कार्बन एवं उसके यौगिक: पाठ, हल किए गए प्रश्न और अभ्यास

रसोई से शुरू करते हैं

सुबह माँ गैस चूल्हा जलाती हैं, कड़ाही में सरसों का तेल गर्म होता है, नाश्ते में रोटी-सब्ज़ी बनती है। फिर आप सूती कपड़े पहनकर, कागज़ की कॉपी और प्लास्टिक का पेन लेकर स्कूल जाते हैं। शाम को हैंडपंप के पानी में साबुन लगाते हैं, तो झाग कम बनता है। अचार की बरनी में सिरका डला होता है, और दादी के घुटने के दर्द की दवा भी किसी शीशी में रखी है।

इन सबमें एक बात साझा है: LPG, तेल, अनाज, कपास, कागज़, प्लास्टिक, साबुन, सिरका और दवा, सब कार्बन के यौगिकों से बने हैं। हमारा शरीर, पेड़-पौधे और सारे जीव भी कार्बन पर ही टिके हैं।

एक छोटा प्रयोग कीजिए: सुबह से इस्तेमाल की गई दस चीज़ों की सूची बनाकर उन्हें तीन खानों में बाँटिए, धातु से बनी, काँच या मिट्टी से बनी, और अन्य। "अन्य" वाले खाने की ज़्यादातर चीज़ें कार्बन के यौगिक निकलती हैं। ऐसे यौगिक को जलाने पर कार्बन डाइऑक्साइड बनती है, जो चूने के पानी को दूधिया कर देती है। यही इसकी पहचान का परीक्षण है।

मज़े की बात यह है कि प्रकृति में कार्बन बहुत कम है। भूपर्पटी में खनिजों (कार्बोनेट, हाइड्रोजनकार्बोनेट, कोयला, पेट्रोलियम) के रूप में कुल 0.02% कार्बन है, और वायुमंडल में 0.03% कार्बन डाइऑक्साइड। इतनी कम मात्रा के बावजूद कार्बन इतना ज़रूरी क्यों है, यह अध्याय इसी का उत्तर देता है।

कार्बन आयन क्यों नहीं बनाता

पिछले अध्याय में आपने देखा कि आयनिक यौगिकों के गलनांक और क्वथनांक ऊँचे होते हैं और वे घोल या पिघली अवस्था में बिजली चलाते हैं। कार्बन के यौगिकों में ऐसा नहीं होता। यह सारणी देखिए:

ये मान कम हैं, इसलिए इनके अणुओं के बीच आकर्षण बल कमज़ोर है। ये बिजली के कुचालक भी हैं, तो इनके आबंधन से आयन नहीं बनते।

अब कार्बन की बनावट देखिए। कार्बन की परमाणु संख्या 6 है, तो इलेक्ट्रॉन विन्यास 2, 4 है। बाहरी कोश में 4 इलेक्ट्रॉन हैं, और उत्कृष्ट गैस जैसा पूरा कोश पाने के लिए उसे 4 इलेक्ट्रॉन लेने होंगे या 4 छोड़ने होंगे। दोनों रास्ते मुश्किल हैं:

1. 4 इलेक्ट्रॉन लेकर C⁴⁻ ऋणायन बने, तो 6 प्रोटॉन वाले नाभिक को 10 इलेक्ट्रॉन सँभालने पड़ेंगे। यह कठिन है।
2. 4 इलेक्ट्रॉन छोड़कर C⁴⁺ धनायन बने, तो 6 प्रोटॉन वाले नाभिक के पास 2 इलेक्ट्रॉन बचेंगे। इतने इलेक्ट्रॉन हटाने में बहुत अधिक ऊर्जा लगेगी।

इसलिए कार्बन तीसरा रास्ता चुनता है: वह अपने संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करता है, कभी दूसरे कार्बन परमाणुओं के साथ, कभी दूसरे तत्वों के साथ। साझा किए गए इलेक्ट्रॉन दोनों परमाणुओं के बाहरी कोश के गिने जाते हैं, और दोनों का कोश पूरा हो जाता है।

सहसंयोजी आबंध: इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी

दो परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन के युग्म की साझेदारी से बने आबंध को सहसंयोजी आबंध कहते हैं। चित्रों में संयोजकता इलेक्ट्रॉन बिंदु (•) और क्रॉस (×) से दिखाए जाते हैं, और एक साझा युग्म को दोनों परमाणुओं के बीच एक रेखा से भी लिखते हैं।

जल (H₂O) में ऑक्सीजन दोनों हाइड्रोजन के साथ एक-एक युग्म बाँटती है, तो दो एकल आबंध बनते हैं। अमोनिया (NH₃) में नाइट्रोजन तीनों हाइड्रोजन के साथ एक-एक युग्म बाँटता है।

मेथेन (CH₄): यह ईंधन के रूप में खूब काम आती है, और बायोगैस तथा संपीडित प्राकृतिक गैस (CNG) का प्रमुख घटक है। हाइड्रोजन की संयोजकता 1 है और कार्बन की 4, इसलिए कार्बन को चतुःसंयोजक कहते हैं। कार्बन अपने चारों इलेक्ट्रॉन चार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ बाँटता है। चित्र में बीच में C और चारों ओर एक-एक H बनाइए, और C तथा हर H के बीच एक बिंदु और एक क्रॉस का युग्म लिखिए।

सहसंयोजी यौगिकों के गुण: अणु के अंदर आबंध मज़बूत होते हैं, पर अणुओं के बीच का बल कमज़ोर होता है। इसलिए इनके गलनांक और क्वथनांक कम होते हैं। साझेदारी में कोई आवेशित कण (आयन) नहीं बनता, इसलिए ये सामान्यतः बिजली के कुचालक होते हैं। (पुस्तक की छपाई में यहाँ "आवेशित कण बनते हैं" छप गया है, जबकि सही बात "नहीं बनते" है।)

कार्बन के अपररूप: हीरा, ग्रेफ़ाइट और फुलेरीन

एक ही तत्व के ऐसे अलग-अलग रूप, जिनके भौतिक गुण अलग हों, उस तत्व के अपररूप कहलाते हैं। हीरा और ग्रेफ़ाइट दोनों कार्बन परमाणुओं से ही बने हैं, फ़र्क़ इस बात का है कि परमाणु आपस में कैसे जुड़े हैं।

भौतिक गुण इतने अलग होने पर भी दोनों के रासायनिक गुण एक जैसे हैं, क्योंकि दोनों शुद्ध कार्बन हैं।

• शुद्ध कार्बन को बहुत ऊँचे दाब और ताप पर रखकर हीरा बनाया जा सकता है। ये बनावटी हीरे छोटे होते हैं, पर बाकी बातों में प्राकृतिक हीरे जैसे ही होते हैं।
• फुलेरीन कार्बन के अपररूपों का एक और वर्ग है। सबसे पहले C-60 पहचाना गया, जिसमें 60 कार्बन परमाणु फ़ुटबॉल की तरह सजे होते हैं। यह आकार अमेरिकी आर्किटेक्ट बकमिंस्टर फुलर के बनाए जियोडेसिक गुंबद जैसा लगता है, इसलिए इसका नाम फुलेरीन (पूरा नाम बकमिंस्टरफुलेरीन) पड़ा।

