SATHEE: Chapter-04 Carbon and Its Compounds

Chapter-04 Carbon and Its Compounds

In the last Chapter, we came to know many compounds of importance to us. In this Chapter we will study about some more interesting compounds and their properties. Also, we shall be learning about carbon, an element which is of immense significance to us in both its elemental form and in the combined form.

Activity 4.1

Make a list of ten things you have used or consumed since the morning.

Compile this list with the lists made by your classmates and then sort the items into the adjacent Table.

If there are items which are made up of more than one material, put them into both the relevant columns of the table.

Things made of metal	Things made of metal	Others

Look at the items that come in the last column of the above table filled by you - your teacher will be able to tell you that most of them are made up of compounds of carbon. Can you think of a method to test this? What would be the product if a compound containing carbon is burnt? Do you know of any test to confirm this?

Food, clothes, medicines, books, or many of the things that you listed are all based on this versatile element carbon. In addition, all living structures are carbon based. The amount of carbon present in the earth’s crust and in the atmosphere is quite meagre. The earth’s crust has only $0.02 %$ carbon in the form of minerals (like carbonates, hydrogencarbonates, coal and petroleum) and the atmosphere has $0.03 %$ of carbon dioxide. In spite of this small amount of carbon available in nature, the importance of carbon seems to be immense. In this Chapter, we will know about the properties of carbon which make carbon so important to us.

4.1 BONDING IN CARBON - THE COVALENT BOND

In the previous Chapter, we have studied the properties of ionic compounds. We saw that ionic compounds have high melting and boiling points and conduct electricity in solution or in the molten state. We also saw how the nature of bonding in ionic compounds explains these properties. Let us now study the properties of some carbon compounds.

Most carbon compounds are poor conductors of electricity as we have seen in Chapter 2. From the data given in Table 4.1 on the boiling and melting points of the carbon compounds, we find that these compounds have low melting and boiling points as compared to ionic compounds (Chapter 3). We can conclude that the forces of attraction between the molecules are not very strong. Since these compounds are largely non-conductors of electricity, we can conclude that the bonding in these compounds does not give rise to any ions.

Table 4.1 Melting points and boiling points of some compounds of carbon

Compound	Melting point $(\mathbf{K})$	Boiling point $(\mathbf{K})$
Acetic acid $(CH_3 COOH)$	290	391
Chloroform $(CHCl_3)$	209	334
Ethanol $(CH_3 CH_2 OH)$	156	351
Methane $(CH_4)$	90	111

In Class IX, we learnt about the combining capacity of various elements and how it depends on the number of valence electrons. Let us now look at the electronic configuration of carbon. The atomic number of carbon is 6 . What would be the distribution of electrons in various shells of carbon? How many valence electrons will carbon have?

We know that the reactivity of elements is explained as their tendency to attain a completely filled outer shell, that is, attain noble gas configuration. Elements forming ionic compounds achieve this by either gaining or losing electrons from the outermost shell. In the case of carbon, it has four electrons in its outermost shell and needs to gain or lose four electrons to attain noble gas configuration. If it were to gain or lose electrons -

(i) It could gain four electrons forming $C^{4-}$ anion. But it would be difficult for the nucleus with six protons to hold on to ten electrons, that is, four extra electrons.

(ii) It could lose four electrons forming $C^{4+}$ cation. But it would require a large amount of energy to remove four electrons leaving behind a carbon cation with six protons in its nucleus holding on to just two electrons.

Carbon overcomes this problem by sharing its valence electrons with other atoms of carbon or with atoms of other elements. Not just carbon, but many other elements form molecules by sharing electrons in this manner. The shared electrons ‘belong’ to the outermost shells of both the atoms and lead to both atoms attaining the noble gas configuration. Before going on to compounds of carbon, let us look at some simple molecules formed by the sharing of valence electrons.

The simplest molecule formed in this manner is that of hydrogen. As you have learnt earlier, the atomic number of hydrogen is 1 . Hence hydrogen has one electron in its $K$ shell and it requires one more electron to fill the $K$ shell. So two hydrogen atoms share their electrons to form a molecule of hydrogen, $H_2$. This allows each hydrogen atom to attain the electronic configuration of the nearest noble gas, helium, which has two electrons in its K shell. We can depict this using dots or crosses to represent valence electrons (Fig. 4.1).

Figure 4.1 A molecule of hydrogen

The shared pair of electrons is said to constitute a single covalent bond between the two hydrogen atoms. A single covalent bond is also represented by a line between the two atoms, as shown in Fig. 4.2.

Figure 4.2 Single bond between two hydrogen atoms

The atomic number of chlorine is 17 . What would be its electronic configuration and its valency? Chlorine forms a diatomic molecule, $Cl_2$. Can you draw the electron dot structure for this molecule? Note that only the valence shell electrons need to be depicted.

In the case of oxygen, we see the formation of a double bond between two oxygen atoms. This is because an atom of oxygen has six electrons in its L shell (the atomic number of oxygen is eight) and it requires two more electrons to complete its octet. So each atom of oxygen shares two electrons with another atom of oxygen to give us the structure shown in Fig. 4.3. The two electrons contributed by each oxygen atom give rise to two shared pairs of electrons. This is said to constitute a double bond between the two atoms.

Figure 4.3 Double bond between two oxygen atoms

Can you now depict a molecule of water showing the nature of bonding between one oxygen atom and two hydrogen atoms? Does the molecule have single bonds or double bonds?

What would happen in the case of a diatomic molecule of nitrogen? Nitrogen has the atomic number 7 . What would be its electronic configuration and its combining capacity? In order to attain an octet, each nitrogen atom in a molecule of nitrogen contributes three electrons giving rise to three shared pairs of electrons. This is said to constitute a triple bond Figure 4.3 between the two atoms. The electron dot structure of $N_2$ and Double bond between two oxygen atoms its triple bond can be depicted as in Fig. 4.4.

Figure 4.4 Triple bond between two nitrogen atoms

A molecule of ammonia has the formula $NH_3$. Can you draw the electron dot structure for this molecule showing how all four atoms achieve noble gas configuration? Will the molecule have single, double or triple bonds?

Let us now take a look at methane, which is a compound of carbon. Methane is widely used as a fuel and is a major component of bio-gas and Compressed Natural Gas (CNG). It is also one of the simplest compounds formed by carbon. Methane has a formula $CH_4$. Hydrogen, as you know, has a valency of 1 . Carbon is tetravalent because it has four valence electrons. In order to achieve noble gas configuration, carbon shares these electrons with four atoms of hydrogen as shown in Fig. 4.5.

Figure 4.5 Electron dot structure for methane

Such bonds which are formed by the sharing of an electron pair between two atoms are known as covalent bonds. Covalently bonded molecules are seen to have strong bonds within the molecule, but intermolecular forces are weak. This gives rise to the low melting and boiling points of these compounds. Since the electrons are shared between atoms and no charged particles are formed, such covalent compounds are generally poor conductors of electricity.

More to know!

Allotropes of carbon

The element carbon occurs in different forms in nature with widely varying physical properties. Both diamond and graphite are formed by carbon atoms, the difference lies in the manner in which the carbon atoms are bonded to one another. In diamond, each carbon atom is bonded to four other carbon atoms forming a rigid three-dimensional structure. In graphite, each carbon atom is bonded to three other carbon atoms in the same plane giving a hexagonal array. One of these bonds is a double-bond, and thus the valency of carbon is satisfied. Graphite >structure is formed by the hexagonal arrays being placed in layers one above the other.

The structure of diamond

The structure of graphite

The structure of C-60 Buckminsterfullerene

These two different structures result in diamond and graphite having very different physical properties even though their chemical properties are the same. Diamond is the hardest substance known while graphite is smooth and slippery. Graphite is also a very good conductor of electricity unlike other non-metals that you studied in the previous Chapter.

Diamonds can be synthesised by subjecting pure carbon to very high pressure and temperature. These synthetic diamonds are small but are otherwise indistinguishable from natural diamonds.

Fullerenes form another class of carbon allotropes. The first one to be identified was C-60 which has carbon atoms arranged in the shape of a football. Since this looked like the geodesic dome designed by the US architect Buckminster Fuller, the molecule was named fullerene.

Questions

1. What would be the electron dot structure of carbon dioxide which has the formula $CO_2$ ?

Show Answer

Answer

Electron dot structure of $CO 2$ is

2. What would be the electron dot structure of a molecule of sulphur which is made up of eight atoms of sulphur? (Hint - The eight atoms of sulphur are joined together in the form of a ring.)

Show Answer

Answer

Electron dot structure of a sulphur molecule

4.2 VERSATILE NATURE OF CARBON

We have seen the formation of covalent bonds by the sharing of electrons in various elements and compounds. We have also seen the structure of a simple carbon compound, methane. In the beginning of the Chapter, we saw how many things we use contain carbon. In fact, we ourselves are made up of carbon compounds. The numbers of carbon compounds whose formulae are known to chemists was recently estimated to be in millions! This outnumbers by a large margin the compounds formed by all the other elements put together. Why is it that this property is seen in carbon and no other element? The nature of the covalent bond enables carbon to form a large number of compounds. Two factors noticed in the case of carbon are -

(i) Carbon has the unique ability to form bonds with other atoms of carbon, giving rise to large molecules. This property is called catenation. These compounds may have long chains of carbon, branched chains of carbon or even carbon atoms arranged in rings. In addition, carbon atoms may be linked by single, double or triple bonds. Compounds of carbon, which are linked by only single bonds between the carbon atoms are called saturated compounds. Compounds of carbon having double or triple bonds between their carbon atoms are called unsaturated compounds.
No other element exhibits the property of catenation to the extent seen in carbon compounds. Silicon forms compounds with hydrogen which have chains of upto seven or eight atoms, but these compounds are very reactive. The carbon-carbon bond is very strong and hence stable. This gives us the large number of compounds with many carbon atoms linked to each other.

(ii) Since carbon has a valency of four, it is capable of bonding with four other atoms of carbon or atoms of some other mono-valent element. Compounds of carbon are formed with oxygen, hydrogen, nitrogen, sulphur, chlorine and many other elements giving rise to compounds with specific properties which depend on the elements other than carbon present in the molecule.

Again the bonds that carbon forms with most other elements are very strong making these compounds exceptionally stable. One reason for the formation of strong bonds by carbon is its small size. This enables the nucleus to hold on to the shared pairs of electrons strongly. The bonds formed by elements having bigger atoms are much weaker.

Do you know?

Organic compounds

The two characteristic features seen in carbon, that is, tetravalency and catenation, put together give rise to a large number of compounds. Many have the same non-carbon atom or group of atoms attached to different carbon chains. These compounds were initially extracted from natural substances and it was thought that these carboncompounds or organic compounds could only be formed within a living system. That is, it was postulated that a ‘vital force’ was necessary for their synthesis. Friedrich Wöhler disproved this in 1828 by preparing urea from ammonium cyanate. But carbon compounds, except for carbides, oxides of carbon, carbonate and hydrogencarbonate salts continue to be studied under organic chemistry.

4.2.1 Saturated and Unsaturated Carbon Compounds

We have already seen the structure of methane. Another compound formed between carbon and hydrogen is ethane with a formula of $C_2 H_6$. In order to arrive at the structure of simple carbon compounds, the first step is to link the carbon atoms together with a single bond (Fig. 4.6a) and then use the hydrogen atoms to satisfy the remaining valencies of carbon (Fig. 4.6b). For example, the structure of ethane is arrived in the following steps -

$ C-C \qquad $ Step 1

Figure 4.6 (a) Carbon atoms linked together with a single bond

Three valencies of each carbon atom remain unsatisfied, so each is bonded to three hydrogen atoms giving:

$H-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}} - H \qquad $ Step 2

Figure 4.6 (b) Each carbon atom bonded to three hydrogen atoms

The electron dot structure of ethane is shown in Fig. 4.6(c).

Figure 4.6 (c) Electron dot structure of ethane

Can you draw the structure of propane, which has the molecular formula $C_3 H_8$ in a similar manner? You will see that the valencies of all the atoms are satisfied by single bonds between them. Such carbon compounds are called saturated compounds. These compounds are normally not very reactive.

However, another compound of carbon and hydrogen has the formula $C_2 H_4$ and is called ethene. How can this molecule be depicted? We follow the same step-wise approach as above.

Carbon-carbon atoms linked together with a single bond (Step 1).

We see that one valency per carbon atom remains unsatisfied (Step 2). This can be satisfied only if there is a double bond between the two carbons (Step 3).

The electron dot structure for ethene is given in Fig. 4.7.

Figure 4.7 Structure of ethene

Yet another compound of hydrogen and carbon has the formula $C_2 H_2$ and is called ethyne. Can you draw the electron dot structure for ethyne? How many bonds are necessary between the two carbon atoms in order to satisfy their valencies? Such compounds of carbon having double or triple bonds between the carbon atoms are known as unsaturated carbon compounds and they are more reactive than the saturated carbon compounds.

4.2.2 Chains, Branches and Rings

In the earlier section, we mentioned the carbon compounds methane, ethane and propane, containing respectively 1,2 and 3 carbon atoms. Such ‘chains’ of carbon atoms can contain many more carbon atoms. The names and structures of six of these are given in Table 4.2.

Table 4.2 Formulae and structures of saturated compounds of carbon and hydrogen

But, let us take another look at butane. If we make the carbon ‘skeleton’ with four carbon atoms, we see that two different possible ‘skeletons’ are -

Figure 4.8 (a) Two possible carbon-skeletons

Filling the remaining valencies with hydrogen gives us -

Figure 4.8 (b) Complete molecules for two structures with formula $C_4 H _{10}$

We see that both these structures have the same formula $C_4 H _{10}$. Such compounds with identical molecular formula but different structures are called structural isomers.

In addition to straight and branched carbon chains, some compounds have carbon atoms arranged in the form of a ring. For example, cyclohexane has the formula $C_6 H _{12}$ and the following structure -

(a)

(b)

Figure 4.9 Structure of cyclohexane (a) carbon skeleton (b) complete molecule

Can you draw the electron dot structure for cyclohexane? Straight chain, branched chain and cyclic carbon compounds, all may be saturated or unsaturated. For example, benzene, $C_6 H_6$, has the following structure-

Figure 4.10 Structure of benzene

All these carbon compounds which contain only carbon and hydrogen are called hydrocarbons. Among these, the saturated hydrocarbons are called alkanes. The unsaturated hydrocarbons which contain one or more double bonds are called alkenes. Those containing one or more triple bonds are called alkynes.

4.2.3 Will you be my Friend?

Carbon seems to be a very friendly element. So far we have been looking at compounds containing carbon and hydrogen only. But carbon also forms bonds with other elements such as halogens, oxygen, nitrogen and sulphur. In a hydrocarbon chain, one or more hydrogens can be replaced by these elements, such that the valency of carbon remains satisfied. In such compounds, the element replacing hydrogen is referred to as a heteroatom. These heteroatoms are also present in some groups as given in Table 4.3.

Table 4.3 Some functional groups in carbon compounds

Hetero atom	Class of compounds	Formula of functional group
$Cl / Br$	Halo- (Chloro/bromo) alkane	$\quad-Cl,-Br$ (substitutes for hydrogen atom)
Oxygen	1. Alcohol	$-OH$
	2. Aldehyde
	3. Ketone	$\stackrel{\\|}{O}$
	4. Carboxylic acid

These heteroatoms and the group containing these confer specific properties to the compound, regardless of the length and nature of the carbon chain and hence are called functional groups. Some important functional groups are given in the Table 4.3. Free valency or valencies of the group are shown by the single line. The functional group is attached to the carbon chain through this valency by replacing one hydrogen atom or atoms.

