इस अध्याय से बोर्ड के प्रश्न
ये प्रश्न बोर्ड परीक्षा में पूछे जा चुके हैं। पहले लिखित प्रश्न हैं, उनके बाद वस्तुनिष्ठ प्रश्नों की क्विज़।
लिखित प्रश्नों में दो विषय सबसे ज़्यादा दिखते हैं: समावयवता (समावयवता की परिभाषा, पेंटेन और ब्रोमोपेंटेन के समावयव) और साबुन-अपमार्जक (अपमार्जक, साबुन की जगह अपमार्जक, साबुनीकरण)। वस्तुनिष्ठ भाग में आबंधों की गिनती, अपररूप, प्रकार्यात्मक समूह और नाम ज़्यादा पूछे जाते हैं।
हर लिखित प्रश्न का उत्तर पहले अपनी कॉपी में लिखिए, फिर यहाँ के उत्तर से मिलाइए। संरचना वाले उत्तरों में देखिए कि हर कार्बन की चार संयोजकताएँ पूरी हैं या नहीं।
सहसंयोजक बंधन
प्रश्न 1. सहसंयोजक बंधन क्या है ? इसके दो उदाहरण दें।
उत्तर:
दो परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन युग्म की साझेदारी से बनने वाले आबंध को सहसंयोजक (सहसंयोजी) बंधन कहते हैं। साझा इलेक्ट्रॉन दोनों परमाणुओं के बाहरी कोश में गिने जाते हैं, जिससे दोनों का बाहरी कोश पूरा हो जाता है।
उदाहरण:
- हाइड्रोजन अणु (H₂): दोनों हाइड्रोजन परमाणु एक-एक इलेक्ट्रॉन देकर एक युग्म बाँटते हैं, H-H (एकल बंधन)।
- मेथेन (CH₄): कार्बन अपने चार इलेक्ट्रॉन चार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ बाँटता है, जिससे चार एकल सहसंयोजक बंधन बनते हैं।
दूसरे उदाहरण भी चल सकते हैं: ऑक्सीजन O₂ (द्विबंधन, O=O) या नाइट्रोजन N₂ (त्रिबंधन, N≡N)।
CO₂ की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना
प्रश्न 2. कार्बन डाइऑक्साइड ( CO₂ ) की इलेक्ट्रॉन बिन्दु संरचना दर्शाएँ।
उत्तर:
कार्बन के बाहरी कोश में 4 और हर ऑक्सीजन के बाहरी कोश में 6 इलेक्ट्रॉन होते हैं। कार्बन को 4 और हर ऑक्सीजन को 2 इलेक्ट्रॉन चाहिए। इसलिए कार्बन हर ऑक्सीजन के साथ दो-दो इलेक्ट्रॉन युग्म बाँटता है, यानी दोनों ओर द्विआबंध बनते हैं:
O=C=O
चित्र बनाने के लिए:
- बीच में C और दोनों ओर एक-एक O लिखिए।
- C और बाएँ O के बीच दो युग्म (दो बिंदु, दो क्रॉस), और C तथा दाएँ O के बीच भी दो युग्म बनाइए।
- हर O पर बचे 4 इलेक्ट्रॉन दो एकाकी युग्मों के रूप में दिखाइए।
अब गिनिए: C के पास 4 साझा युग्म = 8 इलेक्ट्रॉन, और हर O के पास 2 साझा युग्म + 2 एकाकी युग्म = 8 इलेक्ट्रॉन। तीनों का अष्टक पूरा है।
हाइड्रोकार्बन और उनके प्रकार
प्रश्न 3. हाइड्रोकार्बन क्या हैं ? यह कितने प्रकार के होते हैं ?
उत्तर:
जो यौगिक केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बने होते हैं, उन्हें हाइड्रोकार्बन कहते हैं, जैसे मेथेन CH₄, एथेन C₂H₆, एथीन C₂H₄।
आबंध के आधार पर दो प्रकार:
1. संतृप्त हाइड्रोकार्बन (ऐल्केन): कार्बन परमाणुओं के बीच केवल एकल आबंध। ये कम अभिक्रियाशील होते हैं और प्रायः साफ़ ज्वाला से जलते हैं। सामान्य सूत्र CₙH₂ₙ₊₂, उदाहरण: मेथेन CH₄, एथेन CH₃-CH₃, प्रोपेन C₃H₈।
2. असंतृप्त हाइड्रोकार्बन: कार्बन परमाणुओं के बीच द्विआबंध या त्रिआबंध। ये अधिक अभिक्रियाशील होते हैं और इनमें संकलन अभिक्रिया होती है।
- ऐल्कीन (द्विआबंध), सामान्य सूत्र CₙH₂ₙ, जैसे एथीन CH₂=CH₂
- ऐल्काइन (त्रिआबंध), सामान्य सूत्र CₙH₂ₙ₋₂, जैसे एथाइन HC≡CH
संरचना के आधार पर: कार्बन परमाणु सीधी श्रृंखला (जैसे ब्यूटेन), शाखित श्रृंखला (जैसे आइसोब्यूटेन CH₃-CH(CH₃)-CH₃) या वलय (जैसे साइक्लोहेक्सेन C₆H₁₂, बेंज़ीन C₆H₆) में जुड़े हो सकते हैं।
ऐलिफैटिक यौगिक
प्रश्न 4. ऐलिफैटिक यौगिक क्या हैं ?