चित्र के नामांकन: 1. हीरा (हर कार्बन चार कार्बन से जुड़ा, त्रिआयामी जाल), 2. ग्रेफ़ाइट (षट्कोणीय परतें, एक के ऊपर एक), 3. फुलेरीन, C-60 (फ़ुटबॉल जैसा पिंजरा), 4. कार्बन परमाणु

कार्बन की सर्वतोमुखी प्रकृति

सूत्र सहित ज्ञात कार्बन यौगिकों की गिनती लगभग तीन मिलियन (तीस लाख) आँकी गई है। बाकी सभी तत्वों के यौगिक मिलाकर भी इससे बहुत कम हैं। इसके पीछे कार्बन के दो गुण हैं:

1. श्रृंखलन (catenation): कार्बन में कार्बन के ही दूसरे परमाणुओं से आबंध बनाने की अनोखी क्षमता है। इससे लंबी श्रृंखलाएँ, शाखाओं वाली श्रृंखलाएँ और वलय (छल्ले) बन जाते हैं। कार्बन परमाणु आपस में एकल, द्वि या त्रि आबंध से जुड़ सकते हैं। सिलिकॉन भी हाइड्रोजन के साथ ऐसे यौगिक बनाता है, पर उसकी श्रृंखला सात-आठ परमाणुओं तक ही जाती है और वे यौगिक बहुत अभिक्रियाशील होते हैं। कार्बन-कार्बन आबंध बहुत प्रबल होता है, इसलिए कार्बन की श्रृंखलाएँ स्थायी रहती हैं।

2. चतुःसंयोजकता: कार्बन की संयोजकता 4 है। वह चार दूसरे कार्बन परमाणुओं से या ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फ़र, क्लोरीन जैसे तत्वों के परमाणुओं से जुड़ सकता है। हर नया तत्व यौगिक को अपने ख़ास गुण देता है।

कार्बन के आबंध प्रबल होने का एक कारण उसका छोटा आकार भी है। नाभिक साझा इलेक्ट्रॉन युग्मों को कसकर पकड़े रहता है। बड़े परमाणुओं वाले तत्वों के आबंध इसकी तुलना में कमज़ोर होते हैं।

संतृप्त और असंतृप्त कार्बन यौगिक

सरल कार्बन यौगिक की संरचना बनाने का तरीका दो चरणों का है: पहले कार्बन परमाणुओं को एक आबंध से जोड़िए, फिर हर कार्बन की बची संयोजकता हाइड्रोजन से भरिए।

एथेन (C₂H₆): दो कार्बन एक आबंध से जुड़ते हैं, फिर हर कार्बन पर तीन हाइड्रोजन लगते हैं: CH₃-CH₃। इसकी इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना में दोनों कार्बनों के बीच एक साझा युग्म और हर कार्बन तथा उसके तीन हाइड्रोजनों के बीच एक-एक युग्म होता है, कुल 7 युग्म, तो 7 सहसंयोजी आबंध।

इसी तरह प्रोपेन (C₃H₈) बनाइए: CH₃-CH₂-CH₃। जिन यौगिकों में कार्बन परमाणुओं के बीच केवल एकल आबंध हों, वे संतृप्त यौगिक कहलाते हैं। ये सामान्यतः अधिक अभिक्रियाशील नहीं होते।

एथीन (C₂H₄): दो कार्बन जोड़कर हर कार्बन पर दो हाइड्रोजन लगाने पर हर कार्बन की एक संयोजकता बच जाती है। यह तभी पूरी होती है जब दोनों कार्बनों के बीच द्विआबंध हो: CH₂=CH₂। बिंदु संरचना में दोनों कार्बनों के बीच दो युग्म (चार इलेक्ट्रॉन) होते हैं।

एथाइन (C₂H₂): यहाँ हर कार्बन पर एक ही हाइड्रोजन है, तो दोनों कार्बनों के बीच त्रिआबंध चाहिए: HC≡CH।

जिन कार्बन यौगिकों में कार्बन परमाणुओं के बीच द्विआबंध या त्रिआबंध हो, वे असंतृप्त यौगिक कहलाते हैं। ये संतृप्त यौगिकों से अधिक अभिक्रियाशील होते हैं।

श्रृंखलाएँ, शाखाएँ, वलय और समावयव

कार्बन की श्रृंखला में दसियों कार्बन हो सकते हैं। पहले छह संतृप्त यौगिक याद कर लीजिए:

ब्यूटेन पर दोबारा नज़र: चार कार्बन से दो अलग कंकाल बनते हैं, एक सीधी श्रृंखला और एक शाखा वाली। हाइड्रोजन भरने पर दोनों का सूत्र C₄H₁₀ ही रहता है:

• सीधी श्रृंखला: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃
• शाखा वाली: CH₃-CH(CH₃)-CH₃ (बीच वाले कार्बन से एक CH₃ शाखा निकलती है)

समान आणविक सूत्र पर अलग-अलग संरचना वाले ऐसे यौगिक संरचनात्मक समावयव कहलाते हैं।

वलय: कुछ यौगिकों में कार्बन छल्ले की तरह जुड़ते हैं। साइक्लोहेक्सेन (C₆H₁₂) में छह कार्बन का वलय है और हर कार्बन पर दो हाइड्रोजन। बेंज़ीन (C₆H₆) भी छह कार्बन का वलय है, पर उसमें एक छोड़कर एक द्विआबंध होते हैं। सीधी, शाखित और चक्रीय, तीनों तरह के यौगिक संतृप्त या असंतृप्त हो सकते हैं।

केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बने यौगिक हाइड्रोकार्बन हैं:

विषम परमाणु और प्रकार्यात्मक समूह

कार्बन बहुत "मिलनसार" तत्व है। हाइड्रोजन के अलावा कार्बन हैलोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और सल्फ़र से भी आबंध बनाता है। हाइड्रोकार्बन श्रृंखला में ये तत्व एक या अधिक हाइड्रोजन की जगह ले लेते हैं, और कार्बन की संयोजकता पूरी बनी रहती है। हाइड्रोजन की जगह लेने वाले ऐसे तत्वों को विषम परमाणु कहते हैं।

विषम परमाणु अकेले या कुछ समूहों के रूप में जुड़ते हैं। ये समूह यौगिक को अपने ख़ास गुण देते हैं, चाहे कार्बन श्रृंखला कितनी भी लंबी हो। ऐसे समूहों को प्रकार्यात्मक समूह (functional group) कहते हैं। मुख्य प्रकार्यात्मक समूह:

सूत्र के आगे लगी रेखा समूह की मुक्त संयोजकता है। इसी से समूह कार्बन श्रृंखला से जुड़ता है। ऐल्डिहाइड और कीटोन, दोनों में >C=O होता है, जिसे कार्बोनिल समूह भी कहते हैं। फ़र्क़ इतना है कि ऐल्डिहाइड में यह श्रृंखला के सिरे पर होता है और उसके कार्बन पर एक हाइड्रोजन लगा रहता है।

समजातीय श्रेणी

CH₃OH, C₂H₅OH, C₃H₇OH और C₄H₉OH, चारों में -OH समूह है, और इनके रासायनिक गुण बहुत मिलते-जुलते हैं। ऐसी श्रृंखला, जिसमें कार्बन श्रृंखला के हाइड्रोजन को एक ही प्रकार का प्रकार्यात्मक समूह प्रतिस्थापित करता है, समजातीय श्रेणी कहलाती है।