4.2.4 Homologous Series

You have seen that carbon atoms can be linked together to form chains of varying lengths. These chains can be branched also. In addition, hydrogen atom or other atoms on these carbon chains can be replaced by any of the functional groups that we saw above. The presence of a functional group such as alcohol decides the properties of the carbon compound, regardless of the length of the carbon chain. For example, the chemical properties of $CH_3 OH, C_2 H_5 OH, C_3 H_7 OH$ and $C_4 H_9 OH$ are all very similar. Hence, such a series of compounds in which the same functional group substitutes for hydrogen in a carbon chain is called a homologous series.

Let us look at the homologous series that we saw earlier in Table 4.2. If we look at the formulae of successive compounds, say -

$\mathrm{CH}_4$ and $\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6 \quad-$ these differ by a $-\mathrm{CH}_2$ - unit

$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_6$ and $\mathrm{C}_3 \mathrm{H}_8 \quad-$ these differ by a $-\mathrm{CH}_2^2$ - unit

What is the difference between the next pair - propane and butane $(C_4 H_{10})$ ?

Can you find out the difference in molecular masses between these pairs (the atomic mass of carbon is $12 u$ and the atomic mass of hydrogen is $1 u$) ?

Similarly, take the homologous series for alkenes. The first member of the series is ethene which we have already come across in Section 4.2.1. What is the formula for ethene? The succeeding members have the formula $C_3 H_6, C_4 H_8$ and $C_5 H _{10}$. Do these also differ by a $-CH_2-$ unit? Do you see any relation between the number of carbon and hydrogen atoms in these compounds? The general formula for alkenes can be written as $C_n H _{2 n}$, where $n=2,3,4$. Can you similarly generate the general formula for alkanes and alkynes?

As the molecular mass increases in any homologous series, a gradation in physical properties is seen. This is because the melting and boiling points increase with increasing molecular mass. Other physical properties such as solubility in a particular solvent also show a similar gradation. But the chemical properties, which are determined solely by the functional group, remain similar in a homologous series.

Activity 4.2

Calculate the difference in the formulae and molecular masses for (a) $CH_3 OH$ and $C_2 H_5 OH$ (b) $C_2 H_5 OH$ and $C_3 H_7 OH$, and (c) $C_3 H_7 OH$ and $C_4 H_9 OH$.

Is there any similarity in these three?

Arrange these alcohols in the order of increasing carbon atoms to get a family. Can we call this family a homologous series?

Generate the homologous series for compounds containing up to four carbons for the other functional groups given in Table 4.3.

4.2.5 Nomenclature of Carbon Compounds

The names of compounds in a homologous series are based on the name of the basic carbon chain modified by a “prefix” “phrase before” or “suffix” “phrase after” indicating the nature of the functional group. For example, the names of the alcohols taken in Activity 4.2 are methanol, ethanol, propanol and butanol.

Naming a carbon compound can be done by the following method -

(i) Identify the number of carbon atoms in the compound. A compound having three carbon atoms would have the name propane.

(ii) In case a functional group is present, it is indicated in the name of the compound with either a prefix or a suffix (as given in Table 4.4).

(iii) If the name of the functional group is to be given as a suffix, and the suffix of the functional group begins with a vowel a, e, i, o, u, then the name of the carbon chain is modified by deleting the final ’ $e$ ’ and adding the appropriate suffix. For example, a three-carbon chain with a ketone group would be named in the following manner Propane - ’ $e$ ’ = propan + ‘one’ = propanone.

(iv) If the carbon chain is unsaturated, then the final ‘ane’ in the name of the carbon chain is substituted by ’ene’ or ‘yne’ as given in Table 4.4. For example, a three-carbon chain with a double bond would be called propene and if it has a triple bond, it would be called propyne.

Table 4.4 Nomenclature of organic compounds

Questions

1. How many structural isomers can you draw for pentane?

Show Answer

Answer

Three structural isomers are possible for pentane.

(i)

$ CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 $

(ii)

(iii)

2. What are the two properties of carbon which lead to the huge number of carbon compounds we see around us?

Show Answer

Answer

The two features of carbon that give rise to a large number of compounds are as follows: (i) Catenation - It is the ability to form bonds with other atoms of carbon.

(ii) Tetravalency - With the valency of four, carbon is capable of bonding with four other atoms.

3. What will be the formula and electron dot structure of cyclopentane?

Show Answer

Answer

The formula for cyclopentane is $C_5H_{10}$. Its electron dot structure is given below.

4. Draw the structures for the following compounds

(i) Ethanoic acid

(ii) Bromopentane

(iii) Butanone

(iv) Hexanal.

Are structural isomers possible for bromopentane?

Show Answer

Answer

Are structural isomers possible for bromopentane?

(i)

(ii) There are many structural isomers possible for bromopentane. Among them, the structures of three isomers are given. (iii)

(iv)

5. How would you name the following compounds?

(i) $CH_3-CH_2-Br$

(ii) $ H-\stackrel{H}{\stackrel{\text{|}}{C}}=O $

(iii) $ H-\underset{H}{\underset{\text{|}}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{\text{|}}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{\text{|}}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{\text{|}}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-C \equiv C-H $

Show Answer

Answer

(i) Bromoethane

(ii) Methanal (formaldehyde)

(iii) Hexyne

4.3 CHEMICAL PROPERTIES OF CARBON COMPOUNDS

In this section we will be studying about some of the chemical properties of carbon compounds. Since most of the fuels we use are either carbon or its compounds, we shall first study combustion.

4.3.1 Combustion

Carbon, in all its allotropic forms, burns in oxygen to give carbon dioxide along with the release of heat and light. Most carbon compounds also release a large amount of heat and light on burning. These are the oxidation reactions that you learnt about in the first Chapter -

(i) $C+O_2 \to CO_2$ + heat and light

(ii) $CH_4+O_2 \to CO_2+H_2 O+$ heat and light

(iii) $CH_3 CH_2 OH+O_2 \to CO_2+H_2 O+$ heat and light

Balance the latter two reactions like you learnt in the first Chapter.

Activity 4.3

CAUTION: This Activity needs the teacher’s assistance.

Take some carbon compounds (naphthalene, camphor, alcohol) one by one on a spatula and burn them.

Observe the nature of the flame and note whether smoke is produced.

Place a metal plate above the flame. Is there a deposition on the plate in case of any of the compounds?

Activity 4.4

Light a bunsen burner and adjust the air hole at the base to get different types of flames/presence of smoke.

When do you get a yellow, sooty flame?

When do you get a blue flame?

Saturated hydrocarbons will generally give a clean flame while unsaturated carbon compounds will give a yellow flame with lots of black smoke. This results in a sooty deposit on the metal plate in Activity 4.3. However, limiting the supply of air results in incomplete combustion of even saturated hydrocarbons giving a sooty flame. The gas/kerosene stove used at home has inlets for air so that a sufficiently oxygen-rich mixture is burnt to give a clean blue flame. If you observe the bottoms of cooking vessels getting blackened, it means that the air holes are blocked and fuel is getting wasted. Fuels such as coal and petroleum have some amount of nitrogen and sulphur in them. Their combustion results in the formation of oxides of sulphur and nitrogen which are major pollutants in the environment.

Do you know?

Why do substances burn with or without a flame?

Have you ever observed either a coal or a wood fire? If not, the next time you get a chance, take close note of what happens when the wood or coal starts to burn. You have seen above that a candle or the LPG in the gas stove burns with a flame. However, you will observe the coal or charcoal in an ‘angithi’ sometimes just glows red and gives out heat without a flame. This is because a flame is only produced when gaseous substances burn. When wood or charcoal is ignited, the volatile substances present vapourise and burn with a flame in the beginning.
A luminous flame is seen when the atoms of the gaseous substance are heated and start to glow. The colour produced by each element is a characteristic property of that element. Try and heat a copper wire in the flame of a gas stove and observe its colour. You have seen that incomplete combustion gives soot which is carbon. On this basis, what will you attribute the yellow colour of a candle flame to?

Do you know?

Formation of coal and petroleum

Coal and petroleum have been formed from biomass which has been subjected to various biological and geological processes. Coal is the remains of trees, ferns, and other plants that lived millions of years ago. These were crushed into the earth, perhaps by earthquakes or volcanic eruptions. They were pressed down by layers of earth and rock. They slowly decayed into coal. Oil and gas are the remains of millions of tiny plants and animals that lived in the sea. When they died, their bodies sank to the sea bed and were covered by silt. Bacteria attacked the dead remains, turning them into oil and gas under the high pressures they were being subjected to. Meanwhile, the silt was slowly compressed into rock. The oil and gas seeped into the porous parts of the rock, and got trapped like water in a sponge. Can you guess why coal and petroleum are called fossil fuels?

4.3.2 Oxidation

Activity 4.5

Take about $3 mL$ of ethanol in a test tube and warm it gently in a water bath.

Add a 5% solution of alkaline potassium permanganate drop by drop to this solution.

Does the colour of potassium permanganate persist when it is added initially?

Why does the colour of potassium permanganate not disappear when excess is added?

You have learnt about oxidation reactions in the first Chapter. Carbon compounds can be easily oxidised on combustion. In addition to this complete oxidation, we have reactions in which alcohols are converted to carboxylic acids -

$ CH_3-CH_2 OH \xrightarrow[\text{ Or acidified } K_2 Cr_2 O_7+\text{ Heat }]{\text{ Alkaline } KMnO_4+\text{ Heat }} CH_3 COOH $

We see that some substances are capable of adding oxygen to others. These substances are known as oxidising agents.

Alkaline potassium permanganate or acidified potassium dichromate are oxidising alcohols to acids, that is, adding oxygen to the starting material. Hence they are known as oxidising agents.

4.3.3 Addition Reaction

Unsaturated hydrocarbons add hydrogen in the presence of catalysts such as palladium or nickel to give saturated hydrocarbons. Catalysts are substances that cause a reaction to occur or proceed at a different rate without the reaction itself being affected. This reaction is commonly used in the hydrogenation of vegetable oils using a nickel catalyst. Vegetable oils generally have long unsaturated carbon chains while animal fats have saturated carbon chains.

You must have seen advertisements stating that some vegetable oils are ‘healthy’. Animal fats generally contain saturated fatty acids which are said to be harmful for health. Oils containing unsaturated fatty acids should be chosen for cooking.

4.3.4 Substitution Reaction

Saturated hydrocarbons are fairly unreactive and are inert in the presence of most reagents. However, in the presence of sunlight, chlorine is added to hydrocarbons in a very fast reaction. Chlorine can replace the hydrogen atoms one by one. It is called a substitution reaction because one type of atom or a group of atoms takes the place of another. A number of products are usually formed with the higher homologues of alkanes.

$CH_4+Cl_2 \to CH_3 Cl+HCl$ (in the presence of sunlight)

Questions

1. Why is the conversion of ethanol to ethanoic acid an oxidation reaction?

Show Answer

Answer

Since the conversion of ethanol to ethanoic acid involves the addition of oxygen to ethanol, it is an oxidation reaction.

2. A mixture of oxygen and ethyne is burnt for welding. Can you tell why a mixture of ethyne and air is not used?

Show Answer

Answer

When ethyne is burnt in air, it gives a sooty flame. This is due to incomplete combustion caused by limited supply of air. However, if ethyne is burnt with oxygen, it gives a clean flame with temperature $3000^{\circ} C$ because of complete combustion. This oxy-acetylene flame is used for welding. It is not possible to attain such a high temperature without mixing oxygen. This is the reason why a mixture of ethyne and air is not used.

4.4 SOME IMPORTANT CARBON COMPOUNDS - ETHANOL AND ETHANOIC ACID

Many carbon compounds are invaluable to us. But here we shall study the properties of two commercially important compounds - ethanol and ethanoic acid.

4.4.1 Properties of Ethanol

Ethanol is a liquid at room temperature (refer to Table 4.1 for the melting and boiling points of ethanol). Ethanol is commonly called alcohol and is the active ingredient of all alcoholic drinks. In addition, because it is a good solvent, it is also used in medicines such as tincture iodine, cough syrups, and many tonics. Ethanol is also soluble in water in all proportions. Consumption of small quantities of dilute ethanol causes drunkenness. Even though this practice is condemned, it is a socially widespread practice. However, intake of even a small quantity of pure ethanol (called absolute alcohol) can be lethal. Also, long-term consumption of alcohol leads to many health problems.

Activity 4.6

Teacher’s demonstration -

Drop a small piece of sodium, about the size of a couple of grains of rice, into ethanol (absolute alcohol).

What do you observe?

How will you test the gas evolved?

Reactions of Ethanol

(i) Reaction with sodium -

$ 2 Na+2 CH_3 CH_2 OH \to \underset{\text{ (Sodium ethoxide) }}{2 CH_3 CH_2 O^{-} Na^{+}+H_2} $

Alcohols react with sodium leading to the evolution of hydrogen. With ethanol, the other product is sodium ethoxide. Can you recall which other substances produce hydrogen on reacting with metals?

(ii) Reaction to give unsaturated hydrocarbon: Heating ethanol at $443 K$ with excess concentrated sulphuric acid results in the dehydration of ethanol to give ethene -

$ CH_3-CH_2 OH \xrightarrow[H_2 SO_4]{\text{ Hot Conc. }} CH_2=CH_2+H_2 O $

The concentrated sulphuric acid can be regarded as a dehydrating agent which removes water from ethanol.

Do you know?

How do alcohols affect living beings?

When large quantities of ethanol are consumed, it tends to slow metabolic processes and to depress the central nervous system. This results in lack of coordination, mental confusion, drowsiness, lowering of the normal inhibitions, and finally stupor. The individual may feel relaxed without realising that his sense of judgement, sense of timing, and muscular coordination have been seriously impaired. Unlike ethanol, intake of methanol in very small quantities can cause death. Methanol is oxidised to methanal in the liver. Methanal reacts rapidly with the components of cells. It coagulates the protoplasm, in much the same way an egg is coagulated by cooking. Methanol also affects the optic nerve, causing blindness.
Ethanol is an important industrial solvent. To prevent the misuse of ethanol produced for industrial use, it is made unfit for drinking by adding poisonous substances like methanol to it. Dyes are also added to colour the alcohol blue so that it can be identified easily. This is called denatured alcohol.

Do you know?

Alcohol as a fuel

Sugarcane plants are one of the most efficient convertors of sunlight into chemical energy. Sugarcane juice can be used to prepare molasses which is fermented to give alcohol (ethanol). Some countries now use alcohol as an additive in petrol since it is a cleaner fuel which gives rise to only carbon dioxide and water on burning in sufficient air (oxygen).

4.4.2 Properties of Ethanoic Acid

Ethanoic acid is commonly called acetic acid and belongs to a group of acids called carboxylic acids. $5-8 %$ solution of acetic acid in water is called vinegar and is used widely as a preservative in pickles. The melting point of pure ethanoic acid is $290 K$ and hence it often freezes during winter in cold climates. This gave rise to its name glacial acetic acid.
The group of organic compounds called carboxylic acids are obviously characterised by their acidic nature. However, unlike mineral acids like $HCl$, which are completely ionised, carboxylic acids are weak acids.