उत्तर:
जिन कार्बनिक यौगिकों में कार्बन परमाणु खुली श्रृंखला में, यानी सीधी या शाखित श्रृंखला में जुड़े होते हैं (वलय में नहीं), उन्हें ऐलिफैटिक यौगिक (विवृत श्रृंखला यौगिक) कहते हैं।
ये संतृप्त भी हो सकते हैं और असंतृप्त भी:
- संतृप्त: मेथेन CH₄, एथेन CH₃-CH₃, प्रोपेन CH₃-CH₂-CH₃
- असंतृप्त: एथीन CH₂=CH₂, एथाइन HC≡CH
बेंज़ीन जैसे वलय वाले यौगिक इनसे अलग वर्ग में आते हैं।
समावयवता
प्रश्न 5. समावयवता क्या है ? कोई एक उदाहरण दें।
उत्तर:
जिन यौगिकों का आणविक सूत्र समान हो पर संरचना अलग हो, उन्हें समावयव कहते हैं, और इस गुण को समावयवता कहते हैं। संरचना बदलने से उनके गुण भी कुछ अलग हो जाते हैं।
उदाहरण: ब्यूटेन (C₄H₁₀) के दो समावयव हैं:
- सीधी श्रृंखला वाला (सामान्य ब्यूटेन): CH₃-CH₂-CH₂-CH₃
- शाखा वाला (आइसोब्यूटेन): CH₃-CH(CH₃)-CH₃
दोनों का सूत्र C₄H₁₀ है, पर कार्बन का कंकाल अलग है।
ब्यूटेन के समावयवों की संख्या वस्तुनिष्ठ प्रश्न के रूप में भी पूछी जाती है (उत्तर: 2)।
पेंटेन के समावयव
प्रश्न 6. पेंटेन के समावयवों के संरचना सूत्र एवं उनके नाम लिखें।
उत्तर:
पेंटेन (C₅H₁₂) के तीन संरचनात्मक समावयव होते हैं:
सामान्य पेंटेन (n-पेंटेन): पाँचों कार्बन एक सीधी श्रृंखला में: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃
आइसोपेंटेन (2-मेथिलब्यूटेन): चार कार्बन की श्रृंखला, दूसरे कार्बन पर एक CH₃ शाखा: CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃
नियोपेंटेन (2,2-डाइमेथिलप्रोपेन): बीच के एक कार्बन से चार CH₃ समूह जुड़े हुए: CH₃-C(CH₃)₂-CH₃, यानी C(CH₃)₄
तीनों का सूत्र C₅H₁₂ है।
ब्रोमोपेंटेन के समावयव
प्रश्न 7. क्या ब्रोमोपेंटेन के संरचनात्मक समावयवी संभव है ? यदि हाँ, तो इनके संरचना सूत्र एवं नाम लिखें।
उत्तर:
हाँ। ब्रोमोपेंटेन (C₅H₁₁Br) में ब्रोमीन श्रृंखला के अलग-अलग कार्बन पर लग सकती है, और कार्बन श्रृंखला भी शाखित हो सकती है। इसलिए इसके कई संरचनात्मक समावयव बनते हैं।
सीधी श्रृंखला वाले तीन समावयव:
- CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-Br: 1-ब्रोमोपेंटेन
- CH₃-CHBr-CH₂-CH₂-CH₃: 2-ब्रोमोपेंटेन
- CH₃-CH₂-CHBr-CH₂-CH₃: 3-ब्रोमोपेंटेन
शाखित श्रृंखला वाले भी बनते हैं, जैसे (CH₃)₂CBr-CH₂-CH₃ (2-ब्रोमो-2-मेथिलब्यूटेन)। कुल मिलाकर ब्रोमोपेंटेन के 8 संरचनात्मक समावयव संभव हैं, पर दो अंक के उत्तर में सीधी श्रृंखला वाले तीन लिखना काफ़ी है।
ध्यान रखिए कि श्रृंखला को उल्टी ओर से पढ़ने पर संरचना नहीं बदलती: Br का चौथे कार्बन पर होना वही है जो दूसरे कार्बन पर होना है।
समजातीय श्रेणी
प्रश्न 8. समजातीय श्रेणी से आप क्या समझते हैं ? उदाहरण के साथ लिखिए।
उत्तर:
ऐसे कार्बन यौगिकों की श्रेणी, जिनमें एक ही प्रकार्यात्मक समूह हो और लगातार दो सदस्यों के सूत्र में एक -CH₂- इकाई (आणविक द्रव्यमान में 14 u) का अंतर हो, समजातीय श्रेणी कहलाती है।
इसकी पहचान:
- सभी सदस्यों का एक सामान्य सूत्र होता है।
- रासायनिक गुण लगभग एक जैसे होते हैं, क्योंकि वे प्रकार्यात्मक समूह से तय होते हैं।
- आणविक द्रव्यमान बढ़ने के साथ गलनांक, क्वथनांक जैसे भौतिक गुण क्रम से बदलते हैं।
उदाहरण:
- ऐल्केन (CₙH₂ₙ₊₂): CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀
- ऐल्कोहॉल: CH₃OH, C₂H₅OH, C₃H₇OH, C₄H₉OH
कार्बन यौगिक ईंधन के रूप में
प्रश्न 9. कार्बन एवं उनके यौगिकों का उपयोग ईंधन के रूप में क्यों किया जाता है ?
