Номер 59, страница 296 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.59. Оцените энергию сопряжения в бензоле и в 1,4-дисилабензоле, используя следующие данные:

Дано:

1. Гидрирование этилена: $H_2C=CH_2 + H_2 \rightarrow H_3C-CH_3$, $\Delta H_1 = -135$ кДж/моль

2. Гидрирование силаэтилена: $H_2Si=CH_2 + H_2 \rightarrow H_3Si-CH_3$, $\Delta H_2 = -231$ кДж/моль

3. Гидрирование бензола: $C_6H_6 (\text{бензол}) + 3H_2 \rightarrow C_6H_{12} (\text{циклогексан})$, $\Delta H_3 = -173$ кДж/моль

4. Гидрирование 1,4-дисилабензола: $C_4Si_2H_6 (\text{1,4-дисилабензол}) + 3H_2 \rightarrow C_4Si_2H_{12} (\text{1,4-дисилациклогексан})$, $\Delta H_5 = -389$ кДж/моль

Найти:

1. Энергию сопряжения в бензоле ($E_{сопр}(\text{бензол})$)

2. Энергию сопряжения в 1,4-дисилабензоле ($E_{сопр}(\text{1,4-дисилабензол})$)

Решение:

Энергия сопряжения (или энергия резонансной стабилизации) — это мера дополнительной стабильности молекулы, возникающей из-за делокализации $\pi$-электронов. Её можно оценить как разницу между теоретически рассчитанной энтальпией гидрирования для гипотетической молекулы с локализованными (изолированными) двойными связями ($\Delta H_{теор}$) и экспериментально измеренной энтальпией гидрирования реальной сопряженной системы ($\Delta H_{эксп}$).

Величина стабилизации (энергия сопряжения) рассчитывается как: $E_{стабилизации} = |\Delta H_{теор} - \Delta H_{эксп}|$.

Энергия сопряжения в бензоле

1. Расчет теоретической энтальпии гидрирования ($\Delta H_{теор}$).
Мысленно представим бензол как гипотетическую молекулу циклогексатриена с тремя изолированными двойными связями C=C. Энтальпия гидрирования одной такой связи принимается равной энтальпии гидрирования этилена ($\Delta H_1$).
Теоретическая энтальпия гидрирования для трех таких связей:

$\Delta H_{теор}(\text{бензол}) = 3 \times \Delta H_1 = 3 \times (-135 \text{ кДж/моль}) = -405 \text{ кДж/моль}$

2. Расчет энергии сопряжения.
Экспериментальная энтальпия гидрирования бензола дана в условии: $\Delta H_{эксп}(\text{бензол}) = \Delta H_3 = -173 \text{ кДж/моль}$.
Разница энтальпий составляет:

$\Delta H_{теор}(\text{бензол}) - \Delta H_{эксп}(\text{бензол}) = (-405 \text{ кДж/моль}) - (-173 \text{ кДж/моль}) = -232 \text{ кДж/моль}$

При гидрировании бензола выделяется на 232 кДж/моль тепла меньше, чем ожидалось бы для структуры с тремя изолированными двойными связями. Это означает, что бензол энергетически стабильнее гипотетического циклогексатриена на эту величину. Таким образом, энергия сопряжения в бензоле составляет 232 кДж/моль.

Ответ: Энергия сопряжения в бензоле составляет 232 кДж/моль.

Энергия сопряжения в 1,4-дисилабензоле

1. Расчет теоретической энтальпии гидрирования ($\Delta H_{теор}$).
Гипотетическая молекула 1,4-дисилациклогексатриена, являющаяся несопряженным аналогом 1,4-дисилабензола, в любой из своих структур Кекуле содержит одну двойную связь C=C и две двойные связи Si=C. Для расчета теоретической энтальпии гидрирования используем данные для гидрирования этилена ($\Delta H_1$) и силаэтилена ($\Delta H_2$).
Теоретическая энтальпия гидрирования:

$\Delta H_{теор}(\text{1,4-дисилабензол}) = 1 \times \Delta H_1 + 2 \times \Delta H_2 = 1 \times (-135 \text{ кДж/моль}) + 2 \times (-231 \text{ кДж/моль})$

$\Delta H_{теор}(\text{1,4-дисилабензол}) = -135 - 462 = -597 \text{ кДж/моль}$

2. Расчет энергии сопряжения.
Экспериментальная энтальпия гидрирования 1,4-дисилабензола дана в условии: $\Delta H_{эксп}(\text{1,4-дисилабензол}) = \Delta H_5 = -389 \text{ кДж/моль}$.
Разница энтальпий составляет:

$\Delta H_{теор}(\text{1,4-дисилабензол}) - \Delta H_{эксп}(\text{1,4-дисилабензол}) = (-597 \text{ кДж/моль}) - (-389 \text{ кДж/моль}) = -208 \text{ кДж/моль}$

Реальная молекула 1,4-дисилабензола стабильнее своего гипотетического несопряженного аналога на 208 кДж/моль. Это и есть его энергия сопряжения.

Ответ: Энергия сопряжения в 1,4-дисилабензоле составляет 208 кДж/моль.