Атомы углерода в состоянии sp^2-гибридизации имеются в молекуле этилена (вариант 2).
Чтобы понять, почему это так, рассмотрим сначала, что такое sp^2-гибридизация. Гибридизация — это концепция орбитального перекрытия, которая помогает объяснить форму молекул. В случае sp^2-гибридизации один s-орбиталь и два p-орбитали углерода смешиваются, образуя три гибридных sp^2-орбитали. Эти орбитали располагаются в плоскости и ориентированы под углом 120° друг к другу, что характерно для молекул с тригональной планарной геометрией. Оставшийся p-орбиталь не участвует в гибридизации и может образовывать π-связь.
Теперь рассмотрим каждое из предложенных соединений:
Пентан (C5H12): Пентан является насыщенным углеводородом, у него только σ-связи (одинарные связи). Все атомы углерода в пентане находятся в состоянии sp^3-гибридизации.
Этилен (этен) (C2H4): В этилене каждый атом углерода образует три σ-связи (две с атомами водорода и одну с другим атомом углерода) и одну π-связь (двойная связь между углеродными атомами). Для образования этой структуры каждый углерод использует sp^2-гибридизацию, при которой три sp^2-орбитали формируют σ-связи, а оставшаяся p-орбиталь формирует π-связь.
2-метилбутан (C5H12): 2-метилбутан также является насыщенным углеводородом, как и пентан. Все атомы углерода в 2-метилбутане находятся в состоянии sp^3-гибридизации.
н-гептан (C7H16): н-гептан — это алкан, линейный насыщенный углеводород. Аналогично пентану и 2-метилбутану, все углеродные атомы в н-гептане имеют sp^3-гибридизацию.
Таким образом, только в молекуле этилена атомы углерода находятся в состоянии sp^2-гибридизации.