कार्बन यौगिकों के रासायनिक गुण

कार्बन यौगिकों की रासायनिक अभिक्रियाएँ

अब हम संरचनाओं के बारे में सीखने से कार्बन यौगिक कैसे क्रिया करते की ओर बढ़ते।

कक्षा 10 में कवर मुख्य अभिक्रियाएँ:

1. दहन — ऑक्सीजन में जलना।
2. ऑक्सीकरण — ऑक्सीजन जोड़ना / हाइड्रोजन खोना।
3. योगात्मक अभिक्रिया — बहुगुण बंध में परमाणु जोड़ना।
4. प्रतिस्थापन अभिक्रिया — एक परमाणु को दूसरे से बदलना।

यह क्यों महत्वपूर्ण?

कार्बन यौगिक विशिष्ट अभिक्रियाएँ करते अपने आधार पर:

• क्रियात्मक समूह।
• बंध प्रकार (एकल, द्विक, त्रिक)।
• स्थितियाँ (ऊष्मा, प्रकाश, उत्प्रेरक)।

अभिक्रियाएँ जानना मदद करता:

• नए यौगिक बनाने (उद्योग)।
• कुशलता से उपयोग (ईंधन, दवाएँ, सामग्री)।
• जीवन प्रक्रियाएँ समझने (जैव-रसायन)।

1. दहन (Combustion)

कार्बनिक यौगिकों की सबसे महत्वपूर्ण अभिक्रिया।

परिभाषा

'दहन' = किसी पदार्थ की ऑक्सीजन से तेज़ अभिक्रिया, ऊष्मा और प्रकाश (ज्वाला) छोड़ती।

सब कार्बन यौगिक ऑक्सीजन में जलते।

सामान्य अभिक्रिया

हाइड्रोकार्बन + O₂ → CO₂ + H₂O + ऊष्मा

उदाहरण

मेथेन:

$$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \text{ऊष्मा (891 kJ/mol)}$$

एथेनॉल:

$$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O + \text{ऊष्मा}$$

एसिटिक अम्ल:

$$CH_3COOH + 2O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O + \text{ऊष्मा}$$

पूर्ण vs अपूर्ण दहन

पूर्ण दहन

प्रचुर ऑक्सीजन → CO₂ + H₂O। स्वच्छ नीली ज्वाला। अधिकतम ऊष्मा निकलती।

उदाहरण: उचित वायु आपूर्ति वाला गैस चूल्हा।

अपूर्ण दहन

अपर्याप्त ऑक्सीजन → CO + H₂O + कालिख (कार्बन)। पीली/कालिख-दार ज्वाला। कम ऊष्मा निकलती। ज़हरीली CO बनती।

उदाहरण: प्रतिबंधित वायु वाला गैस चूल्हा।

अभिक्रिया (अपूर्ण):

$$2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO + 4H_2O$$

संतृप्त vs असंतृप्त भिन्न रूप से क्यों जलते

संतृप्त (एल्केन):

• प्रति C अधिक H।
• नीली ज्वाला से स्वच्छ रूप से जलते।
• कम कालिख।
• अच्छे ईंधनों के रूप में उपयोग।

असंतृप्त (एल्कीन, एल्काइन):

• प्रति C कम H।
• पीली/कालिख-दार ज्वाला से जलते।
• अधिक कालिख (अपूर्ण दहन)।
• अधिक O₂ चाहिए।

यह क्यों मायने रखता

दहन समझना:

• सही ईंधन चुनें (LPG, CNG, प्राकृतिक गैस)।
• कुशल इंजन डिज़ाइन।
• CO विषाक्तता टालें।
• प्रदूषण कम करें।

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Complete combustion (blue flame)	पूर्ण दहन (नीली ज्वाला)
Incomplete combustion (sooty yellow flame)	अपूर्ण दहन (कालिखयुक्त पीली ज्वाला)
Air supply	वायु आपूर्ति
Soot (carbon)	कालिख (कार्बन)

2. ऑक्सीकरण (Oxidation)

'ऑक्सीकरण' = ऑक्सीजन जोड़ना या हाइड्रोजन खोना।

दहन से भिन्न — ऑक्सीकरण नियंत्रित और आंशिक हो सकता।

एल्कोहलों का ऑक्सीकरण

एल्कोहलों को ऑक्सीकारक एजेंटों से अम्लों में ऑक्सीकृत किया जा सकता।

हल्का ऑक्सीकरण (चरण 1)

एल्कोहल → ऐल्डिहाइड

उदाहरण: $$CH_3CH_2OH \xrightarrow{\text{ऑक्सीकरण}} CH_3CHO + H_2$$

प्रबल ऑक्सीकरण (चरण 2)

एल्कोहल → अम्ल

उदाहरण: $$CH_3CH_2OH \xrightarrow{\text{प्रबल ऑक्सीकरण}} CH_3COOH$$

सामान्य ऑक्सीकारक एजेंट

एल्कोहलों और ऐल्डिहाइडों को ऑक्सीकृत करने में उपयोग:

1. अम्लीय KMnO₄ (पोटैशियम परमैंगनेट):

• बैंगनी विलयन।
• ऑक्सीकरण के दौरान रंगहीन।
• प्रबल ऑक्सीकारक।

2. अम्लीय K₂Cr₂O₇ (पोटैशियम डाइक्रोमेट):

