Номер 16, страница 61 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 8. Ковалентная химическая связь и механизмы её образования - номер 16, страница 61.

Условие.

16. Энергия связи $C-C$ в этане равна 356 кДж/моль, а связи $C=C$ в этилене — 598 кДж/моль. Как вы думаете, почему эти значения различаются менее чем в два раза?

Решение.

Решение 2.

Дано:

Энергия связи C–C в этане ($E_{C-C}$) = 356 кДж/моль

Энергия связи C=C в этилене ($E_{C=C}$) = 598 кДж/моль

Найти:

Объяснить, почему энергия двойной связи C=C меньше удвоенной энергии одинарной связи C-C.

Решение:

Для начала проверим утверждение, данное в условии задачи. Удвоенная энергия одинарной связи C–C составляет:

$2 \cdot E_{C-C} = 2 \cdot 356 \text{ кДж/моль} = 712 \text{ кДж/моль}$

Сравнивая это значение с энергией двойной связи, видим, что действительно:

$598 \text{ кДж/моль} < 712 \text{ кДж/моль}$

Причина этого различия кроется в строении одинарных и двойных связей.

1. Одинарная связь C–C (например, в этане) является сигма-связью ($\sigma$-связью). Она образуется в результате осевого (лобового) перекрывания гибридных атомных орбиталей. Такое перекрывание максимально, что делает $\sigma$-связь очень прочной.

2. Двойная связь C=C (например, в этилене) состоит из одной $\sigma$-связи и одной пи-связи ($\pi$-связи). $\sigma$-связь здесь также образуется за счет осевого перекрывания гибридных орбиталей. А $\pi$-связь возникает в результате бокового (параллельного) перекрывания негибридизованных p-орбиталей, которые расположены перпендикулярно плоскости $\sigma$-связи. Область перекрывания в $\pi$-связи меньше, чем в $\sigma$-связи, поэтому $\pi$-связь является менее прочной.

Таким образом, энергия двойной связи – это сумма энергий одной прочной $\sigma$-связи и одной менее прочной $\pi$-связи:

$E_{C=C} = E_{\sigma} + E_{\pi}$

Если принять энергию $\sigma$-связи в двойной связи приблизительно равной энергии одинарной связи в этане, то можно оценить энергию $\pi$-связи:

$E_{\pi} \approx E_{C=C} - E_{C-C} = 598 \text{ кДж/моль} - 356 \text{ кДж/моль} = 242 \text{ кДж/моль}$

Как показывает расчет, энергия $\pi$-связи ($242$ кДж/моль) значительно меньше энергии $\sigma$-связи ($356$ кДж/моль). Следовательно, вторая связь в двойной связи слабее первой. Именно поэтому энергия двойной связи не удваивает энергию одинарной, а лишь увеличивает ее на величину энергии более слабой $\pi$-связи.

Ответ: Энергия двойной связи C=C меньше удвоенной энергии одинарной связи C-C, потому что двойная связь состоит не из двух равноценных одинарных связей, а из одной прочной $\sigma$-связи и одной, менее прочной, $\pi$-связи. Энергия, необходимая для образования или разрыва второй ($\pi$) связи, значительно меньше, чем для первой ($\sigma$) связи.