Номер 1, страница 39 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Вопросы в начале параграфа. Параграф 9. Пространственное строение молекул. Глава II. Строение вещества - номер 1, страница 39.

Условие.

• Вспомните пространственное строение молекулы метана.

Решение.

Решение 2.

Решение

Молекула метана, химическая формула которой $CH_4$, является простейшим представителем алканов. Её пространственное строение является фундаментальным примером в стереохимии и определяется состоянием гибридизации центрального атома углерода.

Атом углерода (C) имеет на внешнем энергетическом уровне 4 валентных электрона. В молекуле метана атом углерода образует четыре одинарные связи с четырьмя атомами водорода (H). Для образования этих четырёх равноценных связей атом углерода переходит в возбужденное состояние, и его атомные орбитали подвергаются гибридизации.

Тип гибридизации в молекуле метана — $sp^3$. Это означает, что одна s-орбиталь и три p-орбитали атома углерода смешиваются, образуя четыре новые, одинаковые по форме и энергии гибридные $sp^3$-орбитали.

Эти четыре гибридные орбитали, несущие по одному электрону, располагаются в пространстве таким образом, чтобы находиться на максимальном удалении друг от друга из-за электростатического отталкивания. Такое расположение соответствует направлению к вершинам правильного тетраэдра.

Таким образом, молекула метана имеет тетраэдрическое строение:

• В центре тетраэдра находится атом углерода.
• В четырех вершинах тетраэдра находятся атомы водорода.
• Все четыре связи C-H являются ковалентными сигма-связями ($\sigma$-связями), они равноценны по длине и прочности.
• Валентный угол между любыми двумя связями C-H (угол H–C–H) составляет $109.5^\circ$ (или, более точно, $109^\circ 28'$).

Несмотря на то что связи C-H являются слабополярными из-за небольшой разницы в электроотрицательности углерода и водорода, молекула метана в целом неполярна. Это связано с её высокой симметрией: дипольные моменты отдельных связей взаимно компенсируют друг друга.

Ответ: Молекула метана ($CH_4$) имеет пространственное строение в форме правильного тетраэдра. Атом углерода, находящийся в состоянии $sp^3$-гибридизации, располагается в центре этого тетраэдра, а четыре атома водорода — в его вершинах. Угол между связями C-H (валентный угол H-C-H) составляет $109.5^\circ$.