Номер 3, страница 12 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3. На конкретных примерах поясните, что такое изомерия.

Изомерия — это явление существования химических соединений, называемых изомерами. Изомеры имеют одинаковый атомный состав, то есть одну и ту же молекулярную формулу, но различное химическое или пространственное строение и, как следствие, различные физические и химические свойства.

Существует несколько видов изомерии, которые можно рассмотреть на конкретных примерах.

Структурная изомерия
При структурной изомерии атомы в молекулах-изомерах соединены в разном порядке. Она делится на несколько типов.

Изомерия углеродного скелета. Этот вид изомерии обусловлен различным строением углеродной цепи. Например, для молекулярной формулы $C_4H_{10}$ существуют два изомера:
- н-бутан с линейной цепью: $CH_3–CH_2–CH_2–CH_3$.
- изобутан (или 2-метилпропан) с разветвленной цепью: $CH_3–CH(CH_3)–CH_3$.
Эти вещества, несмотря на одинаковый состав, имеют разные температуры кипения (−0,5 °C у н-бутана и −11,7 °C у изобутана).

Изомерия положения. В этом случае изомеры отличаются положением кратной связи (двойной или тройной) или функциональной группы. Например, для спиртов с формулой $C_3H_8O$:
- Пропанол-1, где гидроксильная группа (–ОН) находится у первого атома углерода: $CH_3–CH_2–CH_2–OH$.
- Пропанол-2, где группа –ОН находится у второго (центрального) атома углерода: $CH_3–CH(OH)–CH_3$.

Межклассовая изомерия. Здесь изомеры принадлежат к разным классам органических соединений. Например, молекулярной формуле $C_2H_6O$ соответствуют:
- Этанол (класс спирты): $CH_3–CH_2–OH$.
- Диметиловый эфир (класс простые эфиры): $CH_3–O–CH_3$.
Их химические свойства кардинально различаются: этанол – жидкость, реагирует со щелочными металлами, а диметиловый эфир – газ, химически инертный в этих условиях.

Пространственная изомерия (стереоизомерия)
Стереоизомеры имеют одинаковый порядок соединения атомов, но различное их расположение в пространстве.

Геометрическая (цис-транс) изомерия. Она характерна для соединений, в которых затруднено свободное вращение вокруг связи (например, двойной связи С=С). Например, у бутена-2 ($C_4H_8$) есть два геометрических изомера:
- цис-бутен-2, где заместители (группы $CH_3$) находятся по одну сторону от плоскости двойной связи.
- транс-бутен-2, где заместители находятся по разные стороны.

Оптическая изомерия. Она возникает у молекул, которые являются зеркальными отражениями друг друга, несовместимыми в пространстве. Это свойственно молекулам с хиральным центром – атомом углерода, связанным с четырьмя разными заместителями. Примером служит молочная кислота $CH_3–CH(OH)–COOH$, существующая в виде двух оптических изомеров (энантиомеров).

Ответ: Изомерия — это явление существования соединений (изомеров), которые имеют одинаковую молекулярную формулу (т.е. одинаковый качественный и количественный состав), но разное строение (разный порядок соединения атомов или их различное пространственное расположение) и, как следствие, обладают разными физическими и химическими свойствами. Конкретными примерами изомеров являются н-бутан и изобутан (оба $C_4H_{10}$), которые являются структурными изомерами углеродного скелета; этанол и диметиловый эфир (оба $C_2H_6O$), являющиеся межклассовыми изомерами; а также цис- и транс-бутен-2 (оба $C_4H_8$), которые являются пространственными (геометрическими) изомерами.