• नारंगी विलयन।
• ऑक्सीकरण के दौरान हरा।
• प्रबल ऑक्सीकारक।

3. क्षारीय KMnO₄:

• हल्के ऑक्सीकरण के लिए।

KMnO₄ के साथ अभिक्रिया: $$CH_3CH_2OH + [O] \xrightarrow{KMnO_4} CH_3COOH$$

[O] ऑक्सीकारक एजेंट से ऑक्सीजन इंगित करता।

एक प्रसिद्ध अभिक्रिया — वाइन का खट्टा होना

वाइन = जल में एथेनॉल का विलयन। एथेनॉल + O₂ (हवा से) → एसिटिक अम्ल (बैक्टीरिया उत्प्रेरक के रूप में)।

$$CH_3CH_2OH + O_2 \rightarrow CH_3COOH + H_2O$$

यही कारण कि वाइन 'सिरके में बदलती' — एथेनॉल धीरे-धीरे एसिटिक अम्ल में ऑक्सीकृत।

औद्योगिक महत्व

सिरका उत्पादन

औद्योगिक प्रक्रिया: एथेनॉल + O₂ → एसिटिक अम्ल (सिरका)। बैक्टीरिया उत्प्रेरक के रूप में। विश्वव्यापी उत्पादन: प्रति वर्ष लाखों टन।

ऐल्डिहाइड से अम्ल

ऐल्डिहाइड मध्यवर्ती। अम्लों में आसानी से ऑक्सीकृत। एसीटैल्डिहाइड → एसिटिक अम्ल (औद्योगिक मार्ग)।

शरीर का चयापचय

हमारे शरीर एल्कोहल को अम्ल में ऑक्सीकृत करते:

• एथेनॉल (पेय) → एसीटैल्डिहाइड → एसिटिक अम्ल → CO₂ + H₂O।
• यकृत एंजाइम यह करते।
• हैंगओवर के लक्षण एसीटैल्डिहाइड (विषाक्त मध्यवर्ती) से।

क्रियात्मक समूह यहाँ क्यों मायने रखते

भिन्न क्रियात्मक समूह भिन्न रूप से ऑक्सीकृत होते:

क्रियात्मक समूह	ऑक्सीकरण व्यवहार
एल्कोहल (-OH)	→ ऐल्डिहाइड → अम्ल
ऐल्डिहाइड (-CHO)	→ अम्ल
कीटोन (>C=O)	सामान्यतः आसानी से ऑक्सीकृत नहीं
अम्ल (-COOH)	अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था

एल्कोहल कई ऑक्सीकरण अभिक्रियाओं के 'प्रारंभिक बिंदु'।

3. योगात्मक अभिक्रिया (Addition Reactions)

'योगात्मक अभिक्रिया' = एक अणु के परमाणु एक बहुगुण बंध (द्विक या त्रिक) के पार जुड़ते।

असंतृप्त यौगिकों (एल्कीन, एल्काइन) की विशेषता।

सामान्य पैटर्न

$C=C + AB \rightarrow A-C-C-B$

द्विक बंध टूटता; A और B किसी भी ओर जुड़ते।

हाइड्रोजनीकरण — सबसे महत्वपूर्ण

'हाइड्रोजनीकरण' = द्विक या त्रिक बंध के पार हाइड्रोजन जोड़ना।

उत्प्रेरक: निकल (Ni), प्लेटिनम (Pt), या पैलेडियम (Pd)।

उदाहरण: एथीन + H₂

$$CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_3$$ एथीन → एथेन।

उदाहरण: एथाइन + 2H₂

$$HC≡CH + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_3$$ एथाइन → एथेन।

त्रिक बंध 2 H₂ अणु ले सकता → पूर्ण रूप से संतृप्त।

औद्योगिक उपयोग — वनस्पति तेलों का हाइड्रोजनीकरण

वनस्पति तेलों में C=C द्विक बंध (असंतृप्त वसा)। हाइड्रोजनीकरण उन्हें संतृप्त वसा (कोई C=C नहीं) में बदलता।

क्यों?

• संतृप्त वसा कमरे के तापमान पर ठोस।
• संग्रहीत करना, परिवहन करना आसान।
• लंबी शेल्फ़ लाइफ़।

उदाहरण: $$\text{वनस्पति तेल (द्रव)} + H_2 \xrightarrow{Ni} \text{वनस्पति (ठोस)}$$

वनस्पति घी = हाइड्रोजनीकृत वनस्पति तेल। मार्जरीन = समान प्रक्रिया।

हाइड्रोजनीकरण की स्वास्थ्य चिंताएँ

हाइड्रोजनीकरण ट्रांस वसा (अस्वास्थ्यकर वसा) भी बनाता।

ट्रांस वसा:

• खराब कोलेस्ट्रॉल (LDL) बढ़ाते।
• अच्छा कोलेस्ट्रॉल (HDL) कम करते।
• हृदय रोग से जुड़े।

कई देश अब भोजन में ट्रांस वसा प्रतिबंधित कर रहे।

आधुनिक मार्गदर्शन:

• प्राकृतिक असंतृप्त तेल उपयोग करें (सरसों, सूरजमुखी, जैतून)।
• भारी हाइड्रोजनीकृत 'वनस्पति' से बचें।

अन्य योगात्मक अभिक्रियाएँ

हैलोजनों का योग

$$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$$ यह ब्रोमीन जल परीक्षण का आधार।

