Номер 108, страница 267 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.108. Какие из перечисленных молекул: ${\mathrm{NO}}_2,$ ${\mathrm{PH}}_3,$ ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S},$ ${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8,$ ${\mathrm{HClO}}_4,$ ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{Cl},$ бутадиен-1,3, ${\mathrm{Р}}_4{\mathrm{O}}_{10},$ ${\mathrm{S}}_8,$ циклогексан – имеют объёмное (неплоское) строение?

Для определения строения молекул проанализируем геометрию каждой из них, основываясь на теории гибридизации атомных орбиталей и модели отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR).

NO₂

Молекула диоксида азота ($NO_2$) состоит из трёх атомов. Центральный атом азота образует две связи с атомами кислорода, и молекула имеет угловую (изогнутую) форму. Любые три атома всегда лежат в одной плоскости, поэтому молекула диоксида азота является плоской.

Ответ: плоское строение.

PH₃

Молекула фосфина ($PH_3$) имеет тригонально-пирамидальную геометрию. Атом фосфора ($sp^3$-гибридизация) связан с тремя атомами водорода и имеет одну неподелённую электронную пару, которая отталкивает связывающие пары, создавая пирамидальную структуру. Четыре атома (атом фосфора и три атома водорода) не могут лежать в одной плоскости. Следовательно, молекула имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

H₂S

Молекула сероводорода ($H_2S$) является трёхатомной. Атом серы ($sp^3$-гибридизация) связан с двумя атомами водорода и имеет две неподелённые электронные пары, что приводит к угловой геометрии. Поскольку молекула состоит всего из трёх атомов, они всегда лежат в одной плоскости. Следовательно, молекула $H_2S$ плоская.

Ответ: плоское строение.

C₃H₈

Пропан ($C_3H_8$) — алкан, в котором все атомы углерода находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что вокруг каждого атома углерода связи направлены к вершинам тетраэдра. Углеродная цепь имеет зигзагообразное строение, и атомы водорода располагаются в пространстве так, что вся молекула не может быть плоской. Следовательно, молекула пропана имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

HClO₄

В молекуле хлорной кислоты ($HClO_4$) центральный атом хлора связан с четырьмя атомами кислорода. Анион $ClO_4^−$ имеет тетраэдрическую структуру (атом Cl в $sp^3$-гибридизации). Присоединение протона к одному из атомов кислорода не меняет общую тетраэдрическую основу. Тетраэдр — это объёмная фигура. Следовательно, молекула $HClO_4$ имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

CH₃Cl

В молекуле хлорметана ($CH_3Cl$) атом углерода находится в $sp^3$-гибридизации и образует связи с тремя атомами водорода и одним атомом хлора. Эти четыре связи направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится атом углерода. Тетраэдрическая геометрия является объёмной. Следовательно, молекула $CH_3Cl$ имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

бутадиен-1,3

В молекуле бутадиена-1,3 ($CH_2=CH-CH=CH_2$) все четыре атома углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Наличие сопряжённой системы π-связей приводит к тому, что для достижения максимальной стабильности (за счёт перекрывания p-орбиталей) вся система атомов стремится к плоской конфигурации. Следовательно, молекула бутадиена-1,3 является плоской.

Ответ: плоское строение.

P₄O₁₀

Молекула оксида фосфора(V) ($P_4O_{10}$) обладает сложной каркасной структурой, в основе которой лежит тетраэдр из атомов фосфора. Атомы кислорода образуют мостики между атомами фосфора, а также имеются концевые двойные связи P=O. Эта структура является жёсткой и трёхмерной. Следовательно, молекула $P_4O_{10}$ имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

S₈

Наиболее устойчивая аллотропная модификация серы при стандартных условиях — это $S_8$. Молекула представляет собой восьмичленный цикл, который имеет неплоскую, "коронообразную" конформацию для минимизации углового и торсионного напряжения. Следовательно, молекула $S_8$ имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

циклогексан

Молекула циклогексана ($C_6H_{12}$) — это циклический алкан. Атомы углерода в цикле находятся в $sp^3$-гибридизации. Плоская конформация была бы крайне напряжённой. Поэтому циклогексан существует в виде неплоских конформаций, наиболее стабильной из которых является "кресло". Эта конформация является объёмной. Следовательно, молекула циклогексана имеет объёмное строение.

Ответ: объёмное строение.

Таким образом, объёмное (неплоское) строение имеют следующие молекулы из перечисленных: $PH_3$, $C_3H_8$, $HClO_4$, $CH_3Cl$, $P_4O_{10}$, $S_8$ и циклогексан.