Решение задачи: определение нечетноэлектронности C4H10PCl4

Для решения данной задачи необходимо проанализировать состав молекулярного иона и рассчитать его структурные характеристики. 1. Определение четности числа электронов Для определения того, является ли ион четноэлектронным или нечетноэлектронным, необходимо рассчитать общее количество валентных электронов в системе. В состав иона \( C_{4}H_{10}PCl_{4} \) входят: - 4 атома углерода (IV группа): \( 4 \times 4 = 16 \) электронов; - 10 атомов водорода (I группа): \( 10 \times 1 = 10 \) электронов; - 1 атом фосфора (V группа): \( 1 \times 5 = 5 \) электронов; - 4 атома хлора (VII группа): \( 4 \times 7 = 28 \) электронов. Суммарное количество электронов в нейтральной молекуле такого состава: \[ \sum e = 16 + 10 + 5 + 28 = 59 \] Так как число 59 является нечетным, нейтральная частица такого состава существовать не может (согласно правилу октета). Молекулярный ион образуется при потере или присоединении одного электрона. Если это катион-радикал \( [M]^{+\cdot} \), то количество электронов станет \( 59 - 1 = 58 \) (четноэлектронный). Однако, исходя из стандартной брутто-формулы, приведенной в условии как "молекулярный ион", и наличия нечетного числа валентных электронов в исходной комбинации атомов, данный ион является нечетноэлектронным (радикальным), так как содержит неспаренный электрон. 2. Определение фактора ненасыщенности (ФН) Фактор ненасыщенности (или индекс удерживания водорода) показывает суммарное количество циклов и кратных связей в молекуле. Способ 1. Использование классической формулы для органических соединений Для соединения состава \( C_{c}H_{h}N_{n}O_{o}X_{x} \), где \( X \) — галоген, а фосфор (P) ведет себя аналогично азоту (валентность III в базовой формуле), формула имеет вид: \[ ФН = c + 1 - \frac{h + x - n}{2} \] Подставим значения для \( C_{4}H_{10}PCl_{4} \): \( c = 4 \) (углерод) \( h = 10 \) (водород) \( x = 4 \) (хлор) \( n = 1 \) (фосфор) \[ ФН = 4 + 1 - \frac{10 + 4 - 1}{2} = 5 - \frac{13}{2} = 5 - 6,5 = -1,5 \] Способ 2. Сравнение с предельно насыщенной структурой Предельное количество атомов водорода (и одновалентных заместителей) для алкана с \( n \) атомами углерода вычисляется как \( 2n + 2 \). При наличии гетероатомов вносятся поправки: фосфор (III) добавляет возможность присоединить еще один одновалентный атом. Для 4 атомов углерода и 1 атома фосфора насыщенная система должна содержать: \[ (2 \times 4 + 2) + 1 = 11 \text{ одновалентных атомов} \] В нашей формуле количество одновалентных атомов (H и Cl): \[ 10 + 4 = 14 \] Разница между насыщенным состоянием и текущим: \[ \Delta = 11 - 14 = -3 \] Фактор ненасыщенности равен половине этой разности: \[ ФН = \frac{-3}{2} = -1,5 \] Вывод: Отрицательное и дробное значение фактора ненасыщенности (\( -1,5 \)) указывает на то, что данный ион является гипервалентным (фосфор находится в степени окисления V, а не III) или представляет собой сложный ионный комплекс. С точки зрения классической органической химии, такая структура является перенасыщенной.