Activity 4.7

Compare the pH of dilute acetic acid and dilute hydrochloric acid using both litmus paper and universal indicator.

Are both acids indicated by the litmus test?

Does the universal indicator show them as equally strong acids?

Activity 4.8

Take $1 mL$ ethanol (absolute alcohol) and $1 mL$ glacial acetic acid along with a few drops of concentrated sulphuric acid in a test tube.

Warm in a water-bath for at least five minutes as shown in Fig. 4.11.

Pour into a beaker containing $20-50 mL$ of water and smell the resulting mixture.

Figure 4.11 Formation of ester

Reactions of ethanoic acid:

(i) Esterification reaction: Esters are most commonly formed by reaction of an acid and an alcohol. Ethanoic acid reacts with absolute ethanol in the presence of an acid catalyst to give an ester -

Generally, esters are sweet-smelling substances. These are used in making perfumes and as flavouring agents. On treating with sodium hydroxide, which is an alkali, the ester is converted back to alcohol and sodium salt of carboxylic acid. This reaction is known as saponification because it is used in the preparation of soap. Soaps are sodium or potassium salts of long chain carboxylic acid.

$CH_3 COOC_2 H_5 \xrightarrow{NaOH} C_2 H_5 OH+CH_3 COONa$

(ii) Reaction with a base: Like mineral acids, ethanoic acid reacts with a base such as sodium hydroxide to give a salt (sodium ethanoate or commonly called sodium acetate) and water:

$ NaOH+CH_3 COOH \to CH_3 COONa+H_2 O $

How does ethanoic acid react with carbonates and hydrogencarbonates?

Let us perform an activity to find out.

Activity 4.9

Set up the apparatus as shown in Chapter 2, Activity 2.5.

Take a spatula full of sodium carbonate in a test tube and add $2 mL$ of dilute ethanoic acid.

What do you observe?

Pass the gas produced through freshly prepared lime-water. What do you observe?

Can the gas produced by the reaction between ethanoic acid and sodium carbonate be identified by this test?

Repeat this Activity with sodium hydrogencarbonate instead of sodium carbonate.

(iii) Reaction with carbonates and hydrogencarbonates: Ethanoic acid reacts with carbonates and hydrogencarbonates to give rise to a salt, carbon dioxide and water. The salt produced is commonly called sodium acetate.

$2 CH_3 COOH+Na_2 CO_3 \to 2 CH_3 COONa+H_2 O+CO_2$

$CH_3 COOH+NaHCO_3 \to CH_3 COONa+H_2 O+CO_2$

Questions

1. How would you distinguish experimentally between an alcohol and a carboxylic acid?

Show Answer

Answer

We can distinguish between an alcohol and a carboxylic acid on the basis of their reaction with carbonates and hydrogen carbonates. Acid reacts with carbonate and hydrogen carbonate to evolve $CO 2$ gas that turns lime water milky.

Metal Carbonate/ Metal Hydrogencarbonate + Carboxylic acid

$ \begin{gathered} \downarrow \\ \text{ Salt }+ \text{ Water }+ \text{ Carbon dioxide } \end{gathered} $

Alcohols, on the other hand, do not react with carbonates and hydrogen carbonates.

2. What are oxidising agents?

Show Answer

Answer

Oxidizing agent:

An oxidizing agent is a substance that oxidizes other substances involved in the reaction by gaining or accepting electrons from them.
It is also referred to as an oxidizer or oxidant.
Common examples of oxidizing agents are oxygen ( $\mathrm{O}_2$ ), hydrogen peroxide $\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2\right)$, and halogens (chlorine $(\mathrm{Cl})$, fluorine $(\mathrm{F})$, etc.).

4.5 SOAPS AND DETERGENTS

Activity 4.10

Take about $10 mL$ of water each in two test tubes.

Add a drop of oil (cooking oil) to both the test tubes and label them as A and B.

To test tube B, add a few drops of soap solution.

Now shake both the test tubes vigourously for the same period of time.

Can you see the oil and water layers separately in both the test tubes immediately after you stop shaking them?

Leave the test tubes undisturbed for some time and observe. Does the oil layer separate out? In which test tube does this happen first?

Figure 4.12 Formation of micelles

This activity demonstrates the effect of soap in cleaning. Most dirt is oily in nature and as you know, oil does not dissolve in water. The molecules of soap are sodium or potassium salts of long-chain carboxylic acids. The ionic-end of soap interacts with water while the carbon chain interacts with oil. The soap molecules, thus form structures called micelles (see Fig. 4.12) where one end of the molecules is towards the oil droplet while the ionic-end faces outside. This forms an emulsion in water. The soap micelle thus helps in pulling out the dirt in water and we can wash our clothes clean (Fig. 4.13).

Can you draw the structure of the micelle that would be formed if you dissolve soap in a hydrocarbon?

More to Know!

Micelles

Soaps are molecules in which the two ends have differing properties, one is hydrophilic, that is, it interacts with water, while the other end is hydrophobic, that is, it interacts with hydrocarbons. When soap is at the surface of water, the hydrophobic ‘tail’ of soap will not be soluble in water and the soap will align along the surface of water with the ionic end in water and the hydrocarbon ‘tail’ protruding out of water.

Figure 4.13 Effect of soap in cleaning

Inside water, these molecules have a unique orientation that keeps the hydrocarbon portion out of the water. Thus,clusters of molecules in which the hydrophobic tails are in the interior of the cluster and the ionic ends are on the surface of the cluster. This formation is called a micelle. Soap in the form of a micelle is able to clean, since the oily dirt will be collected in the centre of the micelle. The micelles stay in solution as a colloid and will not come together to precipitate because of ion-ion repulsion. Thus, the dirt suspended in the micelles is also easily rinsed away. The soap micelles are large enough to scatter light. Hence a soap solution appears cloudy.

Activity 4.11

Take about $10 mL$ of distilled water (or rain water) and $10 mL$ of hard water (from a tubewell or hand-pump) in separate test tubes.

Add a couple of drops of soap solution to both.

Shake the test tubes vigorously for an equal period of time and observe the amount of foam formed.

In which test tube do you get more foam?

In which test tube do you observe a white curdy precipitate? Note for the teacher: If hard water is not available in your locality, prepare some hard water by dissolving >hydrogencarbonates/ sulphates/chlorides of calcium or magnesium in water.

Activity 4.12

Take two test tubes with about $10 mL$ of hard water in each.

Add five drops of soap solution to one and five drops of detergent solution to the other.

Shake both test tubes for the same period.

Do both test tubes have the same amount of foam?

In which test tube is a curdy solid formed?

Have you ever observed while bathing that foam is formed with difficulty and an insoluble substance (scum) remains after washing with water? This is caused by the reaction of soap with the calcium and magnesium salts, which cause the hardness of water. Hence you need to use a larger amount of soap. This problem is overcome by using another class of compounds called detergents as cleansing agents. Detergents are generally sodium salts of sulphonic acids or ammonium salts with chlorides or bromides ions, etc. Both have long hydrocarbon chain. The charged ends of these compounds do not form insoluble precipitates with the calcium and magnesium ions in hard water. Thus, they remain effective in hard water. Detergents are usually used to make shampoos and products for cleaning clothes.

Questions

1. Would you be able to check if water is hard by using a detergent?

Show Answer

Answer

Detergents are ammonium or sulphonate salts of long chain carboxylic acids. Unlike soap, they do not react with calcium and magnesium ions present in hard water to form scum. They give a good amount of lather irrespective of whether the water is hard or soft. This means that detergents can be used in both soft and hard water. Therefore, it cannot be used to check whether the water is hard or not.

2. People use a variety of methods to wash clothes. Usually after adding the soap, they ‘beat’ the clothes on a stone, or beat it with a paddle, scrub with a brush or the mixture is agitated in a washing machine. Why is agitation necessary to get clean clothes?

Show Answer

Answer

A soap molecule has two parts namely hydrophobic and hydrophilic. With the help of these, it attaches to the grease or dirt particle and forms a cluster called micelle. These micelles remain suspended as a colloid. To remove these micelles (entrapping the dirt), it is necessary to agitate clothes.

What you have learnt

Carbon is a versatile element that forms the basis for all living organisms and many of the things we use.
This large variety of compounds is formed by carbon because of its tetravalency and the property of catenation that it exhibits.
Covalent bonds are formed by the sharing of electrons between two atoms so that both can achieve a completely filled outermost shell.
Carbon forms covalent bonds with itself and other elements such as hydrogen, oxygen, sulphur, nitrogen and chlorine.
Carbon also forms compounds containing double and triple bonds between carbon atoms. These carbon chains may be in the form of straight chains, branched chains or rings.
The ability of carbon to form chains gives rise to a homologous series of compounds in which the same functional group is attached to carbon chains of different lengths.
The functional groups such as alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids bestow characteristic properties to the carbon compounds that contain them.
Carbon and its compounds are some of our major sources of fuels.
Ethanol and ethanoic acid are carbon compounds of importance in our daily lives.
The action of soaps and detergents is based on the presence of both hydrophobic and hydrophilic groups in the molecule and this helps to emulsify the oily dirt and hence its removal.

EXERCISES

1. Ethane, with the molecular formula $C_2 H_6$ has

(a) 6 covalent bonds.

(b) 7 covalent bonds.

(d) 9 covalent bonds.

Show Answer

Answer

(b) Ethane has 7 covalent bonds.

2. Butanone is a four-carbon compound with the functional group

(a) carboxylic acid.

(b) aldehyde.

(d) alcohol.

Show Answer

Answer

3. While cooking, if the bottom of the vessel is getting blackened on the outside, it means that

(a) the food is not cooked completely.

(b) the fuel is not burning completely.

(d) the fuel is burning completely.

Show Answer

Answer

(b) While cooking, if the bottom of the vessel is getting blackened on the outside, then it means that the fuel is not burning completely.

4. Explain the nature of the covalent bond using the bond formation in $CH_3 Cl$.

Show Answer

Answer

Carbon can neither lose four of its electrons nor gain four electrons as both the processes require extra amount of energy and would make the system unstable. Therefore, it completes its octet by sharing its four electrons with other carbon atoms or with atoms of other elements. The bonds that are formed by sharing electrons are known as covalent bonds. In covalent bonding, both the atoms share the valence electrons, i.e., the shared electrons belong to the valence shells of both the atoms.

Here, carbon requires 4 electrons to complete its octet, while each hydrogen atom requires one electron to complete its duplet. Also, chlorine requires an electron to complete the octet. Therefore, all of these share the electrons and as a result, carbon forms 3 bonds with hydrogen and one with chlorine.

5. Draw the electron dot structures for

(a) ethanoic acid.

(b) $H_2 S$.

(d) $F_2$.

Show Answer

Answer

(a) Ethanoic acid

(b) H2 S

(d) F2

6. What is an homologous series? Explain with an example.

Show Answer

Answer

A homologous series is a series of carbon compounds that have different numbers of carbon atoms but contain the same functional group.

For example, methane, ethane, propane, butane, etc. are all part of the alkane homologous series. The general formula of this series is $CnH 2 n+2$.

Methane $CH_4$

Ethane $CH_3CH_3$

Propane $CH_3CH_2 CH_3$

Butane $CH_3 CH_2 CH_2 C_3$

It can be noticed that there is a difference of - $CH_2$ unit between each successive compound.

7. How can ethanol and ethanoic acid be differentiated on the basis of their physical and chemical properties?

Show Answer

Answer

Ethanol is a liquid at room temperature with a pleasant odour while ethanoic acid has vinegar-like smell. The melting point of ethanoic acid is $17^{\circ} C$. This is below room temperature and hence, it freezes during winters.
Ethanoic acid reacts with metal carbonates and metal hydrogencarbonates to form salt, water, and carbon dioxide gas while ethanol does not react with them.

Metal Carbonates/Metal Hydrogencarbonates + Carboxylic acid $\longrightarrow \text{ Salt }+ \text{ Water }+ \text{ Carbon dioxide } $

For example,

$ 2 CH_3 COOH+Na_2 CO_3 \longrightarrow 2 CH_3 COONa+H_2 O+CO_2 $

Metal Carbonates/Metal Hydrogencarbonates + Alcohols $\longrightarrow$ No reaction

For example,

$ CH_3 CH_2 OH+Na_2 CO_3 \longrightarrow \text{ No reaction } $

8. Why does micelle formation take place when soap is added to water? Will a micelle be formed in other solvents such as ethanol also?

Show Answer

Answer

A soap is a sodium or potassium salt of long chain fatty acids. It has one polar end and one non-polar end. The polar end is hydrophilic in nature i.e., this end is attracted towards water. The non-polar end is hydrophobic but lipophilic, i.e., it is attracted towards hydrocarbons. When soap is added to water, soap molecules arrange themselves in a cluster to keep the non-polar portion out of water such that the non-polar ends are in the interior of the cluster and the polar ends are on the surface of the cluster. Since the dirt present on clothes is organic in nature and insoluble in water, the hydrophobic ends of the clusters attach themselves to the dirt. This cluster formation in which the dirt is entrapped is the micelle.

Micelle formation does not occur in alcohol because the alkyl chain of soap becomes soluble in alcohol.

9. Why are carbon and its compounds used as fuels for most applications?

Show Answer

Answer

Most of the carbon compounds give a lot of heat and light when burnt in air. Saturated hydrocarbons burn with a clean flame and no smoke is produced. The carbon compounds, used as a fuel, have high calorific values. Therefore, carbon and its compounds are used as fuels for most applications.

10. Explain the formation of scum when hard water is treated with soap.

Show Answer

Answer

Soap does not work properly when the water is hard. A soap is a sodium or potassium salt of long chain fatty acids. Hard water contains salts of calcium and magnesium. When soap is added to hard water, calcium and magnesium ions present in water displace sodium or potassium ions from the soap molecules forming an insoluble substance called scum. A lot of soap is wasted in the process.

11. What change will you observe if you test soap with litmus paper (red and blue)?

Show Answer

Answer

Since soap is basic in nature, it will turn red litmus blue. However, the colour of blue litmus will remain blue.

12. What is hydrogenation? What is its industrial application?

Show Answer

Answer

Hydrogenation is the process of addition of hydrogen. Unsaturated hydrocarbons are added with hydrogen in the presence of palladium and nickel catalysts to give saturated hydrocarbons.

This reaction is applied in the hydrogenation of vegetables oils, which contain long chains of unsaturated carbons.

13. Which of the following hydrocarbons undergo addition reactions: $C_2 H_6, C_3 H_8, C_3 H_6, C_2 H_2$ and $CH_4$.

Show Answer

Answer

Unsaturated hydrocarbons undergo addition reactions. Being unsaturated hydrocarbons, $C_3H_6$and $C_2H_2$ undergo addition reactions.

14. Give a test that can be used to differentiate between saturated and unsaturated hydrocarbons.

Show Answer

Answer

Butter contains saturated fats. Therefore, it cannot be hydrogenated. On the other hand, oil has unsaturated fats. That is why it can be hydrogenated to saturated fats (solids).

