Номер 1, страница 55 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Начертите таблицу в тетради и заполните.

Признаки сравнения

Этан

Этилен

Валентные углы

Длина связи

Геометрическое строение молекулы

Решение

Различия в строении и свойствах этана и этилена обусловлены типом гибридизации атомных орбиталей углерода и, как следствие, типом углерод-углеродной связи.

Этан ($C_2H_6$): В молекуле этана ($CH_3-CH_3$) атомы углерода связаны одинарной $\sigma$-связью. Каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Четыре гибридные орбитали каждого атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, что определяет пространственное строение молекулы.

Этилен ($C_2H_4$): В молекуле этилена ($CH_2=CH_2$) атомы углерода соединены двойной связью (одна $\sigma$- и одна $\pi$-связь). Атомы углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Три гибридные $sp^2$-орбитали лежат в одной плоскости под углом примерно $120^\circ$ друг к другу. Негибридизованная p-орбиталь каждого атома углерода перпендикулярна этой плоскости и участвует в образовании $\pi$-связи.

Валентные углы

В молекуле этана, вследствие $sp^3$-гибридизации, валентные углы (как H-C-H, так и H-C-C) стремятся к тетраэдрическому значению и составляют приблизительно $109.5^\circ$ ($109^\circ28'$).

В молекуле этилена $sp^2$-гибридизация приводит к плоскому расположению $\sigma$-связей вокруг каждого атома углерода. Углы между этими связями (H-C-H и H-C=C) близки к $120^\circ$.

Ответ: Этан: валентные углы составляют $\approx 109.5^\circ$. Этилен: валентные углы составляют $\approx 120^\circ$.

Длина связи

Основное различие в длине связи касается углерод-углеродной связи. Двойная связь короче и прочнее одинарной из-за дополнительного $\pi$-перекрывания, которое сильнее стягивает ядра атомов.

Длина одинарной связи C-C в этане составляет $\approx 0.154$ нм.

Длина двойной связи C=C в этилене составляет $\approx 0.134$ нм.

Ответ: Этан (связь C-C): $\approx 0.154$ нм. Этилен (связь C=C): $\approx 0.134$ нм.

Геометрическое строение молекулы

Геометрия молекулы определяется пространственным расположением атомов, которое, в свою очередь, зависит от гибридизации.

Этан имеет объемное строение. Каждый атом углерода является центром тетраэдра. Вокруг одинарной связи C-C возможно свободное вращение метильных групп ($-CH_3$).

Этилен имеет плоское строение. Все шесть атомов (два углерода и четыре водорода) лежат в одной плоскости. Вращение вокруг двойной связи C=C невозможно без ее разрыва, что обеспечивает жесткость структуры.

Ответ: Этан: тетраэдрическое строение у каждого атома углерода, молекула объемная. Этилен: плоское строение, все атомы находятся в одной плоскости.