Номер 130, страница 269 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.130. в каких из перечисленных частиц: толуол, стирол, фенол, нафталин, ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{H}}_4,$ ${\mathrm{PO}}_4^{3-},$ ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ – все атомы лежат в одной плоскости?

Для определения, лежат ли все атомы в частице в одной плоскости, необходимо проанализировать геометрию (пространственное строение) каждой частицы, которая определяется гибридизацией центральных атомов и теорией отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR).

толуол

Молекула толуола ($C_6H_5CH_3$) состоит из бензольного кольца и метильной группы ($–CH_3$). Бензольное кольцо является плоской структурой, где все 6 атомов углерода и 5 атомов водорода лежат в одной плоскости. Атом углерода метильной группы, непосредственно связанный с кольцом, также лежит в этой плоскости. Однако этот атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации, что означает тетраэдрическое расположение связанных с ним трех атомов водорода. Эти три атома водорода не могут одновременно находиться в плоскости бензольного кольца. Следовательно, молекула толуола в целом не является плоской.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

стирол

Молекула стирола ($C_6H_5CH=CH_2$) состоит из бензольного кольца и винильной группы ($–CH=CH_2$). Все атомы углерода в молекуле стирола (и в кольце, и в винильной группе) находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Это приводит к плоскому строению как самого бензольного кольца, так и винильной группы. Вся система $\pi$-связей сопряжена, что стабилизирует плоскую конформацию всей молекулы. Таким образом, все 8 атомов углерода и 8 атомов водорода лежат в одной плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

фенол

Молекула фенола ($C_6H_5OH$) состоит из плоского бензольного кольца, к которому присоединена гидроксильная группа ($–OH$). Атом кислорода и атом водорода гидроксильной группы могут располагаться в той же плоскости, что и бензольное кольцо. Это энергетически выгодная конформация, поддерживаемая сопряжением неподеленной электронной пары атома кислорода с $\pi$-системой кольца. Таким образом, все атомы в молекуле фенола могут лежать в одной плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

нафталин

Молекула нафталина ($C_{10}H_8$) представляет собой два конденсированных бензольных кольца. Все 10 атомов углерода в нафталине находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации и образуют единую жесткую плоскую ароматическую систему. Все 8 атомов водорода, связанные с этими углеродными атомами, также лежат в этой же плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

N₂H₄

В молекуле гидразина ($N_2H_4$) атомы азота находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Каждый атом азота связан с другим атомом азота и двумя атомами водорода, а также имеет одну неподеленную электронную пару. Это приводит к тригонально-пирамидальной геометрии вокруг каждого атома азота. Из-за вращения вокруг одинарной связи N–N и отталкивания неподеленных пар молекула принимает неплоскую "скошенную" (gauche) конформацию. Таким образом, атомы в гидразине не лежат в одной плоскости.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

PO₄³⁻

Фосфат-ион ($PO_4^{3−}$) имеет тетраэдрическое строение. Центральный атом фосфора связан с четырьмя атомами кислорода. Согласно теории VSEPR, четыре атома кислорода располагаются в вершинах тетраэдра вокруг центрального атома фосфора для минимизации отталкивания. Тетраэдр — это объемная фигура, поэтому все пять атомов иона не могут лежать в одной плоскости.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

H₂O₂

Молекула пероксида водорода ($H_2O_2$) имеет неплоское строение. Она имеет структуру, напоминающую полураскрытую книгу, где связь O–O является "переплетом". Плоскости, в которых лежат группы H–O–O, повернуты друг относительно друга на определенный двугранный (диэдральный) угол (около $111.5^\circ$ в газовой фазе). Это связано с отталкиванием неподеленных электронных пар на $sp^3$-гибридизованных атомах кислорода. Следовательно, четыре атома молекулы не лежат в одной плоскости.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.