Номер 13, страница 90 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 12. Межмолекулярные взаимодействия - номер 13, страница 90.

Условие.

13. Укажите хлорпроизводные метана, молекулы которых полярны, т. е. имеют ненулевой дипольный момент. Аргументируйте своё решение.

Решение.

Решение 2.

Решение

Полярность молекулы определяется ее суммарным дипольным моментом ($\mu$), который является векторной суммой дипольных моментов всех химических связей в молекуле. Если суммарный дипольный момент не равен нулю ($\mu \neq 0$), то молекула полярна. Для этого необходимо, чтобы в молекуле были полярные связи, и чтобы их дипольные моменты не компенсировали друг друга из-за симметрии молекулы.

Все хлорпроизводные метана имеют тетраэдрическое строение, так как центральный атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Связь C-Cl является полярной, так как электроотрицательность хлора (3.16) выше, чем у углерода (2.55). Связь C-H также является слабополярной.

Рассмотрим все возможные хлорпроизводные метана:

• Хлорметан ($CH_3Cl$). В этой молекуле один атом водорода замещен на атом хлора. Из-за этого нарушается симметрия, характерная для метана. Дипольный момент полярной связи C-Cl не компенсируется суммой дипольных моментов трех связей C-H. В результате молекула имеет ненулевой дипольный момент и является полярной.

• Дихлорметан ($CH_2Cl_2$). В молекуле присутствуют два типа заместителей (H и Cl), что делает ее асимметричной. Векторы дипольных моментов двух связей C-Cl и двух связей C-H не уравновешивают друг друга. Их векторная сумма отлична от нуля, следовательно, молекула полярна.

• Трихлорметан ($CHCl_3$). Эта молекула также асимметрична. Суммарный вектор дипольных моментов трех связей C-Cl не компенсируется дипольным моментом одной связи C-H. Молекула имеет ненулевой дипольный момент и является полярной.

• Тетрахлорметан ($CCl_4$). Несмотря на наличие четырех полярных связей C-Cl, молекула является неполярной. Это связано с ее высокой симметрией (правильный тетраэдр), в котором все заместители одинаковы. Дипольные моменты четырех связей C-Cl направлены от центра к вершинам тетраэдра и их векторная сумма равна нулю ($\mu = 0$).

Таким образом, полярными являются те хлорпроизводные метана, в которых асимметричное расположение атомов водорода и хлора вокруг центрального атома углерода приводит к нескомпенсированному распределению зарядов.

Ответ: Хлорпроизводные метана, молекулы которых полярны: хлорметан ($CH_3Cl$), дихлорметан ($CH_2Cl_2$) и трихлорметан ($CHCl_3$).