ऐल्केनों के लगातार सदस्य देखिए: CH₄ और C₂H₆, C₂H₆ और C₃H₈, C₃H₈ और C₄H₁₀। हर जोड़े में एक -CH₂- इकाई का अंतर है। कार्बन का परमाणु द्रव्यमान 12 u और हाइड्रोजन का 1 u लें, तो हर जोड़े के आणविक द्रव्यमान में 14 u का अंतर आता है (12 + 2 × 1)।

ऐल्कोहॉलों पर भी यही गिनती करके देखिए:

हर अगले सदस्य में फिर वही CH₂ और 14 u का अंतर है। तो इन्हें बढ़ते कार्बन के क्रम में रखने पर एक समजातीय श्रेणी का परिवार बनता है।

सामान्य सूत्र (n = कार्बन परमाणुओं की संख्या):

श्रेणी में आणविक द्रव्यमान बढ़ने के साथ भौतिक गुण क्रम से बदलते हैं: गलनांक और क्वथनांक बढ़ते हैं, और किसी विलायक में विलेयता भी एक क्रम में बदलती है। पर रासायनिक गुण लगभग एक जैसे रहते हैं, क्योंकि वे प्रकार्यात्मक समूह से तय होते हैं।

कार्बन यौगिकों की नामपद्धति

नाम का आधार मूल कार्बन श्रृंखला का नाम है, जिसमें प्रकार्यात्मक समूह के हिसाब से पूर्वलग्न (नाम से पहले) या अनुलग्न (नाम के अंत में) जोड़ा जाता है। तरीका:

1. कार्बन परमाणु गिनिए। तीन कार्बन हों, तो मूल नाम प्रोपेन होगा।
2. प्रकार्यात्मक समूह हो, तो उसे पूर्वलग्न या अनुलग्न से दिखाइए।
3. अनुलग्न लगाना हो, तो मूल नाम का अंतिम "e" हटाकर अनुलग्न जोड़िए: Propane - "e" = propan + "one" = propanone (प्रोपेनोन)।
4. श्रृंखला असंतृप्त हो, तो "ane" की जगह द्विआबंध के लिए "ene" और त्रिआबंध के लिए "yne" लगाइए: प्रोपीन, प्रोपाइन।

तीन कार्बन वाले उदाहरणों के साथ पूरी नामपद्धति:

ऐल्डिहाइड और अम्ल के समूह का कार्बन भी श्रृंखला में गिना जाता है। इसलिए CH₃-CH₂-CHO में तीन कार्बन हैं और नाम प्रोपेनैल है, एथेनैल नहीं।

दहन और ज्वाला

कार्बन अपने सभी अपररूपों में ऑक्सीजन में जलकर ऊष्मा और प्रकाश के साथ कार्बन डाइऑक्साइड देता है। ज़्यादातर कार्बन यौगिक भी जलने पर बहुत ऊष्मा और प्रकाश देते हैं। संतुलित समीकरण:

• C + O₂ → CO₂ + ऊष्मा एवं प्रकाश
• CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + ऊष्मा एवं प्रकाश
• CH₃CH₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O + ऊष्मा एवं प्रकाश

ज्वाला का प्रयोग: स्पैचुला पर नैफ़्थलीन, कपूर और ऐल्कोहॉल को एक-एक करके जलाइए और ज्वाला के ऊपर धातु की तश्तरी रखिए। नैफ़्थलीन और कपूर धुएँ वाली पीली ज्वाला देते हैं और तश्तरी पर काली कालिख जमती है। ऐल्कोहॉल लगभग साफ़ ज्वाला से जलता है। (यह क्रियाकलाप शिक्षक की देखरेख में ही कीजिए।)

बुन्सेन बर्नर का प्रयोग: बुन्सेन बर्नर का वायु छिद्र बंद करने पर पीली, कज्जली ज्वाला मिलती है, और खोलने पर नीली ज्वाला।

चित्र के नामांकन: 1. बर्नर की नली, 2. आधार, 3. गैस आने की नली, 4. बंद वायु छिद्र, 5. पीली, कज्जली ज्वाला, 6. खुला वायु छिद्र, 7. नीली ज्वाला

घर के गैस और केरोसीन स्टोव में हवा के छिद्र इसीलिए होते हैं कि ऑक्सीजन वाला मिश्रण पूरा जले और नीली ज्वाला दे। बर्तन की तली काली होने लगे, तो समझिए कि छिद्र बंद हैं और ईंधन बेकार जल रहा है। कोयले और पेट्रोलियम में थोड़ा नाइट्रोजन और सल्फ़र भी होता है। इनके जलने से सल्फ़र और नाइट्रोजन के ऑक्साइड बनते हैं, जो पर्यावरण के बड़े प्रदूषक हैं।

क्या आप जानते हैं? ज्वाला क्यों बनती है: ज्वाला गैसीय पदार्थों के जलने से ही बनती है। अँगीठी का कोयला लाल होकर चमकता है और बिना ज्वाला के ऊष्मा देता है। लकड़ी जलाने पर शुरू में उसके वाष्पशील पदार्थ भाप बनकर ज्वाला के साथ जलते हैं। गर्म होने पर हर तत्व अपना ख़ास रंग देता है, जैसे गैस स्टोव की ज्वाला में ताँबे का तार। अपूर्ण दहन से कज्जल (कार्बन के कण) बनता है, और मोमबत्ती की ज्वाला इन्हीं गर्म चमकते कणों के कारण पीली दिखती है।

कोयला और पेट्रोलियम कैसे बने: कोयला लाखों साल पुराने पेड़ों, फ़र्न और दूसरे पौधों का अवशेष है, जो भूकंप या ज्वालामुखी से धरती में दबकर धीरे-धीरे कोयला बन गए। तेल और गैस लाखों साल पुराने छोटे समुद्री पौधों और जीवों के अवशेष हैं, जो समुद्र-तल में गाद से ढक गए और बैक्टीरिया तथा भारी दाब से तेल-गैस में बदल गए। जीवों के अवशेष से बनने के कारण ही इन्हें जीवाश्म ईंधन कहते हैं।

ऑक्सीकरण, संकलन और प्रतिस्थापन

ऑक्सीकरण का प्रयोग: परखनली में लगभग 3 mL एथनॉल लेकर जल ऊष्मक में गर्म कीजिए और उसमें क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट का 5% घोल बूँद-बूँद डालिए। शुरू की बूँदों का बैंगनी रंग गायब हो जाता है, क्योंकि परमैंगनेट एथनॉल को ऑक्सीकृत करने में खप जाता है। जब सारा एथनॉल बदल चुका होता है, तब और डालने पर रंग बना रहता है।

CH₃CH₂OH → CH₃COOH (क्षारीय KMnO₄ + ऊष्मा, या अम्लीकृत K₂Cr₂O₇ + ऊष्मा)

दहन तो पूरा ऑक्सीकरण है, पर यहाँ ऐल्कोहॉल बदलकर कार्बोक्सिलिक अम्ल बनता है। जो पदार्थ दूसरे पदार्थों को ऑक्सीजन देते हैं, वे ऑक्सीकारक कहलाते हैं। क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट और अम्लीकृत पोटैशियम डाइक्रोमेट ऐसे ही ऑक्सीकारक हैं।

