Вопрос ✔, страница 35 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Углеводороды, молекулы которых содержат тройную связь, относятся к классу алкинов. Их строение и свойства определяются наличием этой кратной связи.

Особенности строения

Алкины — это ациклические углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь $C \equiv C$ и имеющие общую формулу $C_n H_{2n-2}$ (где $n \ge 2$).

1. Гибридизация и геометрия. Атомы углерода, образующие тройную связь, находятся в состоянии $sp$-гибридизации. Каждый такой атом имеет две гибридные $sp$-орбитали, которые расположены линейно под углом $180^\circ$ друг к другу, и две негибридные $p$-орбитали, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это приводит к тому, что фрагмент молекулы, включающий тройную связь ($–C \equiv C–$), имеет строго линейное строение. Например, молекула простейшего алкина — ацетилена ($H–C \equiv C–H$) — является полностью линейной.

2. Характер связи. Тройная связь состоит из одной прочной $\sigma$-связи (сигма-связи), образованной перекрыванием гибридных $sp$-орбиталей вдоль оси, соединяющей ядра атомов, и двух менее прочных, но более реакционноспособных $\pi$-связей (пи-связей). $\pi$-связи образуются за счет бокового перекрывания негибридных $p$-орбиталей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

3. Длина и энергия связи. Тройная связь $C \equiv C$ является самой короткой (около $0,120$ нм) и самой прочной по сравнению с двойной $C=C$ (около $0,134$ нм) и одинарной $C-C$ (около $0,154$ нм) связями.

Ответ: Главными особенностями строения алкинов являются наличие тройной связи ($C \equiv C$), $sp$-гибридизация углеродных атомов при этой связи и линейная геометрия соответствующего фрагмента молекулы.

Свойства

Свойства алкинов обусловлены, в первую очередь, наличием в их молекулах высокореакционной тройной связи, а также, в случае терминальных алкинов (с тройной связью на конце цепи), подвижностью атома водорода при этой связи.

1. Физические свойства. При нормальных условиях первые представители гомологического ряда (ацетилен, пропин, бутин-1) — газы; средние — жидкости; высшие — твердые вещества. Алкины практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях. Их температуры кипения и плавления закономерно возрастают с увеличением молекулярной массы.

2. Химические свойства. Для алкинов наиболее характерны реакции присоединения, которые протекают по месту разрыва менее прочных $\pi$-связей.

• Реакции присоединения. Могут протекать в одну или две стадии.
  • Гидрирование (присоединение водорода): до алкенов при использовании катализатора Линдлара ($Pd/PbCO_3$) или до алканов при использовании $Ni$, $Pt$, $Pd$.
    $CH \equiv CH + H_2 \xrightarrow{Pd/PbCO_3} CH_2=CH_2$ (этен)
    $CH \equiv CH + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} CH_3–CH_3$ (этан)
  • Галогенирование (присоединение галогенов): алкины обесцвечивают бромную воду. Реакция идет постадийно.
    $CH_3–C \equiv CH + Br_2 \rightarrow CH_3–CBr=CHBr$ (1,2-дибромпропен)
    $CH_3–CBr=CHBr + Br_2 \rightarrow CH_3–CBr_2–CHBr_2$ (1,1,2,2-тетрабромпропан)
  • Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов): протекает по правилу Марковникова.
    $CH_3–C \equiv CH + HBr \rightarrow CH_3–CBr=CH_2$ (2-бромпропен)
  • Гидратация (реакция Кучерова): присоединение воды в присутствии солей ртути($II$) с образованием карбонильных соединений. Из ацетилена образуется ацетальдегид, из его гомологов — кетоны.
    $CH \equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} [CH_2=CH–OH] \rightarrow CH_3–CHO$ (ацетальдегид)
• Реакции окисления. Алкины легко окисляются. Они обесцвечивают раствор перманганата калия (качественная реакция на кратную связь). При горении на воздухе образуют углекислый газ и воду.
  $2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$
• Реакции замещения (кислотные свойства). Атомы водорода при тройной связи (у терминальных алкинов) обладают подвижностью и могут замещаться на атомы металлов с образованием солей — ацетиленидов. Реакции с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди(I) являются качественными для обнаружения терминальных алкинов.
  $CH \equiv CH + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow Ag–C \equiv C–Ag \downarrow + 4NH_3 + 2H_2O$ (белый осадок)
• Реакции полимеризации.
  • Димеризация ацетилена: $2CH \equiv CH \xrightarrow{CuCl, NH_4Cl} CH_2=CH–C \equiv CH$ (винилацетилен)
  • Тримеризация ацетилена (реакция Зелинского): $3CH \equiv CH \xrightarrow{C_{акт.}, 600^\circ C} C_6H_6$ (бензол)

Ответ: Основные свойства алкинов — это способность вступать в реакции присоединения по тройной связи (гидрирование, галогенирование), окисляться, полимеризоваться, а для терминальных алкинов — проявлять кислотные свойства, образуя ацетилениды.