номер 1, страница 43 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

1. Почему молекула метана не является плоской?

Молекула метана ($CH_4$) не является плоской из-за $sp^3$-гибридизации валентных орбиталей атома углерода и взаимного электростатического отталкивания электронных пар.

При образовании химических связей один $2s$- и три $2p$-электронных облака атома углерода смешиваются, образуя четыре одинаковые по форме и энергии $sp^3$-гибридные орбитали. Эти орбитали несут отрицательный заряд и стремятся разойтись в пространстве на максимально возможное расстояние друг от друга, чтобы минимизировать силы отталкивания (согласно теории отталкивания валентных электронных пар).

Пространственное расположение этих четырёх орбиталей направлено к вершинам правильного тетраэдра, в центре которого находится ядро углерода:

• В тетраэдрической структуре угол между связями $C-H$ составляет $109^\circ 28'$ (около $109{,}5^\circ$).
• Если бы молекула метана имела плоское строение (например, форму плоского квадрата), валентные углы составляли бы всего $90^\circ$. При такой геометрии электронные пары находились бы ближе друг к другу, что вызвало бы сильное отталкивание и сделало бы молекулу энергетически нестабильной.

Таким образом, именно трёхмерное тетраэдрическое строение обеспечивает молекуле метана минимум потенциальной энергии и максимальную устойчивость, из-за чего она не может быть плоской.