संकलन अभिक्रिया: पैलेडियम या निकैल जैसे उत्प्रेरकों की उपस्थिति में असंतृप्त हाइड्रोकार्बन हाइड्रोजन जोड़कर संतृप्त हाइड्रोकार्बन बन जाते हैं। उत्प्रेरक वे पदार्थ हैं जो अभिक्रिया की दर बदल देते हैं, पर ख़ुद अभिक्रिया में ख़र्च नहीं होते।

R₂C=CR₂ + H₂ → R₂CH-CHR₂ (निकैल उत्प्रेरक)

उदाहरण के लिए एथीन से एथेन: CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃। इसी अभिक्रिया से वनस्पति तेलों का हाइड्रोजनीकरण करके वनस्पति घी बनाया जाता है। वनस्पति तेलों में प्रायः लंबी असंतृप्त कार्बन श्रृंखलाएँ होती हैं, जबकि जंतु वसा में संतृप्त। जंतु वसा के संतृप्त वसा अम्ल स्वास्थ्य के लिए हानिकारक माने जाते हैं, इसलिए खाना पकाने में असंतृप्त वसा अम्लों वाले तेल बेहतर हैं।

प्रतिस्थापन अभिक्रिया: संतृप्त हाइड्रोकार्बन ज़्यादातर अभिकर्मकों के साथ लगभग अक्रिय रहते हैं। पर सूर्य के प्रकाश में क्लोरीन इनके साथ बहुत तेज़ अभिक्रिया करती है और एक-एक करके हाइड्रोजन परमाणुओं की जगह ले लेती है:

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (सूर्य के प्रकाश में)

एक परमाणु या परमाणुओं का समूह दूसरे की जगह लेता है, इसलिए इसे प्रतिस्थापन अभिक्रिया कहते हैं। बड़े ऐल्केनों के साथ इसमें कई उत्पाद बनते हैं।

एथनॉल: गुण, अभिक्रियाएँ और सावधानी

एथनॉल (C₂H₅OH) कमरे के ताप पर द्रव है (गलनांक 156 K, क्वथनांक 351 K)। आम बोलचाल में इसे ही ऐल्कोहॉल कहते हैं और यह सभी ऐल्कोहॉली पेयों का मुख्य अवयव है। यह अच्छा विलायक है, इसलिए टिंचर आयोडीन, कफ़ सीरप और टॉनिक जैसी दवाओं में काम आता है। यह जल में किसी भी अनुपात में घुल जाता है। तनु एथनॉल की थोड़ी मात्रा भी नशा देती है, शुद्ध एथनॉल (परिशुद्ध ऐल्कोहॉल) की थोड़ी मात्रा भी जानलेवा हो सकती है, और लंबे समय तक ऐल्कोहॉल लेने से कई बीमारियाँ होती हैं।

सोडियम के साथ (शिक्षक द्वारा प्रदर्शन): चावल के दो दानों जितना सोडियम का टुकड़ा परिशुद्ध ऐल्कोहॉल में डालने पर बुलबुले उठते हैं। यह हाइड्रोजन गैस है, जो जलती तीली पास लाने पर 'पॉप' की आवाज़ के साथ जलती है:

2Na + 2CH₃CH₂OH → 2CH₃CH₂ONa + H₂

दूसरा उत्पाद सोडियम एथॉक्साइड है। (धातुओं के साथ अम्ल भी हाइड्रोजन देते हैं, यह आप अम्ल और क्षारक वाले अध्याय में पढ़ चुके हैं।)

असंतृप्त हाइड्रोकार्बन बनाना: एथनॉल को 443 K पर अधिक मात्रा में सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल के साथ गर्म करने पर उसका निर्जलीकरण होकर एथीन बनता है:

CH₃CH₂OH → CH₂=CH₂ + H₂O (गर्म सांद्र H₂SO₄, 443 K)

यहाँ सल्फ़्यूरिक अम्ल निर्जलीकारक है, जो एथनॉल से जल अलग कर देता है।

क्या आप जानते हैं? ऐल्कोहॉल का शरीर पर असर: अधिक एथनॉल लेने से उपापचय धीमा होता है और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र कमज़ोर पड़ता है। तालमेल बिगड़ता है, नींद-सी आती है और सोचने-समझने की क्षमता घटती है। मेथेनॉल और भी ख़तरनाक है: इसकी थोड़ी मात्रा भी मौत का कारण बन सकती है। यकृत में मेथेनॉल ऑक्सीकृत होकर मेथेनैल बनता है, जो कोशिकाओं के प्रोटोप्लाज्म को वैसे ही जमा देता है जैसे पकाने पर अंडा जमता है। यह आँख की तंत्रिका पर असर डालकर अंधा भी कर सकता है। उद्योगों के एथनॉल में मेथेनॉल जैसा ज़हरीला पदार्थ और नीला रंजक मिला दिया जाता है, ताकि कोई उसे पी न सके। इसे विकृत ऐल्कोहॉल कहते हैं।

ईंधन के रूप में ऐल्कोहॉल: गन्ना सूर्य के प्रकाश को रासायनिक ऊर्जा में बदलने में सबसे सक्षम पौधा है। गन्ने के रस से मोलेसस (सिरा) बनता है, जिसके किण्वन से एथनॉल मिलता है। कुछ देशों में इसे पेट्रोल में मिलाकर स्वच्छ ईंधन बनाया जाता है, जो पर्याप्त ऑक्सीजन में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड और जल ही देता है।

एथेनॉइक अम्ल: सिरका से साबुन तक

एथेनॉइक अम्ल (CH₃COOH) को आम तौर पर ऐसीटिक अम्ल कहते हैं, और यह कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह का सदस्य है। ऐसीटिक अम्ल के 3-4% विलयन को सिरका कहते हैं, जो अचार में परिरक्षक के रूप में डाला जाता है। शुद्ध एथेनॉइक अम्ल का गलनांक 290 K है, इसलिए ठंडी जगहों में जाड़े के दिनों में यह जम जाता है। इसी कारण इसे ग्लैशल ऐसीटिक अम्ल कहते हैं।

कार्बोक्सिलिक अम्ल दुर्बल अम्ल हैं, जबकि हाइड्रोक्लोरिक अम्ल जैसे खनिज अम्ल पूरी तरह आयनित हो जाते हैं। लिटमस और सार्वत्रिक सूचक वाले प्रयोग में लिटमस से दोनों अम्ल पहचाने जाते हैं (नीला लिटमस लाल), पर सार्वत्रिक सूचक दिखाता है कि तनु ऐसीटिक अम्ल का pH, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से अधिक है, इसलिए वह कम प्रबल है।

1. एस्टरीकरण: परखनली में एक-एक mL परिशुद्ध एथनॉल और ग्लैशल ऐसीटिक अम्ल लेकर सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल की कुछ बूँदें डालिए और कम से कम पाँच मिनट जल ऊष्मक में गर्म कीजिए। फिर इसे 20-50 mL जल वाले बीकर में उड़ेलकर सूँघिए, मीठी-सी गंध आती है। यह एस्टर की गंध है:

CH₃COOH + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O (अम्ल उत्प्रेरक)

एस्टर इत्र बनाने और खाने में स्वाद देने वाले पदार्थों में काम आते हैं। (पुस्तक के समीकरण में जल नहीं लिखा है, पर संतुलित समीकरण में वह बनता है।)

चित्र के नामांकन: 1. स्टैंड और क्लैंप, 2. परखनली में एथनॉल, ग्लैशल ऐसीटिक अम्ल और सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल की कुछ बूँदें, 3. जल से भरा बीकर (जल ऊष्मक), 4. तार की जाली, 5. तिपाई, 6. बर्नर

साबुनीकरण: एस्टर को सोडियम हाइड्रॉक्साइड जैसे क्षार के साथ गर्म करने पर वह फिर से ऐल्कोहॉल और अम्ल वाले भाग में टूट जाता है:

CH₃COOC₂H₅ + NaOH → C₂H₅OH + CH₃COONa

क्षार की उपस्थिति में अम्ल वाला भाग उसके सोडियम लवण (सोडियम एथेनोएट) के रूप में मिलता है। पुस्तक में उत्पाद को सीधे एथेनॉइक अम्ल लिख दिया गया है, जो इस लवण को अम्लीकृत करने पर मिलता है। साबुन इसी अभिक्रिया से बनता है, इसलिए इसे साबुनीकरण कहते हैं। शिक्षक की देखरेख में आप भी साबुन बना सकते हैं: बीकर में 20 mL कैस्टर, बिनौले, तीसी या सोयाबीन का तेल लेकर उसमें 20% सोडियम हाइड्रॉक्साइड का 30 mL विलयन डालिए, गाढ़ा होने तक हिलाते हुए गर्म कीजिए, फिर 5-10 g साधारण नमक मिलाकर ठंडा कीजिए।

2. क्षारक के साथ: खनिज अम्लों की तरह यह लवण और जल देता है:

NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O (सोडियम एथेनोएट या सोडियम ऐसीटेट)

3. कार्बोनेट और हाइड्रोजनकार्बोनेट के साथ: सोडियम कार्बोनेट पर 2 mL तनु एथेनॉइक अम्ल डालने पर बुदबुदाहट के साथ गैस निकलती है, जो चूने के पानी को दूधिया कर देती है। यह कार्बन डाइऑक्साइड है:

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂

सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट के साथ भी यही गैस निकलती है। यह परीक्षण ऐल्कोहॉल और अम्ल में अंतर करने का सबसे आसान तरीका है, क्योंकि ऐल्कोहॉल से कोई बुदबुदाहट नहीं होती।

चित्र के नामांकन: 1. स्टैंड और क्लैंप, 2. सोडियम कार्बोनेट और तनु एथेनॉइक अम्ल वाली परखनली (बुदबुदाहट), 3. कॉर्क, 4. निकास नली, 5. चूने का पानी (दूधिया), 6. CO₂ के बुलबुले

साबुन कैसे सफ़ाई करता है

तेल, पानी और साबुन का प्रयोग: दो परखनलियों A और B में 10-10 mL जल और एक-एक बूँद खाना पकाने वाला तेल डालिए। B में साबुन के घोल की कुछ बूँदें भी डालिए। दोनों को बराबर समय तक ज़ोर से हिलाकर रख दीजिए। A में तेल की परत जल्दी अलग हो जाती है, जबकि B में तेल देर तक जल में फैला रहता है।

अधिकांश मैल तैलीय होता है, और तेल पानी में नहीं घुलता। साबुन के अणु लंबी श्रृंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों के सोडियम या पोटैशियम लवण होते हैं। हर अणु के दो सिरे अलग स्वभाव के हैं:

जल की सतह पर साबुन के अणु ऐसे सजते हैं कि आयनिक सिरा पानी के अंदर और हाइड्रोकार्बन वाली पूँछ पानी के बाहर रहे। पानी के अंदर ये अणुओं का गुच्छा बनाते हैं, जिसमें जलविरागी पूँछें गुच्छे के अंदर और आयनिक सिरे बाहरी सतह पर रहते हैं। इस संरचना को मिसेल कहते हैं।

सफ़ाई ऐसे होती है:

1. साबुन की पूँछें तैलीय मैल में घुस जाती हैं और आयनिक सिरे बाहर पानी की ओर रहते हैं।
2. मैल मिसेल के केंद्र में बंद हो जाता है और पानी में इमल्शन बनता है।
3. मिसेल विलयन में कोलॉइड की तरह तैरते रहते हैं। सबके बाहरी सिरों पर एक जैसा आवेश है, इसलिए आपसी विकर्षण से वे जुड़कर नीचे नहीं बैठते।
4. रगड़ने, पटकने या मशीन में घुमाने से मैल कपड़े से छूटकर मिसेल में जाता है, और पानी से धोने पर बह जाता है।

मिसेल प्रकाश को प्रकीर्णित करते हैं, इसीलिए साबुन का घोल बादल जैसा धुँधला दिखता है। मिसेल के चित्र में बीच में तेल की बूँद और उसके चारों ओर साबुन के अणु हैं, जिनकी टेढ़ी-मेढ़ी पूँछें बूँद की ओर और गोल सिरे (Na⁺ के साथ) बाहर की ओर हैं।

चित्र के नामांकन: 1. तेल की बूँद (मैल), 2. जलविरागी सिरा (हाइड्रोकार्बन पूँछ), 3. जलरागी सिरा (आयनिक सिरा), 4. Na⁺ आयन, 5. जल

कठोर जल, स्कम और अपमार्जक

आसुत और कठोर जल का प्रयोग: एक परखनली में 10 mL आसुत जल (या वर्षा जल) और दूसरी में 10 mL कठोर जल (हैंडपंप या कुएँ का जल) लेकर दोनों में साबुन के घोल की कुछ बूँदें डालिए और बराबर हिलाइए। आसुत जल में खूब झाग बनता है, जबकि कठोर जल में झाग कम बनता है और सफ़ेद, दही जैसा अवक्षेप दिखता है। (कठोर जल न मिले, तो साधारण जल में कैल्सियम या मैग्नीशियम के हाइड्रोजनकार्बोनेट, सल्फ़ेट या क्लोराइड घोलकर बनाया जा सकता है।)

नहाते समय आपने भी देखा होगा कि झाग मुश्किल से बनता है और शरीर धोने के बाद भी कुछ चिपचिपा अघुलनशील पदार्थ रह जाता है। इसे स्कम कहते हैं। साबुन कठोर जल में घुले कैल्सियम और मैग्नीशियम लवणों से अभिक्रिया करके यह अघुलनशील पदार्थ बनाता है। इसमें साबुन बेकार जाता है और ज़्यादा साबुन लगाना पड़ता है।

साबुन और अपमार्जक का प्रयोग: दो परखनलियों में 10-10 mL कठोर जल लेकर एक में साबुन के घोल की पाँच बूँदें और दूसरी में अपमार्जक के घोल की पाँच बूँदें डालिए। अपमार्जक वाली परखनली में खूब झाग बनता है, जबकि साबुन वाली में दही जैसा ठोस।