हाइड्रोजन हैलाइडों का योग

$$CH_2=CH_2 + HBr \rightarrow CH_3-CH_2Br$$

जल का योग

$$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{\text{H}_2\text{SO}_4} CH_3-CH_2OH$$ एथीन से एथेनॉल का औद्योगिक उत्पादन।

योग क्यों होता

बहुगुण बंधों (द्विक, त्रिक) के 'अतिरिक्त' इलेक्ट्रॉन (π इलेक्ट्रॉन)। ये क्रियाशील — हमले के लिए आसान लक्ष्य। नए परमाणु जुड़ते → बहुगुण बंध एकल बंध बनता।

महत्व

1. औद्योगिक:

• हाइड्रोजनीकरण (वनस्पति, मार्जरीन)।
• प्लास्टिक उत्पादन (बहुलकीकरण)।
• दवा संश्लेषण।

2. जैविक:

• वनस्पति तेल — असंतृप्त, स्वस्थ।
• संतृप्त वसा — कम स्वस्थ।
• असंतृप्त फैटी अम्ल (omega-3, आदि) आवश्यक पोषक।

3. प्रयोगशाला:

• असंतृप्तता के लिए ब्रोमीन जल परीक्षण।
• अज्ञात यौगिकों की पहचान।

4. प्रतिस्थापन अभिक्रिया (Substitution Reactions)

'प्रतिस्थापन अभिक्रिया' = एक परमाणु या समूह को अन्य परमाणु या समूह से प्रतिस्थापित किया जाता।

संतृप्त यौगिकों (एल्केन) की विशेषता।

सामान्य पैटर्न

R-H + X-Y → R-X + H-Y

यहाँ, H को X से बदला गया।

एल्केनों में प्रतिस्थापन

एल्केन अक्रियाशील — वे जोड़ते नहीं (कोई द्विक बंध तोड़ने को नहीं)। परंतु विशिष्ट परिस्थितियों में प्रतिस्थापन करते।

हैलोजनों के साथ अभिक्रिया (फोटोरासायनिक)

मेथेन + क्लोरीन → क्लोरोमेथेन + HCl (सूर्य के प्रकाश में)।

$$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{\text{UV प्रकाश}} CH_3Cl + HCl$$

ध्यान: 'सूर्य प्रकाश' या UV प्रकाश उत्प्रेरक — अभिक्रिया शुरू करता।

UV क्यों चाहिए?

• Cl-Cl बंध UV में टूटता।
• मुक्त Cl• परमाणु मेथेन पर हमला करते।
• एक H Cl से बदला गया।

कई प्रतिस्थापन

यदि अधिक Cl₂ उपयोग किया जाए, और H परमाणु बदल सकते:

$$CH_3Cl + Cl_2 \rightarrow CH_2Cl_2 + HCl$$ (डाइक्लोरोमेथेन)

$$CH_2Cl_2 + Cl_2 \rightarrow CHCl_3 + HCl$$ (ट्राइक्लोरोमेथेन / क्लोरोफॉर्म)

$$CHCl_3 + Cl_2 \rightarrow CCl_4 + HCl$$ (टेट्राक्लोरोमेथेन / कार्बन टेट्राक्लोराइड)

प्रतिस्थापन उत्पाद और उनके उपयोग

यौगिक	सामान्य नाम	उपयोग
CH₃Cl	मेथिल क्लोराइड	प्रशीतक, विलायक
CH₂Cl₂ (DCM)	डाइक्लोरोमेथेन	विलायक, पेंट स्ट्रिपर
CHCl₃	क्लोरोफॉर्म	संज्ञानहारी (ऐतिहासिक), विलायक
CCl₄	कार्बन टेट्राक्लोराइड	विलायक, आग बुझाने वाला (प्रतिबंधित)

प्रसिद्ध प्रतिस्थापन — CFC

कार्बन-फ्लोरीन-क्लोरीन यौगिक। एल्केनों में H को F और Cl से प्रतिस्थापित करके बने।

उदाहरण: CFC-11 (CCl₃F), CFC-12 (CCl₂F₂)।

उपयोग होते:

• प्रशीतकों के रूप में (फ्रिज, AC में)।
• एयरोसोल प्रोपेलेंट (स्प्रे कैन)।
• फोम उड़ाने एजेंट।

परंतु CFC ने ओज़ोन परत को नुकसान पहुँचाया — 1987 में प्रतिबंधित (मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल)। HFC से बदले (कम हानिकारक)।

क्रियाशीलता तुलना

एल्केन — केवल प्रतिस्थापन:

• UV प्रकाश या उच्च तापमान चाहिए।
• धीमी अभिक्रिया।
• कई उत्पाद संभव।

एल्कीन/एल्काइन — योग (पसंदीदा):

• तेज़, कमरे के तापमान पर।
• एक उत्पाद।
• अधिक नियंत्रणीय।

यही कारण कि एल्केन 'अक्रियाशील' ईंधन और एल्कीन/एल्काइन 'क्रियाशील' कच्चे माल।

प्रतिस्थापन vs योग

गुण	प्रतिस्थापन	योग
बंध प्रकार	एकल बंध	बहुगुण बंध
यौगिक	एल्केन	एल्कीन, एल्काइन
स्थितियाँ	UV प्रकाश, ऊष्मा	उत्प्रेरक
गति	धीमी	तेज़
उत्पाद	एक H बदला	परमाणु जोड़े गए

