Номер 2, страница 173 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

2*. На основании строения молекул укажите сходные и отличительные свойства аминов и аммиака.

Амины являются органическими производными аммиака ($NH_3$), в молекуле которого один, два или все три атома водорода замещены на углеводородные радикалы (R). Эта структурная общность является основой как для сходных, так и для отличительных свойств этих классов соединений.

Сходство свойств аммиака и аминов обусловлено наличием в их молекулах атома азота с неподеленной (свободной) электронной парой и его $sp^3$-гибридным состоянием.

• Строение молекулы: И в аммиаке, и в аминах атом азота находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это приводит к пирамидальной форме молекулы (или геометрии у атома азота), где валентные углы близки к тетраэдрическому ($109.5^\circ$), например, в аммиаке угол H-N-H составляет около $107^\circ$. В вершине пирамиды находится атом азота со своей неподеленной электронной парой.

• Основные свойства: Наличие неподеленной электронной пары у атома азота определяет их способность выступать в роли оснований по Брёнстеду-Лоури (акцепторы протонов) и оснований Льюиса (доноры электронной пары). Они вступают в реакции с водой и кислотами, образуя соли — ионы аммония или замещенные ионы аммония.

  Реакция с водой (обратимая):
  $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$
  $R-NH_2 + H_2O \rightleftharpoons R-NH_3^+ + OH^-$

  Реакция с кислотами:
  $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$ (хлорид аммония)
  $CH_3NH_2 + HCl \rightarrow [CH_3NH_3]Cl$ (хлорид метиламмония)

• Способность к образованию водородных связей: Аммиак, а также первичные ($R-NH_2$) и вторичные ($R_2NH$) амины имеют полярную связь N-H. Это позволяет их молекулам образовывать межмолекулярные водородные связи друг с другом и с молекулами воды, что объясняет их относительно высокие температуры кипения и хорошую растворимость в воде (для низших представителей).

• Нуклеофильные свойства: Благодаря неподеленной электронной паре, аммиак и амины являются сильными нуклеофилами, то есть способны атаковать электронодефицитные центры в других молекулах, например, в реакциях алкилирования или ацилирования.

Ответ: Сходные свойства аммиака и аминов, такие как проявление основных и нуклеофильных свойств, а также способность к образованию водородных связей, определяются наличием в их молекулах $sp^3$-гибридизованного атома азота с неподеленной электронной парой.

Различия в свойствах аммиака и аминов в первую очередь связаны с природой углеводородного радикала (R), связанного с атомом азота, и его электронными эффектами.

• Сила основных свойств: Это ключевое химическое различие. Углеводородные радикалы влияют на электронную плотность на атоме азота.
  – Алифатические амины (например, метиламин, этиламин) являются более сильными основаниями, чем аммиак. Алкильные группы проявляют положительный индуктивный эффект (+I-эффект), "отталкивая" от себя электронную плотность. Это увеличивает электронную плотность на атоме азота, и его неподеленная пара легче присоединяет протон ($H^+$).
  – Ароматические амины (например, анилин $C_6H_5NH_2$) являются гораздо более слабыми основаниями, чем аммиак. Это связано с тем, что неподеленная электронная пара атома азота вступает в сопряжение с $\pi$-системой бензольного кольца (отрицательный мезомерный эффект, -M-эффект). В результате электронная плотность "размазывается" по кольцу и становится менее доступной для протонирования.

• Физические свойства: С увеличением размера и массы углеводородного радикала закономерно растут температуры плавления и кипения. При этом растворимость аминов в воде уменьшается, так как увеличивается размер гидрофобной (неполярной) части молекулы. Третичные амины ($R_3N$) кипят при более низких температурах, чем первичные и вторичные амины с той же молярной массой, так как их молекулы не могут образовывать водородные связи между собой (отсутствует связь N-H).

• Характерные химические реакции:
  – Реакция горения: Амины, как и большинство органических соединений, горят на воздухе с образованием углекислого газа, воды и азота. Аммиак же горит только в чистом кислороде или в присутствии катализатора.
  – Реакции ароматического кольца: Ароматические амины, в отличие от аммиака и алифатических аминов, могут вступать в реакции электрофильного замещения по бензольному кольцу (например, бромирование, сульфирование). Аминогруппа ($–NH_2$) является сильным активатором и направляет замещение в орто- и пара-положения.

Ответ: Отличительные свойства аминов и аммиака определяются влиянием связанного с азотом углеводородного радикала, что наиболее ярко проявляется в различной силе их основных свойств (алифатические амины сильнее аммиака, ароматические — слабее) и в наличии специфических реакций, обусловленных строением этого радикала.