15. Explain the mechanism of the cleaning action of soaps.

Show Answer

Answer

Cleansing action of soaps:

The dirt present on clothes is organic in nature and insoluble in water. Therefore, it cannot be removed by only washing with water. When soap is dissolved in water, its hydrophobic ends attach themselves to the dirt and remove it from the cloth. Then, the molecules of soap arrange themselves in micelle formation and trap the dirt at the centre of the cluster. These micelles remain suspended in the water. Hence, the dust particles are easily rinsed away by water.

Group Activity

(I) Use molecular model kits to make models of the compounds you have learnt in this Chapter.

(II) Take about $20 mL$ of castor oil/cotton seed oil/linseed oil/soyabean oil in a beaker. Add $30 mL$ of $20 %$ sodium hydroxide solution. Heat the mixture with continuous stirring for a few minutes till the mixture thickens. Add 5-10 g of common salt to this. Stir the mixture well and allow it to cool.

You can cut out the soap in fancy shapes. You can also add perfume to the soap before it sets.

पिछले अध्याय में हमने अनेक ऐसे यौगिकों का अध्ययन किया है, जो हमारे लिए महत्वपूर्ण हैं। इस अध्याय में हम कुछ अन्य रोचक यौगिकों एवं उनके गुणधर्मों के बारे में पढ़ेंगे। यहाँ हम एक तत्व के रूप में कार्बन का भी अध्ययन करेंगे, जिसका हमारे लिए तात्विक एवं संयुक्त दोनों रूपों में अत्यधिक महत्त्व होता है।

क्रियाकलाप 4.1

सुबह से आपने जिन वस्तुओं का उपयोग अथवा उपभोग किया हो, उनमें से दस वस्तुओं की सूची बनाइए।

इस सूची को अपने सहपाठियों द्वारा बनाई सूची के साथ मिलाइए तथा सभी वस्तुओं को साथ में दी गई सारणी में वर्गीकृत कीजिए।

एक से अधिक सामग्रियों से बनी वस्तुओं को सारणी के उपयुक्त स्तम्भों में रखिए।

धातु से बनी वस्तुएँ	काँच अथवा मिट्टी से बनी वस्तुएँ	अन्य

आपके द्वारा भरी गई उपरोक्त सारणी के अंतिम स्तंभ में आने वाली वस्तुओं पर ध्यान दीजिए। आपके शिक्षक आपको बताएँगे कि इनमें से अधिकांश वस्तुएँ कार्बन के यौगिकों से बनी हैं। इसका परीक्षण करने के लिए क्या आप कोई विधि सोच सकते हैं? कार्बन से युक्त यौगिक को जलाने पर क्या उत्पाद मिलेगा? क्या आप इसकी पुष्टि करने वाले किसी परीक्षण को जानते हैं?

आपके द्वारा सूचीबद्ध की गई भोजन, कपड़े, दवाओं, पुस्तकों आदि अनेक वस्तुएँ इस सर्वतोमुखी तत्व कार्बन पर आधारित होती हैं। इनके अतिरिक्त, सभी सजीव संरचनाएँ कार्बन पर आधारित होती हैं। भूपर्पटी तथा वायुमंडल में अत्यंत अल्प मात्रा में कार्बन उपस्थित है। भूपर्पटी में खनिजों (जैसे- कार्बोनेट, हाइड्रोजनकार्बोनेट, कोयला एवं पेट्रोलियम) के रूप में केवल $0.02 %$ कार्बन उपस्थित है तथा वायुमंडल में $0.03 %$ कार्बन डाइऑक्साइड उपस्थित है। प्रकृति में इतनी अल्प मात्रा में कार्बन उपस्थित होने के बावजूद कार्बन का अत्यधिक महत्त्व है। इस अध्याय में हम कार्बन के इन गुणों का अध्ययन करेंगे, जिनके कारण कार्बन इतना महत्वपूर्ण है।

4.1 कार्बन में आबंधन-सहसंयोजी आबंध

पिछले अध्याय में हमने आयनिक यौगिकों के गुणधर्मों का अध्ययन किया। हमने देखा कि आयनिक यौगिकों के गलनांक एवं क्वथनांक उच्च होते हैं तथा ये विलयन में अथवा गलित अवस्था में विद्युत चालन करते हैं। हमने देखा कि आयनिक यौगिकों में आबंधन की प्रकृति इन गुणधर्मों की व्याख्या करती है।

जैसा कि हमने अध्याय 2 में देखा, अधिकांश कार्बन यौगिक अच्छे विद्युत चालक नहीं होते हैं। उपरोक्त यौगिकों के क्वथनांक एवं गलनांकों जो कि आयनिक यौगिकों के क्वथनांक तथा गलनांक की तुलना में काफ़ी कम है। अध्याय 3 के आँकड़ों (सारणी 4.1) के आधार पर हम इस निष्कर्ष पर पहुँच सकते हैं कि इन परमाणुओं के बीच प्रबल आकर्षण बल नहीं है। चूँकि, ये यौगिक अधिकांशतः विद्युत के कुचालक होते हैं, अतः हम इस निष्कर्ष पर पहुँच सकते हैं कि इन यौगिकों के आबंधन से किसी आयन की उत्पत्ति नहीं होती है।

सारणी 4.1 कार्बन के कुछ यौगिकों कि गलनांक एवं क्वथनांक

यौगिक	गलनांक $(\mathbf{K})$	क्वथनांक $(\mathbf{K})$
एसीटिक एसिड $\left(\mathrm{CH} _{3} \mathrm{COOH}\right)$	290	391
क्लोरोफॉर्म $\left(\mathrm{CHCl} _{3}\right)$	209	334
एथेनॉल $\left(\mathrm{CH} _{3} \mathrm{CH} _{2} \mathrm{OH}\right)$	156	351
मेथेन $\left(\mathrm{CH} _{4}\right)$	90	111

कक्षा 9 में हमने विभिन्न तत्वों की संयोजन क्षमता, संयोजकता तथा इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर इनकी निर्भरता के बारे में अध्ययन किया। अब हम कार्बन के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के बारे में अध्ययन करेंगे। कार्बन की परमाणु संख्या 6 है। कार्बन के विभिन्न कक्षों में इलेक्ट्रॉनों का वितरण कैसे होगा? कार्बन में कितने संयोजकता इलेक्ट्रॉन होंगे?

हम जानते हैं कि बाहरी कोश को पूरी तरह से भर देने अर्थात उत्कृष्ट गैस विन्यास को प्राप्त करने की प्रवृत्ति के आधार पर तत्वों की अभिक्रियाशीलता समझाई जाती है। आयनिक यौगिक बनाने वाले तत्व सबसे बाहरी कोश से इलेक्ट्रॉन प्राप्त करके या उनका ह्रास करके इसे प्राप्त करते हैं। कार्बन के सबसे बाहरी कोश में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं तथा उत्कृष्ट गैस विन्यास को प्राप्त करने के लिए इसको चार इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने या खोने की आवश्यकता होती है। यदि इन्हें इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करना या खोना हो तो-

(i) ये चार इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर $\mathrm{C}^{4}$ ॠणायन बना सकता है, लेकिन छः प्रोटॉन वाले नाभिक के लिए दस इलेक्ट्रॉन अर्थात चार अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन धारण करना मुश्किल हो सकता है।

(ii) ये चार इलेक्ट्रॉन खो कर $\mathrm{C}^{4+}$ धनायन बना सकता है, लेकिन चार इलेक्ट्रॉनों को खो कर छ: प्रोटॉन वाले नाभिक में केवल दो इलेक्ट्रॉनों का कार्बन धनायन बनाने के लिए अत्यधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी।

कार्बन अपने अन्य परमाणुओं अथवा अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करके इस समस्या को सुलझा लेता है। केवल कार्बन ही नहीं बल्कि अनेक अन्य तत्व भी इसी प्रकार इलेक्ट्रॉन की साझेदारी करके अणुओं का निर्माण करते हैं। जिन इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी की जाती है, वे दोनों परमाणुओं के बाहरी कोश के ही होते हैं, तथा इनके फलस्वरूप दोनों ही परमाणु उत्कृष्ट गैस विन्यास की स्थिति को प्राप्त करते हैं। कार्बन के यौगिकों की चर्चा करने से पहले इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी से बने कुछ सामान्य अणुओं को समझते हैं।

इस तरह से बने अणुओं में सबसे सामान्य अणु हाइड्रोजन का है। जैसा कि आपने पहले अध्ययन किया है, हाइड्रोजन की परमाणु संख्या 1 है। अतः इसके $\mathrm{K}$ कोश में एक इलेक्ट्रॉन है तथा $\mathrm{K}$ कोश को भरने के लिए इसको एक और इलेक्ट्रॉन की आवश्यकता होती है। इसलिए हाइड्रोजन के दो परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करके हाइड्रोजन का अणु, $\mathrm{H} _{2}$ बनाते हैं। परिणामस्वरूप हाइड्रोजन का प्रत्येक अणु अपने निकटतम उत्कृष्ट गैस, हीलियम के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को प्राप्त करता है, जिसके $\mathrm{K}$ कोश में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। संयोजकता इलेक्ट्रॉन दर्शाने के लिए हम बिंदुओं अथवा क्रॉस (चित्र 4.1) का उपयोग कर सकते हैं।

चित्र 4.1 साझेदारी के हाइड्रोजन का एक अणु

इलेक्ट्रॉन के सहभागी युग्म हाइड्रोजन के दो परमाणुओं के बीच सहसंयोजी एक आबंध बनाते हैं। इस आबंध को दो परमाणुओं के बीच एक रेखा के द्वारा भी व्यक्त किया जाता है, जैसा कि चित्र 4.2 में दिखाया गया है।

चित्र 4.2 हाइड्रोजन के दो परमाणुओं के बीच एकल बंध

क्लोरीन की परमाणु संख्या 17 है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास तथा संयोजकता क्या होगी? क्लोरीन द्विपरमाणुक अणु, $\mathrm{Cl} _{2}$ बनाती है। क्या आप इस अणु की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना बना सकते हैं? याद रखिए कि केवल संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉन को ही चित्रित करने की आवश्यकता होती है।

ऑक्सीजन के दो परमाणुओं के बीच द्विआबंध का बनना दिखाई देता है। ऐसा इसलिए होता है, क्योंकि ऑक्सीजन के परमाणु के $\mathrm{L}$ कोश में छ: इलेक्ट्रॉन होते हैं (ऑक्सीजन की परमाणु संख्या आठ है।) तथा इसे अष्टक पूरा करने के लिए दो और इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है। अतः ऑक्सीजन का प्रत्येक परमाणु ऑक्सीजन के अन्य परमाणु के साथ दो इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करता है, जिससे हमें चित्र 4.3 के अनुसार संरचना प्राप्त होती है। ऑक्सीजन के प्रत्येक परमाणु के द्वारा प्रदान किए गए दो इलेक्ट्रॉनों से इलेक्ट्रॉनों के दो सहभागी युग्म प्राप्त होते हैं। इसे दो परमाणुओं के बीच द्विआबंध बनना कहते हैं।

चित्र 4.3 ऑक्सीजन के दो परमाणुओं के बीच दोहरा बंध

क्या अब आप जल के अणु को चित्रित कर सकते हैं, जिसमें ऑक्सीजन के एक परमाणु एवं हाइड्रोजन के दो परमाणुओं के बीच आबंधन की प्रकृति को दर्शाया गया हो? इस अणु में एक आबंध है, अथवा द्विआबंध?

नाइट्रोजन के द्विपरमाणुक अणु में कैसा आबंध होगा? नाइट्रोजन की परमाणु संख्या 7 है। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास एवं संयोजन क्षमता क्या होगी? अष्टक प्राप्त करने के लिए नाइट्रोजन के एक अणु में नाइट्रोजन का प्रत्येक परमाणु तीन इलेक्ट्रॉन देता है, जिससे इलेक्ट्रॉन के तीन सहभागी युग्म प्राप्त होते हैं। इसे दो परमाणुओं के बीच त्रिआबंध का बनना कहा जाता है। $\mathrm{N} _{2}$ की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना तथा इसके त्रिआबंध को चित्र 4.4 के अनुसार दर्शाया जा सकता है।

चित्र 4.4 नाइट्रोजन के दो परमाणुओं के बीच त्रिआबंध

अमोनिया के अणु का सूत्र $\mathrm{NH} _{3}$ है। क्या आप इस अणु की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना को चित्रित कर सकते हैं, जिसमें यह दर्शाया गया हो कि कैसे सभी चार परमाणुओं को उत्कृष्ट गैस विन्यास की स्थिति प्राप्त हुई? इन अणुओं में एक, द्वि अथवा त्रि कौन सा आबंध होगा?

अब हम मेथेन को देखते हैं, जो कार्बन का यौगिक है। ईंधन के रूप में मेथेन का अधिकाधिक उपयोग होता है तथा यह बायोगैस एवं संपीडित प्राकृतिक गैस $(\mathrm{CNG})$ का प्रमुख घटक है। यह कार्बन के सर्वाधिक सरल यौगिकों में से एक है। मेथेन का सूत्र $\mathrm{CH} _{4}$ है। जैसा कि आप जानते हैं, हाइड्रोजन की संयोजकता 1 है। कार्बन चतुःसंयोजक है, क्योंकि इसमें चार संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं। उत्कृष्ट गैस विन्यास की स्थिति को प्राप्त करने के लिए कार्बन इन इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी हाइड्रोजन के चार परमाणुओं के साथ करता है, जैसा कि चित्र 4.5 में दिखाया गया है।

चित्र 4.5 मेथेन की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना

इस प्रकार दो परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन के एक युग्म की साझेदारी के द्वारा बनने वाले आबंध सहसंयोजी आबंध कहलाते हैं। सहसंयोजी आबंध वाले अणुओं में भीतर तो प्रबल आबंध होता है, लेकिन इनका अंतराअणुक बल दुर्वल होता है। फलस्वरूप इन यौगिकों के क्वथनांक एवं गलनांक कम होते हैं। चूँकि, परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी होती है और आवेशित कण बनते हैं; सामान्यतः ऐसे सहसंयोजी यौगिक विद्युत के कुचालक होते हैं।

क्या आप जानते हैं?