व्यावहारिक महत्व

1. औद्योगिक रसायन:

• CFC, हैलोकार्बनों का उत्पादन।
• प्लास्टिक पूर्ववर्ती।
• दवा संश्लेषण।

2. दैनिक जीवन:

• क्लोरोफॉर्म — ऐतिहासिक रूप से संज्ञानहारी।
• पेंट, गोंद में विलायक।
• प्रशीतक।

3. पर्यावरण:

• CFC ओज़ोन के लिए हानिकारक — प्रतिबंधित।
• सुरक्षित यौगिकों से बदलना।

अभिक्रियाओं का सारांश — मुख्य पैटर्न

यौगिक प्रकार के आधार पर अभिक्रियाएँ

एल्केन (संतृप्त)

कम क्रियाशील। कुछ अभिक्रिया प्रकार:

• दहन (आसानी से जलते)।
• प्रतिस्थापन (हैलोजनों के साथ, UV में)।

एल्कीन (द्विक बंध)

क्रियाशील — कई अभिक्रियाएँ:

• दहन (जलते)।
• योग — H₂, X₂, HX, H₂O।
• बहुलकीकरण (प्लास्टिक बनाते)।

एल्काइन (त्रिक बंध)

सबसे क्रियाशील:

• दहन (अति-गर्म ज्वाला)।
• योग — दो बार (2 अणु जुड़ते)।

एल्कोहल (-OH)

कई अभिक्रियाएँ:

• दहन (स्वच्छ रूप से जलते)।
• Na के साथ → H₂ छोड़ते।
• ऑक्सीकरण → ऐल्डिहाइड → अम्ल।
• एस्टरीकरण → एस्टर (अम्ल के साथ)।

ऐल्डिहाइड (-CHO)

क्रियाशील:

• ऑक्सीकरण → अम्ल (आसान)।
• अपचयन → एल्कोहल।

कीटोन (>C=O)

ऐल्डिहाइडों से कम क्रियाशील:

• अपचयन → एल्कोहल।
• सामान्यतः आसानी से ऑक्सीकृत नहीं।

कार्बोक्सिलिक अम्ल (-COOH)

कई अभिक्रियाएँ:

• क्षारक के साथ → लवण + जल।
• एल्कोहल के साथ → एस्टर (एस्टरीकरण)।
• धातु के साथ → लवण + H₂।

मुख्य अभिक्रिया उदाहरण — सारांश

दहन (सामान्य):

$$\text{कार्बन यौगिक} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O + \text{ऊष्मा}$$

हाइड्रोजनीकरण (एल्कीन/एल्काइन):

$$C=C + H_2 \xrightarrow{Ni} C-C$$

ब्रोमीनीकरण परीक्षण (एल्कीन):

$$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$$

प्रतिस्थापन (एल्केन):

$$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl$$

एल्कोहल का ऑक्सीकरण:

$$CH_3CH_2OH \xrightarrow{KMnO_4} CH_3COOH$$

एस्टरीकरण:

$$CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_3 + H_2O$$

प्रत्येक कार्बनिक रसायनशास्त्री के टूलकिट में एक 'उपकरण'।

ये अभिक्रियाएँ क्यों मायने रखतीं

उद्योग में:

• बहुलकीकरण: एल्कीनों से प्लास्टिक।
• हाइड्रोजनीकरण: तेलों से वनस्पति।
• प्रतिस्थापन: दवाएँ, प्रशीतक।
• ऑक्सीकरण: सिरका।

जीवविज्ञान में:

• दहन: कोशिकाओं में श्वसन।
• ऑक्सीकरण: चयापचय।
• अपचयन: प्रकाश संश्लेषण।
• योग/प्रतिस्थापन: एंजाइम अभिक्रियाएँ।

दैनिक जीवन में:

• ईंधन जलाना: ऊष्मा, पकाना।
• सिरका उत्पादन: भोजन।
• प्लास्टिक विनिर्माण: सामग्री।
• प्रशीतन: घरेलू उपकरण।

🧠 स्मृति कैप्सूल (Memory Capsule)

बोर्ड परीक्षा से ठीक पहले एक नज़र में।

1. मुख्य अभिक्रिया प्रकार

प्रकार	विवरण	यौगिक
दहन	O₂ में जलना	सब
ऑक्सीकरण	O जोड़ना / H खोना	एल्कोहल, ऐल्डिहाइड
योग	बहुगुण बंध के पार	एल्कीन, एल्काइन
प्रतिस्थापन	एक परमाणु बदलें	एल्केन (हैलोजनों के साथ)

2. दहन

हाइड्रोकार्बन + O₂ → CO₂ + H₂O + ऊष्मा।

उदाहरण:

• $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
• $C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$

3. एल्कोहल का ऑक्सीकरण

एल्कोहल → ऐल्डिहाइड → कार्बोक्सिलिक अम्ल

उत्प्रेरक: KMnO₄ या K₂Cr₂O₇।

$$CH_3CH_2OH \xrightarrow{KMnO_4} CH_3COOH$$

4. योग

$C=C + H_2 \xrightarrow{Ni} C-C$

औद्योगिक उदाहरण: वनस्पति तेलों का हाइड्रोजनीकरण → वनस्पति घी।

5. प्रतिस्थापन

$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl$

कई प्रतिस्थापन संभव: CH₄ → CH₃Cl → CH₂Cl₂ → CHCl₃ → CCl₄

6. दहन: पूर्ण vs अपूर्ण

पूर्ण (अधिक O₂): CO₂ + H₂O, नीली ज्वाला, अधिकतम ऊष्मा। अपूर्ण (सीमित O₂): CO + कालिख, पीली ज्वाला, कम ऊष्मा।

CO ज़हरीली!