अपमार्जक लंबी श्रृंखला वाले अम्लों के अमोनियम या सल्फ़ोनेट लवण होते हैं। इनका आवेशित सिरा कैल्सियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ अघुलनशील पदार्थ नहीं बनाता, इसलिए ये कठोर जल में भी काम करते हैं। शैंपू और कपड़े धोने के पाउडर इन्हीं से बनते हैं।

कोई जल कठोर है या नहीं, यह अपमार्जक से नहीं जाँचा जा सकता, क्योंकि वह दोनों तरह के जल में झाग दे देता है। इसके लिए साबुन का घोल डालकर झाग और स्कम देखना पड़ता है।

कार्बन आयन क्यों नहीं बनाता

प्रश्न 1. कार्बन C⁴⁺ या C⁴⁻ आयन बनाकर यौगिक क्यों नहीं बनाता? (2 अंक)

उत्तर:

कार्बन (2, 4) के बाहरी कोश में 4 इलेक्ट्रॉन हैं। C⁴⁻ बनाने के लिए उसे 4 इलेक्ट्रॉन लेने होंगे, पर 6 प्रोटॉन वाला नाभिक 10 इलेक्ट्रॉनों को आसानी से नहीं सँभाल सकता। C⁴⁺ बनाने के लिए 4 इलेक्ट्रॉन हटाने होंगे, जिसमें बहुत अधिक ऊर्जा लगेगी। इसलिए कार्बन दूसरे परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करके सहसंयोजी आबंध बनाता है।

CH₃Cl में आबंध

प्रश्न 2. CH₃Cl में आबंध बनने के आधार पर सहसंयोजी आबंध की प्रकृति समझाइए। (2 अंक)

उत्तर:

कार्बन के बाहरी कोश में 4, हाइड्रोजन में 1 और क्लोरीन (2, 8, 7) में 7 इलेक्ट्रॉन हैं। कार्बन अपने चार इलेक्ट्रॉनों में से तीन को तीन हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ और एक को क्लोरीन के साथ बाँटता है। इस तरह चार साझा युग्म, अर्थात चार एकल सहसंयोजी आबंध बनते हैं, और कार्बन तथा क्लोरीन का अष्टक और हर हाइड्रोजन का द्विक पूरा होता है।

यहाँ कोई परमाणु इलेक्ट्रॉन पूरी तरह न देता है, न लेता है, इसलिए आयन नहीं बनते। यही कारण है कि CH₃Cl जैसे सहसंयोजी यौगिक बिजली के कुचालक होते हैं और उनके गलनांक-क्वथनांक कम होते हैं।

सल्फ़र का अणु S₈

प्रश्न 3. सल्फ़र के आठ परमाणुओं से बने अणु की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना कैसी होगी? (2 अंक)

उत्तर:

सल्फ़र (2, 8, 6) के बाहरी कोश में 6 इलेक्ट्रॉन हैं और अष्टक के लिए उसे 2 और चाहिए। S₈ में आठ सल्फ़र परमाणु एक अँगूठी (वलय) के रूप में जुड़े होते हैं। हर सल्फ़र अपने दोनों पड़ोसियों के साथ एक-एक इलेक्ट्रॉन युग्म बाँटता है, यानी दोनों ओर एकल आबंध।

चित्र बनाने के लिए:

• आठ S को एक छल्ले में लिखिए।
• हर दो पड़ोसी S के बीच एक साझा युग्म (एक बिंदु, एक क्रॉस) बनाइए। कुल 8 एकल आबंध बनेंगे।
• हर S पर बचे 4 इलेक्ट्रॉन दो एकाकी युग्मों के रूप में दिखाइए।

इस तरह हर सल्फ़र के पास 2 साझा युग्म + 2 एकाकी युग्म = 8 इलेक्ट्रॉन होते हैं।

H₂S, F₂, एथेनॉइक अम्ल और प्रोपेनोन की बिंदु संरचना

प्रश्न 4. इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना बनाइए: (i) H₂S (ii) F₂ (iii) एथेनॉइक अम्ल (iv) प्रोपेनोन (4 अंक)

उत्तर:

(i) H₂S: सल्फ़र (2, 8, 6) दोनों हाइड्रोजन के साथ एक-एक इलेक्ट्रॉन युग्म बाँटता है। बीच में S, दोनों ओर एक-एक H, और S तथा हर H के बीच एक साझा युग्म बनाइए (H-S-H, दो एकल आबंध)। S पर बचे 4 इलेक्ट्रॉन दो एकाकी युग्मों के रूप में दिखाइए।

(ii) F₂: फ़्लुओरीन (2, 7) को अष्टक के लिए एक इलेक्ट्रॉन चाहिए। दोनों F एक-एक इलेक्ट्रॉन मिलाकर एक युग्म बाँटते हैं (F-F, एकल आबंध)। हर F पर तीन एकाकी युग्म बचते हैं।

(iii) एथेनॉइक अम्ल (CH₃COOH): पहला कार्बन तीन H और दूसरे कार्बन के साथ एक-एक युग्म बाँटता है। दूसरा कार्बन एक O के साथ दो युग्म (C=O) और दूसरे O के साथ एक युग्म बाँटता है। यह दूसरा O, H के साथ भी एक युग्म बाँटता है (-O-H)। दोनों ऑक्सीजनों पर दो-दो एकाकी युग्म दिखाइए।

(iv) प्रोपेनोन (CH₃-CO-CH₃): बीच वाला कार्बन दोनों CH₃ कार्बनों के साथ एक-एक युग्म और ऑक्सीजन के साथ दो युग्म (C=O) बाँटता है। हर किनारे वाला कार्बन तीन H के साथ एक-एक युग्म बाँटता है, और O पर दो एकाकी युग्म रहते हैं।

इतने सारे कार्बन यौगिक क्यों

प्रश्न 5. कार्बन के वे दो गुण कौन-से हैं जिनके कारण हमारे चारों ओर कार्बन यौगिकों की विशाल संख्या दिखाई देती है? (2 अंक)

उत्तर:

1. श्रृंखलन: कार्बन, कार्बन के ही दूसरे परमाणुओं से प्रबल आबंध बनाकर लंबी श्रृंखलाएँ, शाखित श्रृंखलाएँ और वलय बना सकता है। कार्बन परमाणु आपस में एकल, द्वि या त्रि आबंध से भी जुड़ सकते हैं।
2. चतुःसंयोजकता: कार्बन की संयोजकता 4 है, इसलिए वह एक साथ चार कार्बन परमाणुओं या हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फ़र, क्लोरीन जैसे दूसरे तत्वों से जुड़ सकता है।

इन दोनों से अनगिनत संयोजन बनते हैं, और छोटे आकार के कारण कार्बन के आबंध प्रबल होते हैं, तो ये यौगिक स्थायी भी रहते हैं।

साइक्लोपेन्टेन

प्रश्न 6. साइक्लोपेन्टेन का सूत्र और इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना क्या होगी? (2 अंक)

उत्तर:

साइक्लोपेन्टेन का सूत्र C₅H₁₀ है। इसमें पाँच कार्बन परमाणु एक वलय में एकल आबंधों से जुड़े होते हैं और हर कार्बन पर दो हाइड्रोजन लगे होते हैं।

इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना बनाने के लिए पाँच C को पंचभुज के कोनों पर लिखिए। हर दो पड़ोसी C के बीच एक साझा युग्म, और हर C के साथ दोनों H के बीच एक-एक साझा युग्म दिखाइए। कुल साझा युग्म: 5 (C-C) + 10 (C-H) = 15।