कार्बन के अपररूप

प्रकृति में कार्बन तत्व अनेक विभिन्न भौतिक गुणों के साथ विविध रूपों में पाया जाता है। हीरा एवं ग्रेफ़ाइट दोनों ही कार्बन के परमाणुओं से बने हैं, कार्बन के परमाणुओं के परस्पर आबंधन के >तरीकों के आधार पर ही इनमें अंतर होता है। हीरे में कार्बन का प्रत्येक परमाणु कार्बन के चार अन्य परमाणुओं के साथ आबंधित होता है, जिससे एक दृढ़ त्रिआयामी संरचना बनती है। ग्रेफ़ाइट में कार्बन >के प्रत्येक परमाणु का आबंधन कार्बन के तीन अन्य परमाणुओं के साथ एक ही तल पर होता है, जिससे षट्कोणीय व्यूह मिलता है। इनमें से एक आबंध द्विआबंधी होता है, जिसके कारण कार्बन की संयोजकता पूर्ण >होती है। ग्रेफ़ाइट की संरचना में षट्कोणीय तल एक-दूसरे के ऊपर व्यवस्थित होते हैं।

हीरे की संरचना

ग्रेफ़ाइट की संरचना

C-60 बकमिंसटफुलेरीन की संरचना

इन दो विभिन्न संरचनाओं के कारण हीरे एवं ग्रेफ़ाइट के भौतिक गुणधर्म अत्यँत भिन्न होते हैं, जबकि उनके रासायनिक गुणधर्म एकसमान होते हैं। हीरा अब तक का ज्ञात सर्वाधिक कठोर पदार्थ है, जबकि ग्रेफ़ाइट चिकना तथा फिसलनशील होता है। पिछले अध्याय में आपने जिन अधातुओं के बारे में अध्ययन किया, उनके विपरीत ग्रेफ़ाइट विद्युत का सुचालक होता है।

शुद्ध कार्बन को अत्यधिक उच्च दाब एवं ताप पर उपचारित (subjecting) करके हीरे को संश्लेषित किया जा सकता है। ये संश्लिष्ट हीरे आकार में छोटे होते हैं, लेकिन अन्यथा ये प्राकृतिक हीरों से अभेदनीय होते हैं।

फुलेरीन कार्बन अपररूप का अन्य वर्ग है। सबसे पहले C-60 की पहचान की गई, जिसमें कार्बन के परमाणु फुटबॉल के रूप में व्यवस्थित होते हैं। चूँकि, यह अमेरिकी आर्किटेक्ट बकमिंसटर फ़ुलर (Buckminster Fuller) द्वारा डिज़ाइन किए गए जियोडेसिक गुंबद के समान लगते हैं, इसीलिए, इस अणु को फुलेरीन नाम दिया गया।

प्रश्न

1. $\mathrm{CO} _{2}$ सूत्र वाले कार्बन डाइऑक्साइड की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना क्या होगी?

Show Answer

#missing

2. सल्फ़र के आठ परमाणुओं से बने सल्फ़र के अणु की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना क्या होगी? (संकेतसल्फ़र के आठ परमाणु एक अँगूठी के रूप में आपस में जुड़े होते हैं।)

Show Answer

#missing

4.2 कार्बन की सर्वतोमुखी प्रकृति

विभिन्न तत्वों एवं यौगिकों में हमने इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी द्वारा सहसंयोजी आबंध का निर्माण देखा। हमने सरल कार्बन यौगिक, मेथेन की संरचना भी देखी। अध्याय के आरंभ में हमने देखा कि कितनी वस्तुओं में कार्बन पाया जाता है। वस्तुतः हम स्वयं भी कार्बन के यौगिकों से बने हुए हैं। हाल ही में रसायनशास्त्रियों द्वारा सूत्र सहित ज्ञात कार्बन यौगिकों की गणना की गई है, जो लगभग कई मिलियन आँकी गई है। अन्य सभी तत्वों के यौगिकों को एक साथ रखने पर भी इनकी संख्या उन सबसे कहीं अधिक है। ऐसा क्यों है कि यह गुणधर्म केवल कार्बन में ही मिलता है किसी और तत्व में नहीं? सहसंयोजी बंध की प्रकृति के कारण कार्बन में बड़ी संख्या में यौगिक बनाने की क्षमता होती है। कार्बन में दो कारक देखे गए हैं-

(i) कार्बन में कार्बन के ही अन्य परमाणुओं के साथ आबंध बनाने की अद्वितीय क्षमता होती है, जिससे बड़ी संख्या मे अणु बनते हैं। इस गुण को शृंखलन (catenation) कहते हैं। इन यौगिकों में कार्बन की लंबी शृंखला, कार्बन की विभिन्न शाखाओं वाली शृंखला अथवा वलय में व्यवस्थित कार्बन भी पाए जाते हैं। साथ ही कार्बन के परमाणु एक, द्वि अथवा त्रि आबंध से जुड़े हो सकते हैं। कार्बन परमाणुओं के बीच केवल एक आबंध से जुड़े कार्बन के यौगिक संतृप्त यौगिक कहलाते हैं। द्वि अथवा त्रि-आबंध वाले कार्बन के यौगिक असंतृप्त यौगिक कहलाते हैं। कार्बन यौगिकों में जिस सीमा तक शृंखलन का गुण पाया जाता है वह किसी और तत्व में नहीं मिलता है। सिलिकॉन हाइड्रोजन के साथ यौगिक बनाते हैं, जिनमें सात या आठ परमाणुओं तक की भृंखला हो सकती है, लेकिन यह यौगिक अति अभिक्रियाशील होते हैं। कार्बन-कार्बन आबंध अत्यधिक प्रबल होता है, अतः यह स्थायी होता है। फलस्वरूप अनेक कार्बन परमाणुओं के साथ आपस में जुड़े हुए अनेक यौगिक प्राप्त होते हैं।

(ii) चूँकि, कार्बन की संयोजकता चार होती है, अतः इसमें कार्बन के चार अन्य परमाणुओं अथवा कुछ अन्य एक संयोजक तत्वों के परमाणुओं के साथ आबंधन की क्षमता होती है। ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फ़र, क्लोरीन तथा अनेक अन्य तत्वों के साथ कार्बन के यौगिक बनते हैं, फलस्वरूप ऐसे विशेष गुण वाले यौगिक बनते हैं, जो अणु में कार्बन के अतिरिक्त उपस्थित तत्व पर निर्भर करते हैं।

अधिकतर अन्य तत्वों के साथ कार्बन द्वारा बनाए गए आबंध अत्यंत प्रबल होते हैं, जिनके फलस्वरूप ये यौगिक अतिशय रूप में स्थायी होते हैं। कार्बन द्वारा प्रबल आबंधों के निर्माण का एक कारण, इसका छोटा आकार भी है। इसके कारण इलेक्ट्रॉन के सहभागी युग्मों को नाभिक मज़बूती से पकड़े रहता है। बड़े परमाणुओं वाले तत्वों से बने आबंध तुलना में अत्यंत दुर्बल होते हैं।

क्या आप जानते हैं?

कार्बनिक यौगिक

कार्बन में पाए जाने वाले दो विशिष्ट लक्षणों, चतु:संयोजकता और श्रंखलन से बड़ी संख्या में यौगिकों का निर्माण होता है। अनेक यौगिकों के अकार्बनिक परमाणु अथवा परमाणु के समूह विभिन्न कार्बन श्रंखलाओं से जुड़े होते हैं। मूल रूप से इन यौगिकों को प्राकृतिक पदार्थों से प्राप्त किया गया था तथा यह समझा गया था कि ये कार्बन यौगिक अथवा कार्बनिक यौगिक केवल सजीवों में ही निर्मित हो सकते हैं। अर्थात, यह माना गया कि उनके संश्लेषण के लिए एक ‘जीवन शक्ति’ आवश्यक थी। 1828 में फ्रेडरिक वोहलर (Friedrich Wöhler) ने अमोनियम सायनेट से यूरिया बनाकर इसे असत्य प्रमाणित किया, लेकिन कार्बाईड, कार्बोनेट तथा बाइकार्बोनेट लवणों के अतिरिक्त सभी कार्बन यौगिकों का अध्ययन अभी भी कार्बनिक रसायन के अंतर्गत होता है।

4.2.1 संतृप्त एवं असंतृप्त कार्बन यौगिक

मेथेन की संरचना हम पहले ही समझ चुके हैं। कार्बन एवं हाइड्रोजन से बनने वाला अन्य यौगिक एथेन है, जिसका सूत्र $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{6}$ है। सरल कार्बन यौगिकों की संरचना प्राप्त करने के लिए सबसे पहले कार्बन के परमाणुओं को एक आबंध के द्वारा आपस में जोड़ा जाता है तथा फिर कार्बन की शेष संयोजकता को संतुष्ट करने के लिए हाइड्रोजन के परमाणुओं का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए- निम्नलिखित चरणों में एथेन की संरचना को प्राप्त किया जाता है-

$ C-C \qquad $ चरण 1

चित्र 4.6 (a) एक आबंध के द्वारा जुड़े कार्बन परमाणु

प्रत्येक कार्बन परमाणु की तीन संयोजकता असंतुष्ट रहती है, अतः प्रत्येक का आबंध तीन हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ किया जाता है, जिससे निम्नलिखित प्राप्त होता है-

$H-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}} - H \qquad $ चरण 2

चित्र 4.6 (b) तीन हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़े प्रत्येक कार्बन परमाणु

एथेन की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना को चित्र 4.6 (c) में दर्शाया गया है।

चित्र 4.6 (c) एथेन की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना

क्या आप इसी प्रकार प्रोपेन की संरचना चित्रित कर सकते हैं, जिसका आणविक सूत्र $\mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{8}$ होता है? आप देखेंगे कि सभी परमाणुओं की संयोजकता उनके बीच बने एक आबंध से संतुष्ट होती है। ऐसे यौगिकों को संतृप्त यौगिक कहते हैं। सामान्यतः ये यौगिक अधिक अभिक्रियाशील नहीं होते।

किंतु कार्बन एवं हाइड्रोजन के एक अन्य यौगिक का सूत्र $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{4}$ है, जिसे एथीन कहते हैं। इस अणु को कैसे चित्रित कर सकते हैं? हम पहले जैसी चरणबद्ध विधि अपनाएँगे।

एक आबंध के द्वारा जुड़े कार्बन परमाणु (चरण 1)

हम देखते हैं कि प्रति कार्बन परमाणु की एक संयोजकता (चरण 2) असंतुष्ट रहती है। इसको तभी संतुष्ट किया जा सकता है, जब दो कार्बनों के बीच द्विआबंध (चरण 3) हो जिससे हमें निम्नलिखित प्राप्त हो:

चित्र 4.7 में एथीन की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना दी गई है।

चित्र 4.7 एथीन की संरचना

हाइड्रोजन एवं कार्बन के एक अन्य यौगिक का सूत्र $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{2}$ है, जिसे एथाइन कहते हैं। क्या आप एथाइन की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना का चित्रण कर सकते हैं? इनकी संयोजकता को संतुष्ट करने के लिए दो कार्बन परमाणुओं के बीच कितने आबंध आवश्यक हैं? कार्बन परमाणुओं के बीच इस प्रकार द्वि या त्रि-आबंध वाले कार्बन यौगिकों को कार्बन यौगिक कहते हैं तथा ये संत्पप्त कार्बन यौगिकों की तुलना में अधिक अभिक्रियाशील होते हैं।

4.2.2 श्रंखलाएँ, शाखाएँ एवं वलय

पिछले खंड में हमने क्रमशः 1,2 तथा 3 कार्बन परमाणुओं वाले कार्बन यौगिकों मेथेन, एथेन तथा प्रोपेन की चर्चा की। कार्बन परमाणुओं की इस प्रकार की श्रंखलाओं में दसों कार्बन परमाणु हो सकते हैं। इनमें से छ: के नाम तथा संरचना सारणी 4.2 में दिए गए हैं।

सारणी 4.2 कार्बन तथा हाइड्रोजन के संतृप्त यौगिकों के सूत्र तथा संरचनाएँ

किंतु आइए, हम ब्यूटेन पर पुनर्विचार करें। यदि हम चार कार्बन परमाणुओं से कार्बन ‘कंकाल’ बनाएँ तो हमें पता चलता है कि दो विभिन्न ‘कंकाल’ बन सकते हैं-

चित्र 4.8 (a) दो संभावित कार्बन कंकाल

शेष संयोजकता के स्थान पर हाइड्रोजन भरने से हमें निम्नलिखित प्राप्त होता है-

चित्र 4.8 (b) $\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{10}$ सूत्र से दो संरचनाओं के लिए संपूर्ण अणु

हम देखते हैं कि इन दोनों संरचनाओं में एक ही सूत्र $\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{10}$ है। समान आणविक सूत्र, लेकिन विभिन्न संरचाओं वाले ऐसे यौगिक संरचनात्मक समावयन कहलाते हैं।

सीधी तथा शाखाओं वाली कार्बन श्रंखलाओं के अतिरिक्त कुछ यौगिकों में कार्बन के परमाणु वलय के आकार में व्यवस्थित होते हैं, जैसे— साइक्लोहेक्सेन का सूत्र $\mathrm{C} _{6} \mathrm{H} _{12}$ है तथा उसकी संरचना निम्नलिखित है-

(a)

(b)

चित्र 4.9 साइक्लोहेक्सेन की संरचना (a) कार्बन कंकाल (b) संपूर्ण अणु

क्या आप साइक्लोहेक्सेन की इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना को चित्रित कर सकते हैं? सीधी श्रंखला, शाखित श्रंखला तथा चक्रीय कार्बन यौगिक सभी संतृप्त अथवा असंतृप्त यौगिक हो सकते हैं, जैसे- बेन्जीन $\left(\mathrm{C} _{6} \mathrm{H} _{6}\right)$ की संरचना निम्नलिखित है-

चित्र 4.10 बेन्जीन की संरचना

केवल कार्बन एवं हाइड्रोजन वाले ये सभी कार्बन यौगिक हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं। इनमें से संतृप्त हाइड्रोकार्बन ‘ऐल्केन’ कहलाते हैं। ऐसे असंतृप्त हाइड्रोकार्बन, जिनमें एक या अधिक दोहरे आबंध होते हैं ‘ऐल्कीन’ कहलाते हैं। एक या अधिक त्रि-आबंध वाले ‘ऐल्काइन’ कहलाते हैं।

4.2.3 मुझसे दोस्ती करेंगे?

कार्बन अत्यंत मैत्रीपूर्ण तत्व है। अभी तक हमने कार्बन तथा हाइड्रोजन के यौगिकों की चर्चा की, लेकिन कार्बन अन्य तत्वों; जैसे- हैलोजेन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन तथा सल्फ़र के साथ भी आबंध बनाता है। हाइड्रोकार्बन श्रंखला में यह तत्व एक या अधिक हाइड्रोजन को इस प्रकार प्रतिस्थापित करते हैं कि कार्बन की संयोजकता संतुष्ट रहती है। ऐसे यौगिकों में हाइड्रोजन को प्रतिस्थापित करने वाले तत्वों को विषम परमाणु कहते हैं। यह विषम परमाणु कुछ प्रकार्यात्मक समूहों में भी उपस्थित होते हैं, जैसा कि सारणी 4.3 में दिया गया है।

सारणी 4.3 कार्बन यौगिकों में कुछ प्रकार्यात्मक समूह

विषय परमाणु	योगिकों का प्रकार	प्रकार्यात्मक समूह का फार्मूला
Cl/Br	हैलो - (क्लोरो / ब्रोमो) ऐल्केन	$\mathrm{Cl},-\mathrm{Br}$ (हाइड्रोजन परमाणु के प्रतिस्थापी)
ऑक्सीजन	1. एल्कोहल	$-OH$
	2. ऐल्डिहाइड
	3. कीटोन	$\stackrel{\\|}{O}$
	4. कार्बोक्सिलिक अम्ल

यह विषम परमाणु और वे प्रकार्यात्मक समूह जिनमें यह उपस्थित होते हैं, यौगिकों को विशिष्ट गुण प्रदान करते हैं। यह गुण कार्बन श्रंखला की लँबाई और प्रकृति पर निर्भर नहीं होते, फलस्वरूप यह प्रकार्यात्मक समूह (Functional group) कहलाते हैं। सारणी 4.3 में कुछ महत्वपूर्ण प्रकार्यात्मक समूह दिए गए हैं। एकल रेखा के द्वारा समूह की मुक्त संयोजकता अथवा संयोजकताएँ दर्शाई गई हैं। हाइड्रोजन के एक या अधिक अणुओं को प्रतिस्थापित करके इस संयोजकता के द्वारा प्रकार्यात्मक समूह कार्बन श्रंखला से जुड़े रहते हैं।

4.2.4 समजातीय श्रेणी

आपने देखा कि कार्बन परमाणुओं को आपस में जोड़कर विभिन्न लंबाई की श्रंखलाएँ बनाई जा सकती हैं। ये श्रंखलाएँ शाखित भी हो सकती हैं। साथ ही, इन कार्बन श्रंखलाओं में स्थित हाइड्रोजन तथा अन्य परमाणुओं को उपरोक्त किसी भी प्रकार्यात्मक समूहों से प्रतिस्थापित किया जा सकता है। एल्कोहल जैसे प्रकार्यात्मक समूह की उपस्थिति कार्बन यौगिक के गुणधर्मों को तय करती है, चाहे कार्बन श्रंखला की लंबाई कुछ भी हो, जैसे- $\mathrm{CH} _{3} \mathrm{OH}, \mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{5} \mathrm{OH}, \mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{7} \mathrm{OH}$ तथा $\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{9} \mathrm{OH}$ के रासायनिक गुणधर्मों में अत्यधिक समानता है। अतः यौगिकों की ऐसी श्रंखला जिसमें कार्बन श्रंखला में स्थित हाइड्रोजन को एक ही प्रकार का प्रकार्यात्मक समूह प्रतिस्थापित करता है, उसे समजातीय श्रेणी कहते हैं।

अब हम सारणी 4.2 में वर्णित समजातीय श्रेणी को देखेंगे। यदि हम उत्तरोत्तर यौगिकों के सूत्रों को देखें, जैसे-

$\mathrm{CH} _{4}$ तथा $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{6}$ इनमें एक $-\mathrm{CH} _{2}$ - इकाई का अंतर है।

$\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{6}$ तथा $\mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{8}-$ इनमें एक $-\mathrm{CH} _{2}$ - इकाई का अंतर है।

अगले युग्म-प्रोपेन $\left(\mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{8}\right)$ एवं ब्यूटेन $\left(\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{10}\right)$ में क्या अंतर है?