7. महत्वपूर्ण औद्योगिक अभिक्रियाएँ

1. हाइड्रोजनीकरण: तेल + H₂ → वनस्पति घी

2. सिरका उत्पादन: एथेनॉल + O₂ (बैक्टीरिया) → एसिटिक अम्ल

3. साबुन बनाना: फैटी अम्ल + NaOH → साबुन + ग्लिसरॉल

8. ब्रोमीन जल परीक्षण

संतृप्त को असंतृप्त से अलग करता:

• संतृप्त: कोई परिवर्तन नहीं।
• असंतृप्त: रंगहीन।

अभिक्रिया (एल्कीन): $$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$$

9. बोर्ड के 'सुनहरे' प्रश्न

1. मेथेन का दहन — समीकरण।
2. एथेनॉल का एथेनोइक अम्ल में ऑक्सीकरण।
3. उदाहरण के साथ हाइड्रोजनीकरण अभिक्रिया।
4. CFC प्रतिबंधित क्यों?
5. प्रतिस्थापन vs योग — अंतर।

अंतिम सूत्र: अभिक्रियाएँ दिखातीं यौगिक क्या करते। दहन = जलना; ऑक्सीकरण = O जोड़ना; योग = बहुगुण बंधों के पार; प्रतिस्थापन = एक परमाणु बदलें।

हल किए गए उदाहरण

उदाहरण 1: NCERT — दहन

निम्न के दहन के लिए संतुलित समीकरण लिखें: (a) मेथेन (b) एथेनॉल

हल:

(a) मेथेन का दहन

मेथेन (CH₄) अधिक ऑक्सीजन में जलता।

अभिकारक: मेथेन + ऑक्सीजन उत्पाद: CO₂ + H₂O + ऊष्मा

संतुलन:

कार्बन: 1 = 1 ✓ हाइड्रोजन: 4 = 2 ⇒ 2 H₂O। ऑक्सीजन: 4 = 4 ⇒ 2 O₂।

संतुलित समीकरण: $$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \text{ऊष्मा}$$

निकली ऊष्मा: 891 kJ/mol।

(b) एथेनॉल का दहन

एथेनॉल (C₂H₅OH) ऑक्सीजन में जलता।

संतुलित समीकरण: $$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O + \text{ऊष्मा}$$

निकली ऊष्मा: ~1370 kJ/mol।

तुलना

यौगिक	समीकरण	ऊष्मा (kJ/mol)
मेथेन	$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$	891
एथेनॉल	$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$	1370

दोनों स्वच्छ रूप से क्यों जलते?

दोनों में:

• पर्याप्त H परमाणु (प्रति C अधिक H)।
• नीली ज्वाला से जलते।
• प्रचुर O₂ में पूर्ण दहन।

व्यावहारिक महत्व

मेथेन:

• प्राकृतिक गैस, LPG का मुख्य घटक।
• पकाने का ईंधन।
• अति-कुशल बर्नर।

एथेनॉल:

• ईंधन योजक के रूप में उपयोग (E10, E20 पेट्रोल)।
• स्वच्छ रूप से जलता।
• नवीकरणीय (गन्ने, मक्का से)।

अपर्याप्त O₂ हो तो?

अपूर्ण दहन CO (कार्बन मोनोक्साइड) उत्पन्न:

$$2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO + 4H_2O$$

CO ज़हरीली — घातक हो सकती। यही कारण कि गैस चूल्हों में उचित वायु आपूर्ति चाहिए।

[NCERT — महत्वपूर्ण]

उदाहरण 2: NCERT — एल्कोहल का अम्ल में ऑक्सीकरण

एथेनॉल को एथेनोइक अम्ल में कैसे बदला जा सकता? समीकरण और स्थितियाँ लिखें।

हल:

रूपांतरण: एथेनॉल → एथेनोइक अम्ल

यह एक ऑक्सीकरण अभिक्रिया।

विधि 1: प्रबल ऑक्सीकारक एजेंट का उपयोग

सामान्य ऑक्सीकारक एजेंट:

• अम्लीय KMnO₄ — बैंगनी, रंगहीन।
• अम्लीय K₂Cr₂O₇ — नारंगी, हरा।

अभिक्रिया:

$$CH_3CH_2OH \xrightarrow{\text{क्षारीय KMnO}_4 + \text{ऊष्मा}} CH_3COOH$$

स्थितियाँ:

• अम्लीय या क्षारीय KMnO₄।
• गर्म।

या:

$$CH_3CH_2OH \xrightarrow{\text{अम्लीय K}_2Cr_2O_7 + \text{ऊष्मा}} CH_3COOH$$

दोनों विधियाँ काम करती।

विधि 2: ऐल्डिहाइड मध्यवर्ती से

कभी-कभी ऑक्सीकरण दो चरणों में होता:

चरण 1: एल्कोहल का ऐल्डिहाइड में हल्का ऑक्सीकरण: $$CH_3CH_2OH \xrightarrow{\text{हल्का ऑक्सीकरण}} CH_3CHO + H_2$$

