Лабораторная работа №3, страница 104 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Составление шаростержневых моделей молекул изопренового каучука

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

Ход работы:

Возьмите из набора необходимое число шариков черного цвета, которые будут символизировать атомы углерода, необходимое число шариков белого цвета, которые будут символизировать атомы водорода. Химическую связь изображают металлические стержни. Напишите структурную формулу изопрена. Согласно структурной формуле изопрена, составьте модель его молекулы.

Решение

1. Структурная формула изопрена

В соответствии с заданием, первым шагом является написание структурной формулы изопрена. Изопрен – это тривиальное название для органического соединения 2-метилбута-1,3-диен. Это непредельный углеводород, относящийся к классу сопряженных диенов. Его эмпирическая формула $C_5H_8$.

Структурная формула изопрена:

$CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$

В данной структуре углеродный скелет состоит из четырех атомов углерода в основной цепи и одного атома углерода в боковой метильной группе ($–CH_3$), присоединенной ко второму атому углерода ($C_2$). Молекула содержит две двойные связи, расположенные после первого ($C_1$) и третьего ($C_3$) атомов углерода.

Ответ: Структурная формула изопрена (2-метилбута-1,3-диена) – $CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$.

2. Составление шаростержневой модели молекулы изопрена

Для составления модели молекулы изопрена ($C_5H_8$) по инструкции необходимо использовать черные шарики для атомов углерода, белые – для атомов водорода и металлические стержни для химических связей.

Необходимые компоненты:

1. Шарики (атомы): Согласно формуле $C_5H_8$, для модели потребуется:

- 5 черных шариков (для 5 атомов углерода).

- 8 белых шариков (для 8 атомов водорода).

2. Стержни (связи): В молекуле изопрена присутствуют одинарные и двойные связи.

- Связи C–H (одинарные): 8 связей.

- Связи C–C (одинарные): 2 связи (связь $C_2–C_3$ и связь $C_2$ с метильной группой).

- Связи C=C (двойные): 2 связи ($C_1=C_2$ и $C_3=C_4$).

Двойные связи в шаростержневых моделях обычно собираются из двух гибких или изогнутых стержней. Таким образом, общее количество стержней:

- Для 10 одинарных связей (8 C–H и 2 C–C) потребуется 10 стержней.

- Для 2 двойных связей (C=C) потребуется $2 \times 2 = 4$ стержня.

- Всего необходимо $10 + 4 = 14$ стержней.

Процесс сборки:

1. Собрать углеродный скелет: соединить 5 черных шариков согласно структурной формуле. Четыре шарика образуют основную цепь, пятый присоединяется ко второму атому цепи. Для одинарных связей C–C используется по одному стержню, для двойных C=C – по два.

2. Присоединить атомы водорода: к каждому атому углерода присоединить белые шарики с помощью одиночных стержней в соответствии со структурой: два H к $C_1$, ноль H к $C_2$, один H к $C_3$, два H к $C_4$ и три H к атому углерода в метильной группе.

Ответ: Для сборки модели молекулы изопрена необходимо взять 5 черных шариков, 8 белых шариков и 14 стержней (10 для одинарных и 4 для двойных связей).

3. Изопреновый каучук

Название лабораторной работы ("Составление шаростержневых моделей молекул изопренового каучука") подразумевает, что изопрен служит мономером для синтеза полимера — изопренового каучука (полиизопрена). Этот процесс называется полимеризацией.

Реакция 1,4-полимеризации изопрена:

$n \, CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 \xrightarrow{катализатор} [-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-]_n$

В ходе этой реакции происходит разрыв $\pi$-связей в положениях 1,2 и 3,4, и мономеры соединяются друг с другом с образованием длинной полимерной цепи. При этом в каждом мономерном звене возникает новая двойная связь между вторым и третьим атомами углерода. Натуральный каучук представляет собой цис-1,4-полиизопрен.

Для моделирования фрагмента полимерной цепи каучука можно было бы соединить несколько предварительно измененных моделей изопрена, показав, как они связываются в единую структуру.

Ответ: Изопреновый каучук — это высокомолекулярное соединение (полимер), образующееся в результате полимеризации изопрена. Элементарное звено полиизопрена имеет формулу $[-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-]$.