क्या आप इन युग्मों के आणविक द्रव्यमानों में अंतर ज्ञात कर सकते हैं। (कार्बन का परमाणविक द्रव्यमान $12 \mathrm{u}$ है तथा हाइड्रोजन का परमाणविक द्रव्यमान $1 \mathrm{u}$ है?)

इसी प्रकार, ऐल्कीनों की समजातीय श्रेणी को देखिए। श्रेणी का पहला सदस्य एथीन है, जिसके बारे में हम पहले ही अनुभाग 4.2.1 में अध्ययन कर चुके हैं। एथेन का सूत्र क्या है? उत्तरोत्तर सदस्यों के सूत्र $\mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{6}, \mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{8}$ तथा $\mathrm{C} _{5} \mathrm{H} _{10}$ हैं। क्या इनमें भी $-\mathrm{CH} _{2}$ इकाई का अंतर है?
क्या आपको इन यौगिकों में कार्बन एवं हाइड्रोजन के परमाणुओं की संख्या के बीच कोई संबंध प्रतीत होता है? ऐल्कीनों का सामान्य सूत्र $\mathrm{C} _{\mathrm{n}} \mathrm{H} _{2 \mathrm{n}}$ के रूप में लिखा जा सकता है, जहाँ $\mathrm{n}=2,3,4$ है। क्या आप इसी प्रकार ऐल्केनों तथा ऐल्काइनों का सामान्य सूत्र बना सकते हैं?

जब किसी समजातीय श्रेणी में आणविक द्रव्यमान बढ़ता है तो भौतिक गुणधर्मों में क्रमबद्धता दिखाई देती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आणविक द्रव्यमान के बढ़ने के साथ गलनांक एवं क्वथनांक में वृद्धि होती है। किसी विशेष विलायक में विलेयता जैसे भौतिक गुणधर्म भी इसी प्रकार की क्रमबद्धता दर्शाते हैं, किंतु पूर्ण रूप से प्रकार्यात्मक समूह के द्वारा सुनिश्चित किए जाने वाले रासायनिक गुण समजातीय श्रेणी में एकसमान बने रहते हैं।

क्रियाकलाप 4.2

सूत्रों तथा आणविक द्रव्यमानों में अंतर की गणना कीजिए- (a). $\mathrm{CH} _{3} \mathrm{OH}$ तथा $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{5} \mathrm{OH}$ (b) $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{5} \mathrm{OH}$ तथा $\mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{7} \mathrm{OH}$ एवं (c) $\mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{7} \mathrm{OH}$ तथा $\mathrm{C} _{4} \mathrm{H} _{9} \mathrm{OH}$

क्या इन तीनों में कोई समानता है?

एक परिवार तैयार करने के लिए इन एल्कोहलों को कार्बन परमाणुओं के बढ़ते हुए क्रम में व्यवस्थित कीजिए। क्या इनको एक समजातीय श्रेणी का परिवार कहा जा सकता है?

सारणी 4.3 में दिए गए अन्य प्रकार्यात्मक समूहों के लिए चार कार्बनों तक के यौगिकों वाली समजातीय श्रेणी तैयार कीजिए।

4.2.5 कार्बन यौगिकों की नामपद्धति

किसी समजातीय श्रेणी में यौगिकों के नामों का आधार बेसिक कार्बन की उन मूल श्रंखलाओं पर आधारित होता है, जिनको प्रकार्यात्मक समूह की प्रकृति के अनुसार ‘पूर्वलग्न’ ‘उपसर्ग’ या ‘अनुलग्न’ ‘प्रत्यय’ के द्वारा संशोधित किया गया हो। जैसे क्रियाकलाप 4.2 में लिए गए एल्कोहलों के नाम हैं- मेथेनॉल, एथेनॉल, प्रोपेनॉल तथा ब्यूटनॉल।

निम्नलिखित विधि के द्वारा किसी कार्बन यौगिक का नामकरण किया जा सकता है-

(i) यौगिक में कार्बन परमाणुओं की संख्या ज्ञात कीजिए। तीन कार्बन परमाणु वाले यौगिक का नाम प्रोपेन होगा।

(ii) प्रकार्यात्मक समूह की उपस्थिति में इसको पूर्वलग्न अथवा अनुलग्न के साथ यौगिक के नाम में दर्शाया जाता है। (सारणी 4.4 के अनुसार)

(iii) यदि प्रकार्यात्मक सूमह का नाम अनुलग्न के आधार पर दिया जाना हो तथा यदि प्रकार्यात्मक समूह के अनुलग्न नाम स्वर $a, e, i, o, u$ से प्रारंभ होता हो तो कार्बन श्रंखला के नाम से अंत का ’ $e$ ’ हटाकर, उसमें समुचित अनुलग्न लगाकर संशोधित करते हैं, जैसे- कीटोन सूमह की तीन कार्बन वाली श्रंखला को निम्नलिखित विधि से नाम दिया जाएगा- Propane - ’e’ = propan + ‘one’ = propanone प्रोपेनोन.

(iv) असंतृप्त कार्बन श्रंखला में कार्बन श्रंखला के नाम में दिए गए अंतिम ‘ane’ को सारणी 4.4 के अनुसार ’ene’ या ‘yne’ से प्रतिस्थापित करते हैं, जैसे- द्विआबंध वाली तीन कार्बन की श्रंखला प्रोपीन कहलाएगी तथा त्रि-आबंध होने पर यह प्रोपाइन (propyne) कहलाएगी।

सारणी 4.4 कार्बनिक यौगिकों की नामपद्धति

प्रश्न

1. पेन्टेन के लिए आप कितने संरचनात्मक समावयवों का चित्रण कर सकते हैं?

Show Answer

#missing

2. कार्बन के दो गुणधर्म कौन से हैं, जिनके कारण हमारे चारों ओर कार्बन यौगिकों की विशाल संख्या दिखाई देती है?

Show Answer

#missing

3. साइक्लोपेन्टेन का सूत्र तथा इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना क्या होंगे?

Show Answer

#missing

4. निम्नलिखित यौगिकों की संरचनाएँ चित्रित कीजिए-

(i) एथेनॉइक अम्ल

(ii) ब्रोमोपेन्टेन

(iii) ब्यूटेनोन

(iv) हेक्सेनैल

क्या ब्रोमोपेन्टेन के संरचनात्मक समावयव संभव हैं?

Show Answer

#missing

5. निम्नलिखित यौगिकों का नामकरण कैसे करेंगे?

(i) $\mathrm{CH} _{3}-\mathrm{CH} _{2}-\mathrm{Br}$

(ii) $\mathrm{H}-\stackrel{H}{\stackrel{|}{\mathrm{C}}}=\mathrm{O}$

(iii) $H-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-\underset{H}{\underset{|}{\stackrel{H}{\stackrel{|}{C}}}}-C \equiv C-H$

Show Answer

#missing

4.3 कार्बन यौगिकों के रासायनिक गुणधर्म

इस भाग में हम कार्बन यौगिकों के कुछ रासायनिक गुणधर्मों का अध्ययन करेंगे। चूँकि, हमारे द्वारा उपयोग में लाए जाने वाले अधिकांश ईंधन कार्बन अथवा उसके यौगिक होते हैं, अतः सर्वप्रथम हम दहन के विषय में पढ़ेंगे।

4.3.1 दहन

अपने सभी अपररूपों में कार्बन, ऑक्सीजन में दहन करके ऊष्मा एवं प्रकाश के साथ कार्बन डाइऑक्साइड देता है। दहन पर अधिकांश कार्बन यौगिक भी प्रचुर मात्रा में ऊष्मा एवं प्रकाश को मुक्त करते हैं। निम्नलिखित वे ऑक्सीकरण अभिक्रियाएँ हैं, जिनका अध्ययन आपने पहले अध्याय में किया था-

(i) $\mathrm{C}+\mathrm{O} _{2} \rightarrow \mathrm{CO} _{2}+$ ऊष्मा एवं प्रकाश

(ii) $\mathrm{CH} _{4}+\mathrm{O} _{2} \rightarrow \mathrm{CO} _{2}+\mathrm{H} _{2} \mathrm{O}+$ ऊष्मा एवं प्रकाश

(iii) $\mathrm{CH} _{3} \mathrm{CH} _{2} \mathrm{OH}+\mathrm{O} _{2} \rightarrow \mathrm{CO} _{2}+\mathrm{H} _{2} \mathrm{O}+$ ऊष्मा एवं प्रकाश

पहले अध्याय में अध्ययन की गई विधि से (ii), (iii) अभिक्रियाओं को संतुलित कीजिए।

क्रियाकलाप 4.3

सावधानी— इस क्रियाकलाप के लिए शिक्षक का पर्यवेक्षण अनिवार्य है।

एक स्पैचुला में एक-एक करके कुछ कार्बन यौगिकों (नैफ्थलीन, कैम्फर, एल्कोहल) को लेकर जलाइए।

ज्वाला की प्रकृति का प्रेक्षण कीजिए तथा लिखिए कि धुआँ उत्पन्न हुआ या नहीं।

ज्वाला के ऊपर धातु की एक तश्तरी रखिए। इनमें से किसी भी यौगिक के कारण क्या तश्तरी पर कोई निक्षेपण हुआ?

क्रियाकलाप 4.4

एक बुन्सेन बर्नर जलाइए तथा विभिन्न प्रकार की ज्वालाओं अथवा धुएँ की उपस्थिति को प्राप्त करने के लिए उसके आधार पर वायु छिद्र को व्यवस्थित कीजिए।

पीली, कज्जली ज्वाला कब प्राप्त हुई?

नीली ज्वाला कब प्राप्त हुई?

संतृप्त हाइड्रोकार्बन से सामान्यतः स्वच्छ ज्वाला निकलेगी, जबकि असंतृप्त कार्बन यौगिकों से अत्यधिक काले धुएँ वाली पीली ज्वाला निकलेगी। इसके परिणामस्वरूप क्रियाकलाप 4.3 में धातु की तश्तरी पर कज्जली निक्षेपण होगा, लेकिन वायु की आपूर्ति को सीमित कर देने से अपूर्ण दहन होने पर संतृप्त हाइड्रोकार्बनों से भी कज्जली ज्वाला निकलेगी। घरों में उपयोग में लाई जाने वाली गैस अथवा केरोसिन के स्टोव में वाय के लिए छिद्र होते हैं, जिनसे पर्याप्त मात्रा में ऑक्सीजन-समृद्ध मिश्रण जलकर स्वच्छ नीली ज्वाला देता है।
यदि कभी बर्तनों के तले काले होते हुए दिखाई दें तो इसका अर्थ होगा कि वायु छिद्र अवरुद्ध हैं तथा ईंधन का व्यर्थ व्यय हो रहा है। कोयले तथा पेट्रोलियम जैसे ईधनों में कुछ मात्रा में नाइट्रोजन तथा सल्फ़र होती हैं। इनके दहन के फलस्वरूप सल्फ़र तथा नाइट्रोजन के ऑक्साइड का निर्माण होता है, जो पर्यावरण में प्रमुख प्रदूषक हैं।

क्या आप जानते हैं?

क्यों जलते हुए पदार्थ ज्वाला उत्पन्न करते हैं अथवा नहीं करते हैं?

क्या आपने कभी कोयले अथवा लकड़ी की अग्नि को देखा है? यदि नहीं, तो अगली बार जब भी अवसर मिले तो आप ध्यान से देखिए कि लकड़ी अथवा कोयले का जलना आरंभ होने पर क्या होता है। आपने देखा कि एक मोमबत्ती या गैस स्टोव की एल.पी.जी., जलते समय ज्वाला उत्पन्न करती है। यद्यपि आप देखेंगे कि अँगीठी में जलने वाला कोयला या तारकोल कभी-कभी लाल रंग के समान उज्ज्वल होता है तथा बिना ज्वाला के ऊष्मा देता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि केवल गैसीय पदार्थों के जलने पर ही ज्वाला उत्पन्न होती है। लकड़ी या तारकोल जलाने पर उपस्थित वाष्पशील पदार्थ वाष्पीकृत हो जाते हैं तथा आरंभ में ज्वाला के साथ जलते हैं। गैसीय पदार्थों के परमाणुओं को ताप देने पर एक दीप्त ज्वाला दिखाई देती है तथा उज्ज्वल होना आरंभ करती है। प्रत्येक तत्व के द्वारा उत्पन्न रंग उस तत्व का अभिलाक्षणिक गुण होता है। गैस स्टोव की ज्वाला में ताँबे के तार को जलाने का प्रयास कीजिए तथा इसके रंग का प्रेक्षण कीजिए। आपने देखा कि अपूर्ण दहन से कज्जल उत्पन्न होता है, जो कार्बन होता है। इसके आधार पर आप मोमबत्ती की पीले रंग की ज्वाला का क्या कारण बताएँगे?

क्या आप जानते हैं?