चरण 2: ऐल्डिहाइड का अम्ल में आगे ऑक्सीकरण: $$CH_3CHO + [O] \rightarrow CH_3COOH$$

संयुक्त: एथेनॉल → एथेनल → एसिटिक अम्ल।

विधि 3: औद्योगिक — एसिटोबैक्टर बैक्टीरिया

बैक्टीरिया एथेनॉल को एसिटिक अम्ल में ऑक्सीकृत कर सकते।

यह सिरका व्यावसायिक रूप से बनाया जाता:

$$CH_3CH_2OH + O_2 \xrightarrow{\text{Acetobacter}} CH_3COOH + H_2O$$

बैक्टीरिया उत्प्रेरक के रूप में एंजाइम उपयोग करते। धीमी प्रक्रिया, परंतु कम लागत पर सिरका बनाती।

दृश्य संकेतक

KMnO₄ के साथ अभिक्रिया के दौरान:

• आरंभिक: बैंगनी विलयन।
• दौरान: बैंगनी रंगहीन।
• अंत: स्वच्छ (Mn²⁺ आयन रंगहीन)।

K₂Cr₂O₇ के साथ अभिक्रिया के दौरान:

• आरंभिक: नारंगी विलयन।
• अंत: हरा (Cr³⁺ आयन हरे)।

ये रंग परिवर्तन एल्कोहल ऑक्सीकरण के लिए नैदानिक।

यह अभिक्रिया क्यों मायने रखती

1. सिरका का औद्योगिक उत्पादन। एसिटिक अम्ल (सिरका) एक प्रमुख व्यावसायिक उत्पाद।

2. वाइन से सिरका। यदि वाइन हवा के संपर्क में, एथेनॉल एसिटिक अम्ल में ऑक्सीकृत → वाइन खट्टी।

3. दवा संश्लेषण। एसिटिक अम्ल कई दवाओं का पूर्ववर्ती।

4. शरीर का चयापचय। शरीर एल्कोहल को एसीटैल्डिहाइड को एसिटिक अम्ल में बदलता (एंजाइमों से)।

सारांश

एथेनॉल को एथेनोइक अम्ल में बदला जा सकता:

1. प्रबल ऑक्सीकारक एजेंट (KMnO₄ या K₂Cr₂O₇) + ऊष्मा।
2. बैक्टीरियल किण्वन (Acetobacter) — उद्योग में उपयोग।

अभिक्रिया: $$CH_3CH_2OH \xrightarrow{[O]} CH_3COOH$$

[NCERT — महत्वपूर्ण, हर साल]

उदाहरण 3: NCERT — हाइड्रोजनीकरण

हाइड्रोजनीकरण क्या है? यह औद्योगिक रूप से क्यों महत्वपूर्ण?

हल:

हाइड्रोजनीकरण — परिभाषा

'हाइड्रोजनीकरण' = एक अभिक्रिया जहाँ बहुगुण बंध के पार हाइड्रोजन जोड़ा जाता।

उपयोग होता बदलने में:

• एल्कीनों (C=C के साथ) को एल्केनों (संतृप्त) में।
• एल्काइनों (C≡C के साथ) को एल्केनों में।

आवश्यक स्थितियाँ

हाइड्रोजन + एल्कीन/एल्काइन + उत्प्रेरक → एल्केन।

उत्प्रेरक: निकल (Ni), प्लेटिनम (Pt), या पैलेडियम (Pd)। स्थितियाँ: ऊष्मा, दाब।

अभिक्रियाएँ

एथीन (एल्कीन) का हाइड्रोजनीकरण

$$CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_3$$ एथीन → एथेन।

एथाइन (एल्काइन) का हाइड्रोजनीकरण

त्रिक बंध 2 H₂ तक ले सकता:

$$HC≡CH + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_3$$

औद्योगिक अनुप्रयोग

1. वनस्पति घी उत्पादन

वनस्पति तेलों में C=C द्विक बंध (असंतृप्त वसा)।

हाइड्रोजनीकरण: $$\text{वनस्पति तेल} + H_2 \xrightarrow{Ni, \text{ऊष्मा}} \text{वनस्पति (संतृप्त)}$$

क्यों:

• वनस्पति तेल = द्रव (असंतृप्त)।
• वनस्पति = कमरे के तापमान पर ठोस (संतृप्त)।
• संग्रहीत करना, परिवहन, उपयोग आसान।
• लंबी शेल्फ़ लाइफ़।

यह क्रांतिकारी खोज थी — महंगे गाय घी को सस्ते वनस्पति विकल्प से बदला।

2. मार्जरीन

वनस्पति के समान — हाइड्रोजनीकृत वनस्पति तेल + रंग + स्वाद। पकाने में मक्खन के विकल्प के रूप में उपयोग।

3. संतृप्त यौगिकों का औद्योगिक उत्पादन

कई औद्योगिक रसायन असंतृप्त यौगिकों से शुरू (सस्ते)। हाइड्रोजनीकरण संतृप्त रूपों में बदलता।

स्वास्थ्य कथा — ट्रांस वसा

हाइड्रोजनीकरण हमेशा पूर्ण नहीं। कभी-कभी ट्रांस वसा (अस्वास्थ्यकर रूप) बनाता।

ट्रांस वसा:

