Лабораторная работа №1, страница 17, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Составление модели молекулы бензола

Лабораторное оборудование: набор для построения шаростержневых моделей молекул органических соединений.

Ход работы

В тетради напишите структурную формулу бензола. Возьмите из набора шесть шариков черного цвета, которые будут символизировать атомы углерода, необходимое число шариков белого цвета, которые будут символизировать атомы водорода. Химическая связь изображается металлическими стержнями.

При помощи стержней атомы углерода и водорода соедините между собой в цикл согласно структурной формуле бензола.

Решение

Для выполнения лабораторной работы по составлению модели молекулы бензола необходимо провести следующие действия, основываясь на его химическом строении.

Первый шаг - написание структурной формулы бензола. Молекулярная формула бензола - $C_6H_6$. Его структура представляет собой плоское шестичленное кольцо из атомов углерода, где каждый атом углерода связан с одним атомом водорода. Особенностью бензольного кольца является наличие сопряженной π-системы. Это означает, что все шесть C-C связей в кольце равноценны, их длина является промежуточной между длиной одинарной и двойной связи. Графически это изображают в виде шестиугольника с окружностью внутри. Альтернативное изображение, предложенное Кекуле, показывает чередование одинарных и двойных связей в цикле. Оба варианта являются общепринятыми.

Следуя описанию строения, для сборки модели из набора необходимо взять компоненты, соответствующие атомам. Поскольку формула бензола $C_6H_6$, потребуется шесть шариков черного цвета, символизирующих атомы углерода, и шесть шариков белого цвета для атомов водорода.

Процесс сборки модели заключается в соединении шариков-атомов стержнями, которые изображают химические связи. Сначала шесть черных шариков (атомы C) соединяются стержнями в замкнутое кольцо (шестиугольник). Затем к каждому черному шарику присоединяется один белый шарик (атом H). Это формирует σ-скелет молекулы. Для этого потребуется 6 стержней для связей C-C в кольце и 6 стержней для связей C-H, итого 12 стержней.

Для отображения π-связей в модели, основанной на структуре Кекуле (с чередующимися связями), потребуется добавить еще 3 стержня, чтобы показать три двойные связи C=C. Таким образом, общее количество стержней, необходимых для сборки модели по Кекуле, составит $6 \text{ (C-H)} + 6 \text{ (C-C } \sigma\text{-связи)} + 3 \text{ (C-C } \pi\text{-связи)} = 15$ стержней. В наборах для моделирования для двойных связей часто используются специальные изогнутые или двойные соединители.

В результате сборки должна получиться плоская модель, в которой шесть черных шариков образуют правильный шестиугольник, и к каждому из них с внешней стороны прикреплен белый шарик. Углы между связями C-C-C и H-C-C будут составлять примерно $120^\circ$, что соответствует $sp^2$-гибридизации атомов углерода.

Ответ: Для составления модели молекулы бензола ($C_6H_6$) необходимо записать его структурную формулу (шестиугольник с кругом внутри или с чередующимися двойными связями), взять 6 черных шариков (атомы C) и 6 белых шариков (атомы H) и соединить их с помощью стержней. Для сборки модели по структуре Кекуле понадобится 15 стержней: 6 для связей C-H и 9 для трех одинарных и трех двойных связей C-C в кольце. Готовая модель представляет собой плоскую гексагональную структуру.