सभी आबंध एकल हैं, इसलिए यह संतृप्त यौगिक है। सूत्र C₅H₁₀ ऐल्कीन के सामान्य सूत्र जैसा दिखता है, पर इसमें द्विआबंध नहीं है, क्योंकि वलय बनने से दो हाइड्रोजन कम लगते हैं।

संरचनाएँ बनाइए

प्रश्न 7. निम्नलिखित यौगिकों की संरचनाएँ लिखिए: (3 अंक)

(i) एथेनॉइक अम्ल (ii) ब्यूटेनोन (iii) हेक्सेनैल

उत्तर:

(i) एथेनॉइक अम्ल, C₂H₄O₂: दो कार्बन, जिनमें दूसरा कार्बन -COOH समूह का है।

CH₃-COOH, यानी एक कार्बन पर तीन H, और दूसरा कार्बन ऑक्सीजन से द्विआबंध (C=O) तथा -OH से जुड़ा।

(ii) ब्यूटेनोन, C₄H₈O: चार कार्बन की श्रृंखला, जिसमें दूसरे कार्बन पर >C=O (कीटोन) है।

CH₃-CO-CH₂-CH₃

(iii) हेक्सेनैल, C₆H₁₂O: छह कार्बन की सीधी श्रृंखला, जिसके सिरे वाले कार्बन पर -CHO (ऐल्डिहाइड) है।

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CHO

नामकरण कीजिए

प्रश्न 8. निम्नलिखित यौगिकों के नाम लिखिए: (3 अंक)

(i) CH₃-CH₂-Br (ii) HCHO, यानी H-C(=O)-H (iii) CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-C≡CH

उत्तर:

(i) दो कार्बन हैं, तो मूल नाम एथेन, और ब्रोमीन पूर्वलग्न से: ब्रोमोएथेन।

(ii) एक कार्बन है, तो मूल नाम मेथेन, और -CHO समूह का अनुलग्न -al: methane - "e" + "al" = मेथेनैल।

(iii) छह कार्बन हैं, तो हेक्सेन, और त्रिआबंध के लिए "ane" की जगह "yne": हेक्साइन।

एथनॉल से एथेनॉइक अम्ल: ऑक्सीकरण क्यों

प्रश्न 9. एथनॉल से एथेनॉइक अम्ल में परिवर्तन को ऑक्सीकरण अभिक्रिया क्यों कहते हैं? ऑक्सीकारक किसे कहते हैं? (2 अंक)

उत्तर:

CH₃CH₂OH → CH₃COOH (क्षारीय KMnO₄ या अम्लीकृत K₂Cr₂O₇, गर्म करने पर)

इस परिवर्तन में एथनॉल को ऑक्सीजन मिलती है (और उसकी दो हाइड्रोजन भी निकलती हैं)। ऑक्सीजन का जुड़ना ऑक्सीकरण है, इसलिए यह ऑक्सीकरण अभिक्रिया है।

जो पदार्थ दूसरे पदार्थों को ऑक्सीजन देते हैं, उन्हें ऑक्सीकारक कहते हैं, जैसे क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट और अम्लीकृत पोटैशियम डाइक्रोमेट।

वेल्डिंग में ऑक्सीजन क्यों, वायु क्यों नहीं

प्रश्न 10. वेल्डिंग के लिए ऑक्सीजन और एथाइन के मिश्रण का दहन किया जाता है। एथाइन और वायु का मिश्रण क्यों नहीं लिया जाता? (2 अंक)

उत्तर:

वायु में ऑक्सीजन लगभग 21% ही है, बाकी ज़्यादातर नाइट्रोजन है। एथाइन को वायु में जलाने पर उसका पूरा दहन नहीं होता, धुएँ वाली ज्वाला बनती है और ताप उतना ऊँचा नहीं पहुँचता कि धातु पिघल सके।

शुद्ध ऑक्सीजन के साथ एथाइन पूरी तरह जलती है और बहुत ऊँचे ताप वाली साफ़ ज्वाला देती है, जो धातुओं को पिघलाकर जोड़ने के लिए चाहिए:

2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + ऊष्मा

संकलन किसमें होगा

प्रश्न 11. दिए गए हाइड्रोकार्बनों C₂H₆, C₃H₈, C₃H₆, C₂H₂ और CH₄ में से किनमें संकलन अभिक्रिया होती है? हाइड्रोजनीकरण का एक औद्योगिक उपयोग भी बताइए। (2 अंक)

उत्तर:

संकलन अभिक्रिया असंतृप्त हाइड्रोकार्बनों में ही होती है। सामान्य सूत्रों से जाँचिए:

• C₂H₆, C₃H₈, CH₄: CₙH₂ₙ₊₂ वाले ऐल्केन (संतृप्त) हैं, इनमें संकलन नहीं होगा।
• C₃H₆: CₙH₂ₙ, ऐल्कीन (प्रोपीन, द्विआबंध)
• C₂H₂: CₙH₂ₙ₋₂, ऐल्काइन (एथाइन, त्रिआबंध)

इसलिए C₃H₆ और C₂H₂ में संकलन अभिक्रिया होती है।

औद्योगिक उपयोग: निकैल उत्प्रेरक की उपस्थिति में वनस्पति तेलों में हाइड्रोजन मिलाकर (हाइड्रोजनीकरण) वनस्पति घी बनाया जाता है।

मक्खन और खाने का तेल

प्रश्न 12. मक्खन और खाना बनाने वाले तेल के बीच रासायनिक अंतर समझने के लिए एक परीक्षण बताइए। (2 अंक)

उत्तर:

खाने के तेल में असंतृप्त कार्बन श्रृंखलाएँ होती हैं, जबकि मक्खन (जंतु वसा) में ज़्यादातर संतृप्त। असंतृप्त यौगिकों में संकलन अभिक्रिया होती है, संतृप्त में नहीं।

परीक्षण: दोनों के थोड़े-थोड़े नमूने अलग परखनलियों में लेकर उनमें लाल-भूरा ब्रोमीन जल (या गुलाबी क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट) बूँद-बूँद डालकर हिलाइए। तेल वाली परखनली में रंग उड़ जाता है, क्योंकि ब्रोमीन द्विआबंधों पर जुड़ जाती है। मक्खन वाली परखनली में रंग बना रहता है।

इसी तरह निकैल उत्प्रेरक की उपस्थिति में तेल हाइड्रोजन जोड़ लेता है (हाइड्रोजनीकरण), जबकि मक्खन में ऐसा नहीं होता।

ऐल्कोहॉल और अम्ल में अंतर का प्रयोग

प्रश्न 13. प्रयोग द्वारा आप ऐल्कोहॉल और कार्बोक्सिलिक अम्ल में कैसे अंतर करेंगे? (2 अंक)

उत्तर:

दोनों द्रवों को अलग परखनलियों में लेकर उनमें थोड़ा सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट (खाने का सोडा) डालिए।

• कार्बोक्सिलिक अम्ल (जैसे एथेनॉइक अम्ल) में तेज़ बुदबुदाहट होती है। निकली गैस चूने के पानी को दूधिया कर देती है, तो वह CO₂ है:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂

