Номер 135, страница 270 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.135. Расположите в порядке увеличения дипольного момента молекулы все фторпроизводные метана.

Для того чтобы расположить фторпроизводные метана в порядке увеличения дипольного момента, необходимо проанализировать геометрию молекул и направление дипольных моментов отдельных связей. Дипольный момент молекулы ($\mu$) — это векторная сумма дипольных моментов всех связей. Связь $C-F$ сильно полярна (электронная плотность смещена к фтору), а связь $C-H$ слабо полярна (электронная плотность смещена к углероду). Все молекулы имеют тетраэдрическую структуру. Фторпроизводными метана являются $CH_3F$, $CH_2F_2$, $CHF_3$ и $CF_4$.

Тетрафторметан ($CF_4$)
Молекула $CF_4$ имеет идеальную тетраэдрическую симметрию. Четыре дипольных момента связей $C-F$ направлены от центрального атома углерода к вершинам тетраэдра. Вследствие симметрии они взаимно компенсируют друг друга, и суммарный дипольный момент молекулы равен нулю.

Трифторметан ($CHF_3$)
В этой молекуле симметрия понижена. Результирующий вектор дипольных моментов трех связей $C-F$ направлен от атома углерода вдоль оси симметрии $C_3$. Однако дипольный момент связи $C-H$ направлен в противоположную сторону (от $H$ к $C$). Таким образом, происходит частичная компенсация векторов, и итоговый дипольный момент оказывается относительно небольшим.

Фторметан ($CH_3F$)
В молекуле $CH_3F$ дипольный момент связи $C-F$ и результирующий дипольный момент трех связей $C-H$ сонаправлены. Вектор диполя $C-F$ (от $C$ к $F$) и суммарный вектор диполей $C-H$ (от плоскости атомов $H$ к $C$) складываются, что приводит к значительному дипольному моменту, большему, чем у $CHF_3$.

Дифторметан ($CH_2F_2$)
В этой молекуле результирующий вектор дипольных моментов двух связей $C-F$ и результирующий вектор от двух связей $C-H$ также сонаправлены и складываются. Геометрия молекулы такова, что угол между связями $C-F$ (около $109.5^\circ$) приводит к очень большому суммарному вектору, который дополнительно усиливается вкладом от связей $C-H$. В результате эта молекула обладает наибольшим дипольным моментом в данном ряду.

Следовательно, ряд по увеличению дипольного момента выглядит следующим образом:

Ответ: $CF_4 < CHF_3 < CH_3F < CH_2F_2$