उत्तर:
- कार्बन और उसके ज़्यादातर यौगिक ऑक्सीजन में जलकर बहुत अधिक ऊष्मा और प्रकाश देते हैं:
C + O₂ → CO₂ + ऊष्मा एवं प्रकाश
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + ऊष्मा एवं प्रकाश
- इनका दहन नियंत्रित किया जा सकता है। पर्याप्त हवा मिलने पर संतृप्त हाइड्रोकार्बन साफ़ नीली ज्वाला देते हैं।
- कोयला, पेट्रोलियम, LPG, CNG और बायोगैस जैसे ये ईंधन आसानी से मिलते हैं, और इन्हें रखना तथा एक जगह से दूसरी जगह ले जाना आसान है।
इसीलिए घर, कारख़ानों और वाहनों में ज़्यादातर ईंधन कार्बन या उसके यौगिक ही होते हैं।
साबुनीकरण और एस्टरीकरण
प्रश्न 10. साबुनीकरण से आप क्या समझते हैं ? व्याख्या करें। यह एस्टरीकरण से किस प्रकार भिन्न है ?
उत्तर:
साबुनीकरण: एस्टर को सोडियम हाइड्रॉक्साइड जैसे क्षार के साथ गर्म करने पर वह ऐल्कोहॉल और कार्बोक्सिलिक अम्ल के सोडियम लवण में टूट जाता है। इस अभिक्रिया को साबुनीकरण कहते हैं, क्योंकि इसी से साबुन बनाया जाता है:
CH₃COOC₂H₅ + NaOH → C₂H₅OH + CH₃COONa
(एथिल एथेनोएट + सोडियम हाइड्रॉक्साइड → एथनॉल + सोडियम एथेनोएट)
तेल या वसा भी एस्टर ही हैं। इन्हें सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ गर्म करने पर लंबी श्रृंखला वाले अम्लों के सोडियम लवण बनते हैं, जो साबुन हैं।
एस्टरीकरण: कार्बोक्सिलिक अम्ल और ऐल्कोहॉल, अम्ल उत्प्रेरक (सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल) की उपस्थिति में गर्म करने पर मीठी गंध वाला एस्टर बनाते हैं:
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O (अम्ल उत्प्रेरक)
| एस्टरीकरण | साबुनीकरण |
|---|---|
| एस्टर बनता है | एस्टर टूटता है |
| अभिकारक: अम्ल + ऐल्कोहॉल | अभिकारक: एस्टर + क्षार |
| अम्ल उत्प्रेरक की उपस्थिति में | क्षार (NaOH) के साथ गर्म करने पर |
| उत्पाद: एस्टर + जल | उत्पाद: ऐल्कोहॉल + अम्ल का सोडियम लवण |
| उपयोग: इत्र और स्वाद वाले पदार्थ | उपयोग: साबुन बनाना |
अपमार्जक
प्रश्न 11. अपमार्जक क्या है ? उदाहरण दें।
उत्तर:
अपमार्जक लंबी श्रृंखला वाले अम्लों के सल्फ़ोनेट या अमोनियम लवण होते हैं, जो साबुन की तरह मैल साफ़ करते हैं। इनका आवेशित सिरा कठोर जल के कैल्सियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ अघुलनशील पदार्थ नहीं बनाता, इसलिए ये कठोर जल में भी अच्छा झाग देते हैं।
उदाहरण: सोडियम डोडेसिल बेंज़ीन सल्फ़ोनेट। कपड़े धोने के पाउडर और शैंपू अपमार्जकों से ही बनते हैं।
अपमार्जक ने साबुन की जगह क्यों ली
प्रश्न 12. अपमार्जकों ने साबुन का स्थान क्यों ले लिया है ?
उत्तर:
- कठोर जल में कैल्सियम और मैग्नीशियम के लवण घुले होते हैं। साबुन इनसे अभिक्रिया करके अघुलनशील, दही जैसा स्कम बनाता है। इससे झाग कम बनता है, साबुन बेकार जाता है और कपड़ों पर परत रह जाती है।
- अपमार्जक का आवेशित सिरा कैल्सियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ अघुलनशील पदार्थ नहीं बनाता, इसलिए वह कठोर जल में भी अच्छा झाग देता है और ठीक से सफ़ाई करता है।
इसी कारण कपड़े धोने के पाउडर और शैंपू में अब साबुन की जगह ज़्यादातर अपमार्जक का उपयोग होता है। बिहार के कई इलाकों में हैंडपंप और कुएँ का पानी कठोर होता है, वहाँ यह फ़र्क़ साफ़ दिखता है।