Страница 29 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Лабораторный опыт. Изготовление моделей молекул углеводородов

Изготовьте шаростержневые модели молекул указанных ниже веществ из пластилина и деревянных или металлических стержней (можно использовать спички).

Модель молекулы метана. Из пластилина одного цвета изготовьте четыре шарика одинакового размера. Из пластилина другого цвета изготовьте шарик с диаметром в 1,5 раза больше диаметра предыдущих. На поверхности шарика большего размера (атом углерода) примерно на одинаковых расстояниях наметьте четыре точки. В отмеченных местах вставьте стержни, к концам которых присоедините четыре маленьких шарика (атомы водорода).

• Почему для изготовления моделей молекул требуются шарики различных размеров?

Модель молекулы пропана. Из пластилина одного цвета изготовьте восемь шариков одинакового размера. Из пластилина другого цвета изготовьте три шарика, диаметр которых в 1,5 раза больше диаметра предыдущих. Три шарика большего размера (атомы углерода) при помощи стержней соедините между собой под углом примерно $109^\circ$.

В соответствии со структурной формулой пропана к шарикам большего размера при помощи стержней присоедините восемь шариков меньшего размера, которые условно изображают атомы водорода.

Модель молекулы 1-хлорпропана. С одного стержня модели молекулы пропана снимите один маленький шарик (атом водорода). Вместо него прикрепите шарик другого цвета (атом хлора), диаметр которого примерно в 2 раза больше диаметра маленького шарика.

• Какое из основных положений теории А. М. Бутлерова вы использовали при изготовлении моделей молекул?

• Почему при изготовлении модели молекулы пропана атомы углерода нужно соединять под углом примерно $109^\circ$?

Шарики разных размеров требуются для того, чтобы наглядно отразить относительные размеры атомов различных химических элементов, входящих в состав молекулы. Атомы имеют разные атомные радиусы. Например, радиус атома углерода ($C$) больше радиуса атома водорода ($H$), а радиус атома хлора ($Cl$) в свою очередь больше радиуса атома углерода. Использование шариков разного размера позволяет создать более реалистичную и наглядную модель молекулы.

Шарики различных размеров используются для того, чтобы показать, что атомы разных химических элементов имеют разные размеры (атомные радиусы).

При изготовлении моделей было использовано первое и самое важное положение теории химического строения А. М. Бутлерова: атомы в молекулах веществ соединены друг с другом в определённой последовательности согласно их валентностям. Создавая шаростержневую модель, мы воспроизводили именно эту последовательность соединений (химическое строение), сначала соединяя атомы углерода в цепь, а затем присоединяя к ним атомы водорода и хлора в соответствии со структурной формулой.

Было использовано положение о том, что атомы в молекулах соединены в определённой последовательности, которая называется химическим строением.

В молекулах предельных углеводородов (алканов), к которым относится пропан ($C_3H_8$), каждый атом углерода образует четыре одинарные связи. Такое состояние атома углерода соответствует $sp^3$-гибридизации его атомных орбиталей. Четыре гибридные $sp^3$-орбитали располагаются в пространстве под углом друг к другу, направляясь к вершинам тетраэдра. Такое расположение обеспечивает максимальное удаление электронных пар связей друг от друга и является энергетически наиболее выгодным. Угол между осями гибридных орбиталей, а следовательно, и между химическими связями, в идеальном тетраэдре составляет примерно $109.5^{\circ}$. Поэтому при моделировании молекулы пропана атомы углерода соединяют под углом, близким к $109^{\circ}$ ($ \approx 109.5^{\circ} $).

Этот угол ($ \approx 109.5^{\circ} $) соответствует тетраэдрическому пространственному строению молекулы, которое обусловлено $sp^3$-гибридизацией атомов углерода в алканах.