той, незамкнутой цепью углеродных атомов, а также вещества, молекулы которых содержат циклы (циклические соединения).

3. Ковалеитные связи между атомами углерода, образованные одной парой обобщенных электронов, называют простыми (или ординарными) связями.

Связь между атомами углерода может осуществляться не одной, а двумя или тремя общими парами электронов. Тогда получаются цепи с кратными — двойными или тройными связями; эти связи можно изобразить следующим образом:

-о=с-

углево-

(с двойной связью) н ацетилен (с тройной

/ \

Простейшие соединения, содержащие кратные связи,

П—с=с—н

Н /Н

с=с

н, н с:: с; н' 'н

Н: С-:С:Н

дороды этилен связью):

этилен

ацетилен

Углеводороды с кратными связями называются непредельными или ненасыщенными. Этилен и ацетилен — первые

представители двух гомологических рядов — этиленовых и ацетиленовых углеводородов.

Простая ковалентная связь С—С (или С: С), образованная перекрыванием двух $р3-гибридных электронных облаков по линии, соединяющей центры атомов (по оси связи), как, например, в этане (рис. 124), представляет собой а-связь (см. § 42). Связи С—Н также являются а-связями — они образуются перекрыванием по оси связи 5р3-гибридного облака атома С и шарового облака ls-электрона атома Н.

Природа кратных углерод-углеродных связей несколько иная. Так, в молекуле этилена при образовании двойной ковалентной связи С = С (или С: :С) в каждом из атомов углерода в гибридизации участвует одна s-орбиталь и только две р-орбитали (sp2-гибридизация); одна из р-орбитален каждого атома С не гибриди-зуется. В результате образуются три 5р2-гибридных электронных облака, которые участвуют в образовании трех о-связей. Всего в молекуле этилена пять а-связей (четыре С—Н и одна С—С); все они расположены в одной плоскости под углами около 120° друг к другу (рис. 125).

Таким образом, одна из электронных пар в связи С=С осуществляет o-связь, а вторая — образуется р-электронами, не участвующими в гибридизации; их облака сохраняют форму объемной восьмерки («гантели»), ориентированы перпендикулярно к плоскости, в которой расположены а-связи, и перекрываются над и под этой плоскостью (рис. 126), образуя я-связь (см. § 42).

Следовательно, двойная связь С = С представляет собой сочетание одной а- и одной я-связей.

Тройная связь С^С(или С С)является сочетанием одной а-связи и двух я-связей. Например, при образовании молекулы ацетилена в каждом из атомов углерода в гибридизации участвует одна s-орбнталь и только одна р-орбиталь (sp-гибридизация); в результате образуются два sp-гибридных электронных облака, участвующих в образовании двух о-связей. Облака двух р-элек-тронов каждого атома С не гибридизуются, сохраняют свою конфигурацию и участвуют в образовании двух я-связей. Таким образом, в ацетилене всего три а-связи (одна С—С и две С—Н), направленные вдоль одной прямой, и две я-связи, ориентированные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 127).

Кратные (т. е. двойные и тройные) связи при реакциях легко превращаются в простые; тройная вначале переходит в двойную, а последняя—в простую. Это обусловлено их высокой реакционной способностью и имеет место при присоединении каких-либо атомов к паре атомов углерода, связанных кратной связью.

Переход кратных связей в простые объясняется тем, что обычно я-связи обладают меньшей прочностью и поэтому большей лабильностью по сравнению с р-связями. При образовании я-связей р-электронные облака с параллельными осями перекрываются в значительно меньшей степени, чем электронные облака, перекрывающиеся по оси связи (т. е. гибридные, s-электронные или ориентированные вдоль оси связи р-электронные облака).

Кратные связи прочнее простых. Так, энергия разрыва связи С = С составляет 535 кДж/моль, связи С —С — 423 кДж/моль, а связи С—С только 264 кДж/моль.

Из%сказанного следует, что в формулах две черточки из трех в связи С^С и одна черточка из двух в связи С—С выражают связи менее прочные, чем простая связь С—С.

На рис. 128 и 129 представлены шариковые и сегментовые пространственные модели соединений с двойной (этилен) и с тройной (ацетилен) связями.

4. Теория строения объяснила многочисленные случаи изомерии органических соединений.

Цепи из атомов углерода могут быть неразветвленными или разветвленными:

МММ МММ

—с—с—Мс—с—с— —с—с—с—с—с-с—

( I М м, | м I I 1

-с с—

1 -с-

Так, состав С5Н12 имеют три предельных углеводорода (пента-на) с различным строением цепей — один с неразветвленной цепью (нормального строения) и два с разветвленной (изо-строения):

СН3 СН3

1 !

СН3—СНз—СНЯ—СНя—СН3 сн3—сн—сна—сн3 сн3—с—сн3

пещан

нзопентаны

Состав С4Н8 имеют три непредельных углеводорода (бутилена) — два нормального строения, но изомерные по положению

if

двойной связи и один — изостроения;

СН,

СНз^СН—СНз—СНа СН3—СН=СН—СН3 СН2=С—СН3

бутнлены изобутнлен

Этим непредельным соединениям изомерны два циклических углеводорода, также имеющие состав С4Н3 и изомерные д