• LDL ('बुरा') कोलेस्ट्रॉल बढ़ाते।
• HDL ('अच्छा') कोलेस्ट्रॉल कम करते।
• हृदय रोग से जुड़े।

आधुनिक मार्गदर्शन:

• हाइड्रोजनीकृत वसा (वनस्पति, मार्जरीन) सीमित करें।
• प्राकृतिक असंतृप्त वसा पसंद करें (सरसों तेल, जैतून तेल, सूरजमुखी)।
• कई देशों ने ट्रांस वसा प्रतिबंधित कर दिए।

भारतीय स्वास्थ्य संगठन (FSSAI) भोजन में ट्रांस वसा को विनियमित करते।

लाभ vs चिंताएँ

हाइड्रोजनीकरण के लाभ:

• औद्योगिक दक्षता: ठोस वसा को संभालना आसान।
• लंबी शेल्फ़ लाइफ़।
• पशु वसा से सस्ती।
• विभिन्न औद्योगिक उपयोग।

चिंताएँ:

• ट्रांस वसा अस्वास्थ्यकर।
• प्राकृतिक तेलों से कम पोषक।
• सावधान विनियमन की आवश्यकता।

[NCERT — महत्वपूर्ण]

उदाहरण 4: NCERT — प्रतिस्थापन

प्रतिस्थापन अभिक्रिया क्या? मेथेन और क्लोरीन के साथ उदाहरण दें।

हल:

प्रतिस्थापन अभिक्रिया — परिभाषा

'प्रतिस्थापन अभिक्रिया' = एक रासायनिक अभिक्रिया जहाँ एक परमाणु या समूह को प्रतिस्थापित किया जाता दूसरे परमाणु या समूह से।

संतृप्त यौगिकों (एल्केन) की विशेषता।

एल्केन प्रतिस्थापन क्यों करते?

एल्केनों में केवल एकल बंध (संतृप्त)। कोई द्विक/त्रिक बंध योग के लिए नहीं। बंध के पार 'योग' नहीं कर सकते। इसके बजाय, 'परमाणुओं को बदलते'।

उदाहरण: मेथेन + क्लोरीन (फोटोरासायनिक अभिक्रिया)

अभिक्रिया:

$$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{\text{सूर्य प्रकाश (UV)}} CH_3Cl + HCl$$

मेथेन + क्लोरीन → क्लोरोमेथेन + हाइड्रोजन क्लोराइड।

क्या होता:

मेथेन का एक H परमाणु Cl से प्रतिस्थापित। Cl₂ का Cl परमाणु HCl बनाने जाता। UV प्रकाश अभिक्रिया शुरू करता (Cl-Cl बंध तोड़ता)।

कई प्रतिस्थापन

यदि अधिक क्लोरीन उपयोग किया जाए, और H परमाणु प्रतिस्थापित होते:

प्रथम प्रतिस्थापन:

$$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl$$ क्लोरोमेथेन बनी।

द्वितीय प्रतिस्थापन:

$$CH_3Cl + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_2Cl_2 + HCl$$ डाइक्लोरोमेथेन (DCM) बनी।

तृतीय प्रतिस्थापन:

$$CH_2Cl_2 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CHCl_3 + HCl$$ ट्राइक्लोरोमेथेन (क्लोरोफॉर्म) बनी।

चतुर्थ प्रतिस्थापन:

$$CHCl_3 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CCl_4 + HCl$$ टेट्राक्लोरोमेथेन (कार्बन टेट्राक्लोराइड) बनी।

औद्योगिक महत्व

सब चार उत्पाद उपयोगी:

उत्पाद	उपयोग
CH₃Cl	प्रशीतक, मेथिल समूह स्रोत
CH₂Cl₂ (DCM)	विलायक, पेंट स्ट्रिपर
CHCl₃ (क्लोरोफॉर्म)	संज्ञानहारी (ऐतिहासिक), विलायक
CCl₄	विलायक, आग बुझाने वाला (अब प्रतिबंधित)

फ्लोरीनीकरण — एक विशेष मामला

F प्रतिस्थापन और भी अधिक औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण।

उदाहरण: CFC-12 विनिर्माण

मेथेन → फ्लोरीनीकृत/क्लोरीनीकृत → CCl₂F₂ (CFC-12)।

CFC उपयोग होते थे:

• रेफ्रिजरेटरों में।
• एयरोसोल स्प्रे।
• फोम उत्पादन।

परंतु CFC वायुमंडल में ओज़ोन परत को नुकसान पहुँचाते। 1987 में मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल द्वारा प्रतिबंधित। HFC (कम हानिकारक) से बदले।

प्रतिस्थापन vs योग

गुण	प्रतिस्थापन	योग
यौगिक	एल्केन	एल्कीन, एल्काइन
बंध प्रकार	केवल एकल बंध	बहुगुण बंध
स्थितियाँ	UV प्रकाश, ऊष्मा	उत्प्रेरक
उत्पाद	एक H बदला	परमाणु जोड़े
उदाहरण	CH₄ → CH₃Cl	CH₂=CH₂ → CH₃-CH₃

व्यावहारिक महत्व

1. औद्योगिक रसायन:

• विलायकों का उत्पादन (क्लोरोफॉर्म, DCM)।
• प्लास्टिक पूर्ववर्ती।
• दवाएँ।

2. पर्यावरण:

• CFC ने ओज़ोन को नुकसान — महत्वपूर्ण पाठ।
• नए 'सुरक्षित' रसायन विकसित हो रहे।

एक चिंतन

प्रतिस्थापन अभिक्रियाएँ दिखातीं कैसे एल्केन — यद्यपि 'अक्रियाशील' — उपयोगी यौगिकों में बदले जा सकते।

[NCERT — महत्वपूर्ण]

उदाहरण 5: एक समापन प्रश्न

(a) कार्बन यौगिकों की चार मुख्य अभिक्रिया प्रकारों को परिभाषित करें। (b) प्रत्येक का एक उदाहरण दें। (c) एथेनॉल सोडियम से क्यों अभिक्रिया करता? (d) ब्रोमीन जल परीक्षण क्या?

