3$
• изобутан (2-метилпропан) — имеет разветвленное строение углеродного скелета:
  $CH_3–CH(CH_3)–CH_3$

Эти два соединения имеют одинаковую молекулярную формулу $C_4H_{10}$, но разное строение, а следовательно, и разные физические и химические свойства.

Вид структурной изомерии, который здесь реализуется, называется изомерией углеродного скелета, так как изомеры отличаются друг от друга строением углеродной цепи (линейная или разветвленная).

Примечание: хотя существуют углеводороды и с меньшей молекулярной массой, для которых возможна межклассовая изомерия (например, пропен и циклопропан, $C_3H_6$), классическим и простейшим примером структурной изомерии, изучаемым в первую очередь, является именно изомерия углеродного скелета, которая впервые появляется у бутана.

Ответ: Молекулярная формула углеводорода с наименьшей молекулярной массой, для которого возможна изомерия углеродного скелета, — $C_4H_{10}$. Реализуемый вид структурной изомерии — изомерия углеродного скелета.