Номер 7, страница 42 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

7. Какие углеводороды относят к циклоалканам? Кратко охарактеризуйте эти соединения.

К циклоалканам (также известным как цикланы или циклопарафины) относят циклические насыщенные углеводороды. Это означает, что в их молекулах атомы углерода соединены между собой только простыми (одинарными) связями и образуют замкнутую цепь, то есть кольцо.

Краткая характеристика циклоалканов:

• Общая формула. Общая формула гомологического ряда моноциклических алканов (с одним кольцом) — $C_nH_{2n}$, где $n$ — число атомов углерода в цикле, и $n \ge 3$. Эта формула совпадает с общей формулой алкенов, поэтому циклоалканы и алкены являются межклассовыми изомерами.
• Строение и гибридизация. Все атомы углерода в молекулах циклоалканов находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Из-за циклического строения валентные углы в малых циклах (например, $60^\circ$ в циклопропане и $90^\circ$ в циклобутане) сильно отличаются от нормального тетраэдрического угла ($109^\circ28'$). Это создает значительное "угловое напряжение" (напряжение Байера), что делает малые циклы химически менее стабильными и более реакционноспособными. В циклах с пятью и более атомами углерода (циклопентан, циклогексан) молекулы принимают неплоские конформации (например, конформация "кресло" для циклогексана), что позволяет валентным углам приблизиться к тетраэдрическим и снизить напряжение, делая эти циклы более устойчивыми.
• Номенклатура. Название циклоалкана образуется путем добавления приставки "цикло-" к названию алкана с таким же числом атомов углерода. Например: циклопропан ($C_3H_6$), циклобутан ($C_4H_8$), циклопентан ($C_5H_{10}$), циклогексан ($C_6H_{12}$).
• Изомерия. Для циклоалканов характерны:
  • структурная изомерия (размер цикла, строение боковых цепей, положение заместителей);
  • межклассовая изомерия с алкенами;
  • пространственная (геометрическая) цис-транс-изомерия для замещенных циклов.
• Химические свойства. Свойства циклоалканов сильно зависят от размера цикла.
  • Малые циклы ($C_3, C_4$): Из-за высокого напряжения в цикле они склонны к реакциям присоединения, которые идут с разрывом (раскрытием) цикла. Они могут присоединять водород, галогены, галогеноводороды. Например, гидрирование циклопропана:
    $C_3H_6 + H_2 \xrightarrow{Ni, 80^\circ C} CH_3-CH_2-CH_3$ (пропан)
  • Обычные циклы ($C_5, C_6$ и более): Эти циклы гораздо более устойчивы. По химическим свойствам они похожи на алканы и вступают в реакции радикального замещения, сохраняя при этом цикл. Например, хлорирование циклогексана на свету:
    $C_6H_{12} + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Cl + HCl$ (хлорциклогексан)
• Физические свойства. При нормальных условиях циклопропан и циклобутан — газы, циклоалканы от $C_5$ до $C_{16}$ — жидкости, высшие — твердые вещества. Они практически нерастворимы в воде. Температуры кипения и плавления циклоалканов выше, чем у соответствующих алканов.

Ответ: Циклоалканы — это класс циклических углеводородов, содержащих только одинарные связи между атомами углерода (насыщенные) и имеющих общую формулу $C_nH_{2n}$ (для моноциклических). Их ключевая особенность — наличие замкнутой углеродной цепи. Химическое поведение циклоалканов зависит от размера цикла: малые циклы ($C_3, C_4$) неустойчивы и вступают в реакции присоединения с разрывом цикла, в то время как циклы с 5 и более атомами углерода ($C_5, C_6, \dots$) стабильны и, подобно алканам, участвуют в реакциях замещения.