हल:

(a) चार मुख्य अभिक्रिया प्रकार

1. दहन

'दहन' = ऑक्सीजन में जलना, CO₂, H₂O, और ऊष्मा उत्पन्न।

उदाहरण: रसोई गैस का जलना, पेट्रोल का जलना।

2. ऑक्सीकरण

'ऑक्सीकरण' = ऑक्सीजन जोड़ना या हाइड्रोजन खोना।

पूर्ण दहन से भिन्न — नियंत्रित, आंशिक।

उदाहरण: एल्कोहल → ऐल्डिहाइड → अम्ल।

3. योग

'योगात्मक अभिक्रिया' = एक बहुगुण बंध (C=C या C≡C) के पार परमाणु जुड़ते।

असंतृप्त यौगिकों की विशेषता।

उदाहरण: हाइड्रोजनीकरण, हैलोजनीकरण।

4. प्रतिस्थापन

'प्रतिस्थापन अभिक्रिया' = परमाणु/समूह दूसरे से बदला।

संतृप्त यौगिकों की विशेषता।

उदाहरण: मेथेन + क्लोरीन।

(b) प्रत्येक का एक उदाहरण

दहन:

$$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \text{ऊष्मा}$$

हवा में मेथेन (रसोई गैस) का जलना।

ऑक्सीकरण:

$$CH_3CH_2OH \xrightarrow{KMnO_4} CH_3COOH$$

एथेनॉल का एसिटिक अम्ल में ऑक्सीकरण।

योग:

$$CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3-CH_3$$

एथीन का हाइड्रोजनीकरण।

प्रतिस्थापन:

$$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl$$

सूर्य के प्रकाश में मेथेन + क्लोरीन।

(c) एथेनॉल सोडियम से क्यों अभिक्रिया?

एथेनॉल का -OH समूह। -OH का H थोड़ा अम्लीय (शिथिल रूप से धारित)। सोडियम क्रियाशील और इस H को बदल सकता।

अभिक्रिया:

$$2CH_3CH_2OH + 2Na \rightarrow 2CH_3CH_2O^-Na^+ + H_2\uparrow$$

एथेनॉल + सोडियम → सोडियम एथॉक्साइड + हाइड्रोजन गैस।

यह अम्ल + धातु जैसा: HCl + Na → NaCl + H₂

परंतु एथेनॉल HCl से बहुत कमज़ोर। अतः अभिक्रिया धीमी।

यह क्यों मायने रखता

यह अभिक्रिया एल्कोहलों के लिए परीक्षण:

• एल्कोहल में Na का छोटा टुकड़ा डालें।
• यदि अभिक्रिया (बुलबुले, गैस): एल्कोहल उपस्थित।
• -OH समूहों की पहचान में उपयोग।

(d) ब्रोमीन जल परीक्षण

व्यवस्था

जल में घुली ब्रोमीन = नारंगी-भूरा 'ब्रोमीन जल'।

प्रक्रिया

अज्ञात कार्बनिक यौगिक में ब्रोमीन जल जोड़ें।

प्रेक्षण

यदि संतृप्त (एल्केन, बिना C=C एल्कोहल): ब्रोमीन जल नारंगी-भूरा रहता। कोई अभिक्रिया नहीं।

यदि असंतृप्त (एल्कीन, एल्काइन): ब्रोमीन जल रंगहीन हो जाता। Br₂ द्विक/त्रिक बंध के पार जुड़ता।

अभिक्रिया (एल्कीन उदाहरण)

$$CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$$

1,2-डाइब्रोमोएथेन (रंगहीन)।

व्यावहारिक उपयोग

गुणवत्ता नियंत्रण

असंतृप्त तेलों के लिए औद्योगिक परीक्षण। मार्जरीन उत्पादक हाइड्रोजनीकरण की प्रगति को ट्रैक करने के लिए ब्रोमीन जल अभिक्रिया की निगरानी करते।

यौगिकों की पहचान

संतृप्त को असंतृप्त से आसानी से अंतर करें। त्वरित प्रयोगशाला परीक्षण।

अंतर करने वाले उदाहरण

साइक्लोहेक्सेन vs hex-1-ene (दोनों C₆H₁₂):

• साइक्लोहेक्सेन: कोई परिवर्तन नहीं।
• Hex-1-ene: ब्रोमीन जल को रंगहीन।

सारांश

ब्रोमीन जल परीक्षण:

• सरल।
• दृश्य (रंग परिवर्तन)।
• त्वरित।
• असंतृप्तता पहचानने में विश्वसनीय।

यह कार्बनिक रसायन में सबसे उपयोगी परीक्षणों में से एक।

[बोर्ड: 5-अंक मिश्र]