Номер 1, страница 262 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Какими свойствами атомов углерода обусловлено многообразие органических соединений?

Многообразие органических соединений, которых насчитываются десятки миллионов, обусловлено рядом уникальных свойств атома углерода, отличающих его от всех других химических элементов.

1. Уникальное строение атома и валентность

Атом углерода (C) расположен во втором периоде, IVА группе периодической системы и имеет на внешнем энергетическом уровне четыре валентных электрона (электронная конфигурация $1s^22s^22p^2$). Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки атому углерода энергетически выгоднее всего образовывать четыре ковалентные связи, а не отдавать или принимать электроны. Эта четырехвалентность позволяет каждому атому углерода соединяться с четырьмя другими атомами (включая другие атомы углерода), создавая основу для сложных молекулярных "скелетов".

2. Способность к катенации

Атомы углерода обладают исключительной способностью соединяться друг с другом, образуя прочные и устойчивые ковалентные связи C–C. Этот процесс, называемый катенацией, позволяет формировать длинные углеродные цепи (линейные и разветвленные) и замкнутые кольцевые структуры (циклы). Длина таких цепей может достигать тысяч атомов, что приводит к образованию высокомолекулярных соединений, таких как полимеры (полиэтилен, белки, нуклеиновые кислоты).

3. Образование кратных (двойных и тройных) связей

Помимо одинарных связей, атомы углерода способны образовывать друг с другом двойные (C=C) и тройные (C≡C) связи. Это возможно благодаря различным типам гибридизации атомных орбиталей:

• sp³-гибридизация: образуются четыре одинарные сигма-связи, направленные к вершинам тетраэдра под углом $109.5^\circ$. Характерна для алканов.
• sp²-гибридизация: образуются три сигма-связи и одна пи-связь, что приводит к формированию двойной связи. Атом имеет плоскую треугольную геометрию с углами между связями около $120^\circ$. Характерна для алкенов.
• sp-гибридизация: образуются две сигма-связи и две пи-связи, что приводит к формированию тройной связи. Атом имеет линейную геометрию с углом $180^\circ$. Характерна для алкинов.

Наличие кратных связей значительно расширяет число возможных соединений и их химические свойства.

4. Явление изомерии

Перечисленные выше свойства приводят к широкому распространению изомерии – явления существования соединений, имеющих одинаковый качественный и количественный состав (одну и ту же молекулярную формулу), но разное строение и, следовательно, разные свойства. Различают структурную изомерию (разный порядок соединения атомов) и пространственную, или стереоизомерию (одинаковый порядок соединения атомов, но разное их расположение в пространстве). Возможность существования огромного числа изомеров для одной и той же молекулярной формулы является ключевой причиной многообразия органики.

5. Стабильность связей с другими элементами

Углерод образует прочные ковалентные связи не только с другими атомами углерода, но и с атомами важнейших элементов-органогенов: водородом (H), кислородом (O), азотом (N), серой (S), фосфором (P), а также с галогенами. Это позволяет создавать разнообразные функциональные группы (–OH, –COOH, –NH₂, и т.д.), которые определяют принадлежность соединения к тому или иному классу и его характерные химические свойства.

Ответ: Многообразие органических соединений обусловлено совокупностью уникальных свойств атомов углерода: их четырехвалентностью, способностью к катенации (образованию устойчивых цепей и циклов), возможностью формирования одинарных, двойных и тройных связей, а также широким распространением явления изомерии и способностью образовывать прочные связи с другими элементами.