कोयले तथा पेट्रोलियम का निर्माण

कोयले तथा पेट्रोलियम का निर्माण जैवमात्रा से हुआ है, जो विभिन्न जैविकीय तथा भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं पर निर्भर करते हैं। कोयला लाखों वर्ष पुराने वृक्षों, फ़र्न तथा अन्य पौधे का अवशेष है। संभवतः भूकंप अथवा ज्वालामुखी फटने के कारण ये धरती में चट्टानों की परतों के नीचे दब गए थे तथा धीर-धीरे क्षय होकर ये कोयला बन गए। तेल तथा गैस लाखों वर्ष पुराने छोटे समुद्री पौधों तथा जीवों के अवशेष हैं। उनके मृत होने पर उनके शरीर समुद्र-तल में डूब गए तथा गाद से ढक गए। उन मृत अवशेषों पर बैक्टीरिया के आक्रमण से प्रबल दाब के कारण तेल तथा गैस का निर्माण हुआ। इसी बीच गाद धीर-धीरे दबकर चट्टान बन गया। चट्टान के छिद्रित भागों से तेल तथा गैस का रिसाव हुआ और ये पानी में स्पंज की तरह फँस गए। क्या आप अनुमान लगा सकते हैं कि कोयले तथा पेट्रोलियम को जीवाश्मी ईंधन क्यों कहते हैं?

4.3.2 ऑक्सीकरण

क्रियाकलाप 4.5

एक परखनली में लगभग $3 \mathrm{~mL}$ एथेनॉल लीजिए तथा इसे जल ऊष्मक में सावधानी से गर्म कीजिए।

इस विलयन में क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट का $5 %$ एक-एक बूँद करके डालिए।

डालने पर आरंभ में क्या पोटैशियम परमैंगनेट का रंग बना रहता है?

अधिक मात्रा में डालने पर पोटैशियम परमैंगनेट का रंग लुप्त क्यों नहीं होता?

प्रथम अध्याय में आपने ऑक्सीकरण की अभिक्रियाओं का अध्ययन किया। दहन करने पर कार्बन यौगिकों को सरलता से ऑक्सीकृत किया जा सकता है। इस पूर्ण ऑक्सीकरण के अतिरिक्त ऐसी अभिक्रियाएँ भी होती हैं, जिनमें एल्कोहल को कार्बोक्सिलिक अम्ल में बदला जाता है-

$\mathrm{CH} _{3}-\mathrm{CH} _{2} \mathrm{OH} \xrightarrow[\text { या अम्लीकृत } \mathrm{K} _{2} \mathrm{Cr} _{2} \mathrm{O} _{7}+\text { ऊष्मा }]{\text { क्षारी } \mathrm{KMnO} _{4} \text { ऊष्मा }} \mathrm{CH} _{3} \mathrm{COOH}$

हम देखते हैं कि कुछ पदार्थों में अन्य पदार्थों को ऑक्सीजन देने की क्षमता होती है। इन पदार्थों को ऑक्सीकारक कहा जाता है।

क्षारीय पोटैशियम परमैंगनेट अथवा अम्लीकृत पोटैशियम डाइक्रोमेट एल्कोहलों को अम्लों में आक्सीकृत करते हैं अर्थात ये आरंभिक पदार्थ में ऑक्सीजन जोड़ते हैं। अतएव इनको ऑक्सीकारक कहते हैं।

4.3.3 संकलन अभिक्रिया

पैलेडियम अथवा निकैल जैसे उत्प्रेरकों की उपस्थिति में असंतृप्त हाइड्रोकार्बन हाइड्रोजन जोड़कर संतृप्त हाइड्रोकार्बन देते हैं। उत्प्रेरक वे पदार्थ होते हैं, जिनके कारण अभिक्रिया भिन्न दर से आगे बढ़ती है, जो अभिक्रिया को प्रभावित नहीं करते हैं। निकैल उत्प्रेरक का उपयोग करके साधारणतः वनस्पति तेलों के हाड्रोजनीकरण में इस अभिक्रिया का उपयोग होता है। वनस्पति तेलों में साधारणतः लंबी असंतृप्त कार्बन श्रंखलाएँ होती हैं, जबकि जंतु वसा में संतृप्त कार्बन श्रंखलाएँ होती हैं।

आपने देखा होगा कि कुछ विज्ञापनों में कहा जाता है कि वनस्पति तेल ‘स्वास्थ्यवर्धक’ होते हैं। साधारणतः, जंतु वसा में संतृप्त वसा अम्ल होते हैं, जो स्वास्थ्य के लिए हानिकारक माने जाते हैं। भोजन पकाने के लिए असंतृप्त वसा अम्लों वाले तेलों का उपयोग करना चाहिए।

4.3.4 प्रतिस्थापन अभिक्रिया

संतृप्त हाइड्रोकार्बन अत्यधिक अनभिक्रित होते हैं तथा अधिकांश अभिकर्मकों की उपस्थिति में अक्रिय होते हैं। हालाँकि, सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में अति तीव्र अभिक्रिया में क्लोरीन का हाइड्रोकार्बन में संकलन होता है। क्लोरीन एक-एक करके हाइड्रोजन के परमाणुओं का प्रतिस्थापन करती है। इसको प्रतिस्थापन अभिक्रिया कहते हैं, क्योंकि एक प्रकार का परमाणु, अथवा परमाणुओं के समूह दूसरे का स्थान लेते हैं। साधारणतः उच्च समजातीय ऐल्केन के साथ अनेक उत्पादों का निर्माण होता है।

$$ \mathrm{CH} _{4}+\mathrm{Cl} _{2} \xrightarrow{\text { (सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में) }} \mathrm{CH} _{3} \mathrm{Cl}+\mathrm{HCl} $$

प्रश्न

1. एथनॉल से एथेनॉइक अम्ल में परिवर्तन को ऑक्सीकरण अभिक्रिया क्यों कहते हैं?

Show Answer

#missing

2. ऑक्सीजन तथा एथाइन के मिश्रण का दहन वेल्डिंग के लिए किया जाता है। क्या आप बता सकते हैं कि एथाइन तथा वायु के मिश्रण का उपयोग क्यों नहीं किया जाता?

Show Answer

#missing

4.4 कुछ महत्वपूर्ण कार्बन यौगिक- एथनॉल तथा एथेनॉइक अम्ल

अनेक कार्बन यौगिक हमारे लिए अनमोल होते हैं, किंतु यहाँ हम व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण दो यौगिकों- एथनॉल तथा एथेनॉइक अम्लों के गुणधर्मों का अध्ययन करेंगे।

4.4.1 एथनॉल के गुणधर्म

एथनॉल कक्ष के ताप पर द्रव अवस्था में होता है। (एथनॉल के गलनांक एवं क्वथनांक के लिए सारणी 4.1 देखिए) सामान्यतः एथेनॉल को एल्कोहल कहा जाता है तथा यह सभी एल्कोहल पेय पदार्थों का महत्वपूर्ण अवयव होता है। इसके अतिरिक्त यह एक अच्छा विलायक है। इसलिए, इसका उपयोग टिंचर आयोडीन, कफ़ सीरप, टॉनिक आदि जैसी औषधियों में होता है। एथनॉल को किसी भी अनुपात में जल में मिलाया जा सकता है। तनु एथनॉल की थोड़ी सी भी मात्रा लेने पर नशा आ जाता है। हालाँकि एल्कोहल पीना निंदनीय है, लेकिन समाज में बड़े पैमाने पर प्रचलित है, लेकिन शुद्ध एथनॉल (परिशुद्ध एल्कोहल) की थोड़ी सी भी मात्रा घातक सिद्ध हो सकती है। काफ़ी समय तक एल्कोहल का सेवन करने से स्वास्थ्य संबंधी कई समस्याएँ उत्पन्न हो जाती हैं।

क्रियाकलाप 4.6

शिक्षक के द्वारा प्रदर्शन-

लगभग दो चावल के आकार के बराबर सोडियम के एक छोटे टुकड़े को एथनॉल (परिशुद्ध एल्कोहल) में डालिए।

आप क्या प्रेक्षित करते हैं?

उत्सर्जित गैस की आप कैसे जाँच करेंगे?

एथनॉल की अभिक्रियाएँ

(i) सोडियम के साथ अभिक्रिया-

$ 2 Na+2 CH_3 CH_2 OH \to \underset{\text{ (सोडियम एथॉक्साइड) }}{2 CH_3 CH_2 O^{-} Na^{+}+H_2} $

एल्कोहल सोडियम से अभिक्रिया कर हाइड्रोजन गैस उत्सर्जित करता है। एथनॉल के साथ अभिक्रिया में दूसरा उत्पाद सोडियम एथॉक्साइड बनता है। क्या आप बता सकते हैं कि कौन-सा दूसरा पदार्थ धातु से अभिक्रिया कर हाइड्रोजन बनाता है?

(ii) असंतृप्त हाइड्रोकार्बन बनाने की अभिक्रिया- $443 \mathrm{~K}$ तापमान पर एथनॉल को आधिक्य सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल के साथ गर्म करने पर एथनॉल का निर्जलीरण होकर एथीन बनता है।

$$ \mathrm{CH} _{3}-\mathrm{CH} _{2} \mathrm{OH} \xrightarrow[\mathrm{H} _{2} \mathrm{SO} _{4}]{\text { गर्र सांद्र }} \mathrm{CH} _{2}=\mathrm{CH} _{2}+\mathrm{H} _{2} \mathrm{O} $$

इस अभिक्रिया में सल्फ़्यूरिक अम्ल निर्जलीकारक के रूप में काम करता है, जो एथनॉल से जल को अलग कर देता है।

क्या आप जानते हैं?

सजीव प्राणियों पर एल्कोहल का क्या प्रभाव पड़ता है?

जब अधिक मात्रा में एथनॉल का सेवन किया जाता है तो इससे उपापचयी प्रक्रिया धीमी हो जाती है तथा केंद्रीय तंत्रिका तंत्र कमजोर हो जाता है। इसके फलस्वरूप समन्वय की कमी, मानसिक दुविधा, उनींदापन, सामान्य अर्न्तबाध का कम हो जाना एवं भावशून्यता आती है। यद्यपि व्यक्ति राहत महसूस करता है, लेकिन उसे पता नहीं चल पाता कि उसके सोचने, समझने की क्षमता तथा मांसपेशी बुरी तरह प्रभावित हुई है। एथनॉल के विपरीत मेथेनॉल की थोड़ी सी थी मात्रा लेने से मृत्यु हो सकती है। यकृत में मेथेनॉल ऑक्सीकृत होकर मेथेनैल बन जाता है। मेथेनैल यकृत की कोशिकाओं के घटकों के साथ शीघ्र अभिक्रिया करने लगता है। इससे प्रोटोप्लाज्म उसी प्रकार स्कंदित हो जाता है,
जिस प्रकार पकाने पर अंडा स्कंदित होता है। मेथैनैल चाक्षुष तंत्रिका को भी प्रभावित करता है, जिससे व्यक्ति अंधा हो सकता है। एथनॉल एक महत्वपूर्ण औद्योगिक विलायक है। औद्योगिक उपयोग के लिए तैयार एथनॉल का दुरुपयोग रोकने के लिए इसमें मेथेनॉल जैसा ज़हरीला पदार्थ मिला दिया जाता है, जिससे यह पीने योग्य न रह जाए। एल्कोहल की पहचान करने के लिए इसमें रंजक मिलाकर इसका रंग नीला बना दिया जाता है। इसे विकृत एल्कोहल कहा जाता है।

क्या आप जानते हैं?

ईंधन के रूप में एल्कोहल

गन्ना सूर्य के प्रकाश को रासायनिक ऊर्जा में बदलने में सर्वाधिक सक्षम होता है। गन्ने का रस मोलेसस (सिरा) बनाने के उपयोग में लाया जाता है, जिसका किण्वन करके एल्कोहल (एथनॉल) तैयार किया जाता है। कुछ देशों में एल्कोहल में पेट्रोल मिलाकर उसे स्वच्छ ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। यह ईंधन पर्याप्त ऑक्सीजन होने पर केवल कार्बन डाइऑक्साइड एवं जल उत्पन्न करता है।

4.4.2 एथेनॉइक अम्ल के गुणधर्म

एथेनॉइक अम्ल को सामान्यतः ऐसीटिक अम्ल कहा जाता है तथा यह कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह से संबंधित है। ऐसीटिक अम्ल के $3-4 %$ विलयन को सिरका कहा जाता है एवं इसे अचार में परिरक्षक के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। शुद्ध एथनॉइक अम्ल का गलनांक $290 \mathrm{~K}$ होता है और इसलिए ठंडी जलवायु में शीत के दिनों में यह जम जाता है। इस कारण इसे ग्लैशल ऐसीटिक अम्ल कहते हैं।
कार्बोक्सिलिक अम्ल कहा जाने वाला कार्बनिक यौगिकों के समूह का अभिलक्षण इसकी अम्लीयता होती है। हालाँकि, खनिज अम्लों के विपरीत कार्बोक्सिलिक अम्ल दुर्बल अम्ल होते हैं। खनिज अम्ल, जैसे- हाइड्रोक्लोरिक अम्ल पूरी तरह आयनीकृत हो जाते हैं।

क्रियाकलाप 4.7

लिटमस पत्र एवं सार्वत्रिक सूचक का उपयोग कर तनु ऐसीटिक अम्ल तथा हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के $\mathrm{pH}$ मान की तुलना कीजिए।

क्या लिटमस परीक्षण में दोनों अम्ल सूचित होते हैं?

सार्वत्रिक सूचक से क्या दोनों अम्लों के प्रबल होने का पता चलता है?

क्रियाकलाप 4.8

एक परखनली में सांद्र सल्फ़्यूरिक अम्ल की कुछ बूँदें, एक-एक $\mathrm{mL}$ एथेनॉल (परिशुद्ध एल्कोहल) एवं ग्लैशल ऐसीटिक अम्ल लीजिए।

कम से कम पाँच मिनट तक जल ऊष्मक में उसे गर्म करें जैसा चित्र 4.1 में दिखाया गया है।

अब इसे उस बीकर में उड़ेल दीजिए जिसमें $20-50 \mathrm{~mL}$ जल हो तथा उस मिश्रण को सूँघिए।

चित्र 4. एस्टर का निर्माण

एथेनॉइक अम्ल की अभिक्रियाएँ

(i) एस्टरीकरण अभिक्रिया— एस्टर मुख्य रूप से अम्ल एवं एल्कोहल की अभिक्रिया से निर्मित होते हैं। एथेनॉइक अम्ल किसी अम्ल उत्प्रेक की उपस्थिति में परिशुद्ध एथनॉल से अभिक्रिया करके एस्टर बनाते हैं-

सामान्यतया एस्टर की गंध मृदु होती है। इसका उपयोग इत्र बनाने एवं स्वाद उत्पन्न करने वाले कारक के रूप में किया जाता है। सोडियम हाइड्रॉक्साइड से अभिक्रिया द्वारा, जो एक क्षार है, एस्टर पुनः एल्कोहल एवं कार्बोक्सिलिक अम्ल का सोडियम लवण बनाता है। इस अभिक्रिया को साबुनीकरण कहा जाता है, क्योंकि इससे साबुन तैयार किया जाता है। साबुन दीर्घ श्रंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों सोडियम अथवा पोटैशियम लवण होते हैं।

$\mathrm{CH} _{3} \mathrm{COOC} _{2} \mathrm{H} _{5} \xrightarrow{\mathrm{NaOH}} \mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{5} \mathrm{OH}+\mathrm{CH} _{3} \mathrm{COONa}$

(ii) क्षारक के साथ अभिक्रिया— खनिज अम्ल की भाँति एथेनॉइक अम्ल सोडियम हाइड्रोक्सॉइड जैसे क्षारक से अभिक्रिया करके लवण (सोडियम एथेनोएट या सोडियम ऐसीटेट) तथा जल बनाता है।

$\mathrm{NaOH}+\mathrm{CH} _{3} \mathrm{COOH} \rightarrow \mathrm{CH} _{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{H} _{2} \mathrm{O}$

एथेनॉइक अम्ल कार्बोनेट एवं हाइड्रोजन कार्बोंनेट से कैसे अभिक्रिया करता है?