• ऐल्कोहॉल (जैसे एथनॉल) में कोई बुदबुदाहट नहीं होती।

दूसरा तरीका: नीला लिटमस अम्ल में लाल हो जाता है, ऐल्कोहॉल में नहीं।

साबुन, लिटमस और कठोर जल की जाँच

प्रश्न 14. (i) साबुन के घोल की जाँच लाल और नीले लिटमस पत्र से की जाए, तो क्या दिखेगा? (ii) क्या अपमार्जक से पता चल सकता है कि कोई जल कठोर है या नहीं? (2 अंक)

उत्तर:

(i) साबुन, एक दुर्बल अम्ल (वसा अम्ल) और प्रबल क्षार (सोडियम हाइड्रॉक्साइड) से बना लवण है, इसलिए उसका घोल क्षारीय होता है। लाल लिटमस नीला हो जाएगा और नीले लिटमस में कोई बदलाव नहीं होगा।

(ii) नहीं। अपमार्जक कठोर और मृदु, दोनों तरह के जल में अच्छा झाग देता है, तो दोनों में फ़र्क़ नहीं दिखेगा। जल की कठोरता साबुन से जाँचनी चाहिए: कठोर जल में साबुन से झाग कम बनता है और दही जैसा स्कम दिखता है।

कार्बन यौगिकों के रासायनिक गुण: लंबा उत्तर

प्रश्न 15. कार्बन यौगिकों की चार रासायनिक अभिक्रियाओं (दहन, ऑक्सीकरण, संकलन और प्रतिस्थापन) का वर्णन समीकरण सहित कीजिए। (5 अंक)

उत्तर:

1. दहन: कार्बन और उसके यौगिक ऑक्सीजन में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड, जल, ऊष्मा और प्रकाश देते हैं:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + ऊष्मा एवं प्रकाश

संतृप्त हाइड्रोकार्बन साफ़ नीली ज्वाला से जलते हैं, जबकि असंतृप्त यौगिक धुएँ वाली पीली ज्वाला देते हैं।

2. ऑक्सीकरण: क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट या अम्लीकृत पोटैशियम डाइक्रोमेट जैसे ऑक्सीकारक ऐल्कोहॉल को कार्बोक्सिलिक अम्ल में बदल देते हैं ([O] ऑक्सीकारक से मिली ऑक्सीजन है):

CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O (क्षारीय KMnO₄ + ऊष्मा)

3. संकलन: निकैल या पैलेडियम उत्प्रेरक की उपस्थिति में असंतृप्त हाइड्रोकार्बन हाइड्रोजन जोड़कर संतृप्त बन जाते हैं:

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃ (निकैल उत्प्रेरक)

इसका उपयोग वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण में होता है।

4. प्रतिस्थापन: सूर्य के प्रकाश में क्लोरीन, संतृप्त हाइड्रोकार्बन के हाइड्रोजन परमाणुओं की एक-एक करके जगह ले लेती है:

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (सूर्य के प्रकाश में)

पाँच अंक के उत्तर में हर अभिक्रिया की एक पंक्ति की परिभाषा, एक संतुलित समीकरण और उसकी शर्त ज़रूर लिखिए।

एथनॉल और एथेनॉइक अम्ल में अंतर

प्रश्न 16. भौतिक और रासायनिक गुणों के आधार पर एथनॉल और एथेनॉइक अम्ल में आप कैसे अंतर करेंगे? (5 अंक)

उत्तर:

समीकरण:

• एथेनॉइक अम्ल और सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट: CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂
• एथेनॉइक अम्ल और सोडियम हाइड्रॉक्साइड: CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
• एथनॉल और सोडियम: 2Na + 2CH₃CH₂OH → 2CH₃CH₂ONa + H₂

साबुन की सफ़ाई क्रिया: लंबा उत्तर

प्रश्न 17. साबुन की सफ़ाई प्रक्रिया की क्रियाविधि समझाइए। जल में साबुन डालने पर मिसेल क्यों बनते हैं? क्या एथनॉल जैसे विलायक में भी मिसेल बनेंगे? (5 अंक)

उत्तर:

साबुन के अणु लंबी श्रृंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों के सोडियम या पोटैशियम लवण हैं। हर अणु के दो सिरे हैं: आयनिक सिरा (जलरागी), जो जल में घुलता है, और लंबी हाइड्रोकार्बन पूँछ (जलविरागी), जो तेल में घुलती है।

मिसेल क्यों बनते हैं: जल में साबुन के अणु ऐसे सजते हैं कि जलविरागी पूँछें जल से दूर, गुच्छे के अंदर रहें, और आयनिक सिरे बाहर जल की ओर। अणुओं के इस गोल गुच्छे को मिसेल कहते हैं।

सफ़ाई की क्रियाविधि:

1. कपड़े का मैल ज़्यादातर तैलीय होता है, जो पानी में नहीं घुलता।
2. साबुन की पूँछें तैलीय मैल में घुस जाती हैं और आयनिक सिरे पानी की ओर रहते हैं। मैल मिसेल के केंद्र में फँस जाता है।
3. इस तरह पानी में तेल का इमल्शन बनता है। मिसेल के बाहरी सिरों पर एक जैसा आवेश होने से वे एक-दूसरे को दूर धकेलते हैं और अवक्षेपित नहीं होते।
4. कपड़े को रगड़ने, पटकने या मशीन में घुमाने से मैल कपड़े से छूटकर मिसेल में चला जाता है, और पानी से धोने पर बह जाता है।

चित्र (मिसेल) में दिखाइए: बीच में तेल की बूँद, उसकी ओर मुड़ी साबुन की पूँछें, और बाहर की ओर गोल आयनिक सिरे। नामांकन: तेल की बूँद, जलविरागी सिरा, जलरागी सिरा, Na⁺।

चित्र के नामांकन: 1. तेल की बूँद (मैल), 2. जलविरागी सिरा (हाइड्रोकार्बन पूँछ), 3. जलरागी सिरा (आयनिक सिरा), 4. Na⁺ आयन, 5. जल

एथनॉल में: नहीं। एथनॉल में साबुन की हाइड्रोकार्बन पूँछ भी घुल जाती है, तो पूँछों को विलायक से बचकर अंदर छिपने की ज़रूरत नहीं पड़ती। इसलिए वहाँ मिसेल नहीं बनते।

अभ्यास से पहले

इस अध्याय के ज़्यादातर प्रश्न तीन तरह के होते हैं: किसी अणु की बनावट (कितने आबंध, कौन-सा आबंध, कौन-सा समूह), किसी यौगिक का नाम या सूत्र, और एथनॉल, एथेनॉइक अम्ल या साबुन से जुड़ी कोई अभिक्रिया। अब आगे 20 प्रश्नों की क्विज़ है, जिसमें तीनों तरह के प्रश्न मिलेंगे।

जहाँ आबंध गिनने हों, कॉपी पर संरचना बनाकर गिनिए, अंदाज़े से नहीं। नाम वाले प्रश्नों में पहले कार्बन गिनिए, फिर समूह देखिए। कोई उत्तर गलत हो, तो पाठ का वही हिस्सा दोबारा पढ़कर उसका समीकरण या संरचना बिना देखे लिखने की कोशिश कीजिए।