आइए, जानने के लिए हम एक क्रियाकलाप करें।

क्रियाकलाप 4.9

अध्याय 2 के क्रियाकलाप 2.5 के अनुसार उपकरण तैयार कीजिए।

एक परखनली में एक स्पैचुला भरकर सोडियम कार्बोनेट लीजिए तथा उसमें $2 \mathrm{~mL}$ तनु एथेनॉइक अम्ल मिलाइए।

आप क्या प्रेक्षित करते हैं?

ताजे चने के जल में इस गैस को प्रवाहित कीजिए। आप क्या देखते हैं?

क्या इस परीक्षण से एथेनॉइक अम्ल एवं सोडियम कार्बोनेट की अभिक्रिया से उत्पन्न गैस का पता चल सकता है?

अब सोडियम कार्बोनेट के स्थान पर सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट के साथ यह क्रियाकलाप दोहराइए।

(iii) कार्बोनेट एवं हाइड्रोजनकार्बोनेट के साथ अभिक्रिया— एथेनॉइक अम्ल कार्बोनेट एवं हाइड्रोजनकार्बोनेट के साथ अभिक्रिया करके लवण, कार्बन डाइऑक्साइड एवं जल बनाता है। इस अभिक्रिया में उत्पन्न लवण को सोडियम ऐसीटेट कहते हैं।

$2 CH_3 COOH+Na_2 CO_3 \to 2 CH_3 COONa+H_2 O+CO_2$

$CH_3 COOH+NaHCO_3 \to CH_3 COONa+H_2 O+CO_2$

प्रश्न

1. प्रयोग द्वारा आप एल्कोहल एवं कार्बोक्सिलिक अम्ल में कैसे अंतर कर सकते हैं?

Show Answer

#missing

2. ऑक्सीकारक क्या हैं?

Show Answer

#missing

4.5 साबुन और अपमार्जक

क्रियाकलाप 4.10

दो परखनलियों में $10-10 \mathrm{~mL}$ जल लीजिए।

दोनों में एक-एक बूँद तेल (पाक तेल) डालिए एवं उन्हें ’ $A$ ’ तथा ’ $B$ ’ नाम दीजिए।

परखनली ’ $B$ ’ में साबुन के घोल की कुछ बूँदें डालिए।

दोनों परखनलियों को समान समय तक जोर-जोर से हिलाइए।

क्या हिलाना बंद करने के बाद दोनों परखनलियों में आप तेल एवं जल की परतों को अलग-अलग देख सकते हैं?

कुछ देर तक दोनों परखनलियों को स्थिर रखिए एवं फिर उस पर ध्यान दीजिए। क्या तेल की परत अलग हो जाती है? ऐसा किस परखनली में पहले होता है।

चित्र 4.12 मिसेल का निर्माण

इस क्रियाकलाप से सफ़ाई में साबुन के प्रभाव का पता चलता है। अधिकांश मैल तैलीय होते हैं और आप जानते हैं कि तेल पानी में अघुलनशील है। साबुन के अणु लंबी श्रंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों के सोडियम एवं पोटैशियम लवण होते हैं। साबुन का आयनिक भाग जल से जबकि कार्बन श्रंखला तेल से पारस्परिक क्रिया करती है। इस प्रकार साबुन के अणु मिसेली संरचना, (चित्र 4.12) तैयार करते हैं, जहाँ अणु का एक सिरा तेल कण की ओर तथा आयनिक सिरा बाहर की ओर होता है। इससे पानी में इमल्शन बनता है। इस प्रकार साबुन का मिसेल मैल को पानी बाहर निकलने में मदद करता है और हमारे कपड़े साफ़ (चित्र 4.13) हो जाते है।

क्या आप मिसेल की संरचना बना सकते हैं, जो साबुन को हाइड्रोकार्बन में घोलने से बनता है?

क्या आप जानते हैं?

मिसेल

साबुन के अणु ऐसे होते हैं, जिनके दोनों सिरों के विभिन्न गुणधर्म होते हैं। जल में विलेय एक सिरे को जलरागी कहते हैं तथा हाइड्रोकार्बन में विलेय दूसरे सिरे को जलविरागी कहते हैं। जब साबुन जल >की सतह पर होता है तब इसके अणु अपने को इस प्रकार व्यवस्थित कर लेते हैं कि इसका आयनिक सिरा जल के अंदर होता है ।

चित्र 4.13 मैल हटाने में साबुन का प्रभाव

जबकि हाइड्रोकार्बन पूँछ (दूसरा छोर) जल के बाहर होती है। जल के अंदर इन अणुओं की एक विशेष व्यवस्था होती है, जिससे इसका हाइड्रोकार्बन सिरा जल के बाहर बना होता है। ऐसा अणुओं का बड़ा गुच्छा बनने के कारण होता है, जिसमें जलविरागी पूँछ गुच्छे के आंतरिक हिस्से में होती है, जबकि उसका आयनिक सिरा गुच्छे की सतह पर होता है। इस संरचना को मिसेल कहते हैं। मिसेल के रूप में साबुन स्वच्छ करने में सक्षम होता है, क्योंकि तैलीय मैल मिसेल के केंद्र में एकत्र हो जाते हैं। मिसेल विलयन में कोलॉइड के रूप में बने रहते है तथा आयन-आयन विकर्षण के कारण वे अवक्षेपित नहीं होते। इस प्रकार मिसेल में तैरते मैल आसानी से हटाए जा सकते हैं। साबुन के मिसेल प्रकाश को प्रकीर्णित कर सकते हैं। यही कारण है कि साबुन का घोल बादल जैसा दिखता है।

क्रियाकलाप 4.11

अलग-अलग परखनलियों में $10-10 \mathrm{~mL}$ आसुत जल (अथवा वर्षा जल) एवं कठोर जल (हैंडपंप या कुएँ का जल) लीजिए।

दोनों में साबुन के घोल की कुछ बूँदें मिलाइए।

दोनों परखनलियों को एक ही समय तक हिलाइए एवं उससे बनने वाले झाग पर ध्यान दीजिए।

किस परखनली में अधिक झाग बनता है?

किस परखनली में श्वेत दही जैसा अवक्षेप प्राप्त होता है?

शिक्षक के लिए निर्देश—यदि आपके आसपास कठोर जल उपलब्ध नहीं है तो साधारण जल में हाइड्रोजन कार्बोनेट अथवा सल्फ़ेट अथवा मैग्नीशियम या कैल्सियम के क्लोराइड को घोलकर कठोर जल तैयार कीजिए।

क्रियाकलाप 4.12

दो परखनलियाँ लीजिए और प्रत्येक में $10-10 \mathrm{~mL}$ कठोर जल डालिए।

एक में साबुन के घोल की पाँच बूँदें तथा दूसरे में अपमार्जक के घोल की पाँच बूँदें डालिए।

दोनों परखनलियों को एक ही समय तक हिलाएँ।

क्या दोनों में झाग की मात्रा समान है?

किस परखनली में दही जैसा ठोस पदार्थ बनता है?

क्या आपने कभी स्नान करते समय अनुभव किया है कि झाग मुश्किल से बन रहा है एवं जल से शरीर धो लेने के बाद भी कुछ अघुलनशील पदार्थ (स्कम) जमा रहता है। ऐसा इसलिए होता है, क्योंकि साबुन कठोर जल में उपस्थित कैल्सियम एवं मैग्नीशियम लवणों से अभिक्रिया करता है। ऐसे में आपको अधिक मात्रा में साबुन का उपयोग करना पड़ता है। एक अन्य प्रकार के यौगिक यानी अपमार्जक का उपयोग कर इस समस्या को निपटाया जा सकता है। अपमार्जक सामान्यतः लंबी कार्बन श्रंखला वाले सल्फ़ोनिक लवण अथवा लंबी कार्बन श्रंखला वाले अमोनियम लवण होते हैं, जो क्लोराइड या बोमाइड आयनों के साथ बनते हैं। इन यौगिकों का आवेशित सिरा कठोर जल में उपस्थित कैल्शियम एवं मैग्नीशियम आयनों के साथ अघुलनशील पदार्थ नहीं बनाते हैं। इस प्रकार वह कठोर जल में भी प्रभावी बने रहते हैं। सामान्यतः अपमार्जकों का उपयोग शैंपू एवं कपड़े धोने के उत्पाद बनाने में होता है।

प्रश्न

1. क्या आप डिटरजेंट का उपयोग कर बता सकते हैं कि कोई जल कठोर है अथवा नहीं?

Show Answer

#missing

2. लोग विभिन्न प्रकार से कपड़े धोते हैं। सामान्यतः साबुन लगाने के बाद लोग कपड़े को पत्थर पर पटकते हैं, डंडे से पीटते हैं, ब्रुश से रगड़ते हैं या वाशिंग मशीन में कपड़े रगड़े जाते हैं। कपड़ा साफ़ करने के लिए उसे रगड़ने की क्यों आवश्यकता होती है?

Show Answer

#missing

आपने क्या सीखा

कार्बन एक सर्वतोमुखी तत्व है, जो सभी जीवों एवं हमारे उपयोग में आने वाली वस्तुओं का आधार है। कार्बन की चतु:संयोजकता एवं श्रंखलन प्रकृति के कारण यह कई यौगिक बनाता है।
अपने-अपने बाहरी कोशों को पूर्ण रूप से भरने के लिए दो परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी से सहसंयोजक आबंध बनता है।
कार्बन अपने या दूसरे तत्वों; जैसे- हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, सल्फ़र, नाइट्रोजन एवं क्लोरीन के साथ सहसंयोजक आबंध बनाता है।
कार्बन ऐसे यौगिक भी बनाता है, जिसमें कार्बन परमाणुओं के बीच द्वि या त्रिआबंध होते हैं। कार्बन की यह श्रंखला, सीधी, शाखायुक्त या वलीय किसी भी रूप में हो सकती है।
कार्बन की श्रंखला बनाने की क्षमता के कारण यौगिकों की एक समजाती श्रेणी उत्पन्न होती है, जिसमें विभिन्न लंबाई वाली कार्बन श्रंखला से समान प्रकार्यात्मक समूह जुड़ा होता है।
एल्कोहल, ऐल्डिहाइड, कीटोन एवं कार्बोक्सिलिक अम्ल जैसे समूह कार्बन यौगिकों का अभिलाक्षणिक गुण प्रदान करते हैं। कार्बन तथा उसके यौगिक हमारे ईंधन के प्रमुख स्रोत हैं।
कार्बन यौगिक एथॉॉल एवं एथेनॉइक अम्ल का हमारे दैनिक जीवन में काफ़ी महत्व है।
साबुन एवं अपमार्जक की प्रक्रिया अणुओं में जलरागी तथा जलविरागी दोनों समूहों की उपस्थिति पर आधारित है। इसकी मदद से तैलीय मैल का पायस बनता है और बाहर निकलता है।

अभ्यास

1. एथेन का आण्विक सूत्र $-\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{6}$ है। इसमें-

(a) 6 सहसंयोजक आबंध हैं।

(b) 7 सहसंयोजक आबंध हैं।

(d) 9 सहसंयोजक आबंध हैं।

Show Answer

#missing

2. ब्यूटेनॉन चर्तु-कार्बन यौगिक है, जिसका प्रकार्यात्मक समूह-

(a) कार्बोक्सिलिक अम्ल $\quad$

(b) ऐल्डिहाइड $\quad$

(d) एल्कोहल

Show Answer

#missing

3. खाना बनाते समय यदि बर्तन की तली बाहर से काली हो रही है तो इसका मतलब है कि-

(a) भोजन पूरी तरह नहीं पका है।

(b) ईंधन पूरी तरह से नहीं जल रहा है।

(d) ईंधन पूरी तरह से जल रहा है।

Show Answer

#missing

4. $\mathrm{CH} _{3} \mathrm{Cl}$ में आबंध निर्माण का उपयोग कर सहसंयोजक आबंध की प्रकृति समझाइए।

Show Answer

#missing

5. इलेक्ट्रॉन बिंदु संरचना बनाइए-

(a) एथेनॉइक अम्ल

(b) $\mathrm{H} _{2} \mathrm{~S}$

(d) $\mathrm{F} _{2}$

Show Answer

#missing

6. समजातीय श्रेणी क्या है? उदाहरण के साथ समझाइए।

Show Answer

#missing

7. भौतिक एवं रासायनिक गुणधर्मों के आधार पर एथनॉल एवं एथेनॉइक अम्ल में आप कैसे अंतर करेंगे?

Show Answer

#missing

8. जब साबुन को जल में डाला जाता है तो मिसेल का निर्माण क्यों होता है? क्या एथनॉल जैसे दूसरे विलायकों में भी मिसेल का निर्माण होगा।

Show Answer

#missing

9. कार्बन एवं उसके यौगिकों का उपयोग अधिकतर अनुप्रयोगों में इंधन के रूप में क्यों किया जाता है?

Show Answer

#missing

10. कठोर जल को साबुन से उपचारित करने पर झाग के निर्माण को समझाइए।

Show Answer

#missing

11. यदि आप लिटमस पत्र (लाल एवं नीला) से साबुन की जाँच करें तो आपका प्रेक्षण क्या होगा?

Show Answer

#missing

12. हाइड्रोजनीकरण क्या है? इसका औद्योगिक अनुप्रयोग क्या है?

Show Answer

#missing

13. दिए गए हाइड्रोकार्बन- $\mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{6}, \mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{8}, \mathrm{C} _{3} \mathrm{H} _{6}, \mathrm{C} _{2} \mathrm{H} _{2}$ एवं $\mathrm{CH} _{4}$ में किसमें संकलन अभिक्रिया होती है?

Show Answer

#missing

14. संतृप्त एवं असंतृप्त कार्बन के बीच रासायनिक अंतर समझने के लिए एक परीक्षण बताइए।

Show Answer

#missing

15. साबुन की सफ़ाई प्रक्रिया की क्रियाविधि समझाइए।

Show Answer

#missing

सामूहिक क्रियाकलाप

I आणविक मॉडल किट का उपयोग कर इस अध्याय में पढ़े यौगिकों का मॉडल बनाइए।

II एक बीकर में $20 \mathrm{~mL}$ कैस्टर तेल अथवा कपास बीज का तेल अथवा तीसी का तेल अथवा सोयाबीन का तेल लीजिए। इसमें 20 प्रतिशत सोडियम हाइड्रॉक्साइड का $30 \mathrm{~mL}$ विलयन डालिए। मिश्रण के गाढ़ा होने तक कुछ मिनट लगातार हिलाते हुए इसे गर्म कीजिए। इसमें $5-10 \mathrm{~g}$ साधारण नमक मिलाइए। मिश्रण को अच्छी तरह मिलाकर उसे ठंडा कीजिए।

साबुन को आप आकर्षक आकार में काट सकते हैं। इसके जमने से पहले इसमें आप इत्र भी मिला सकते हैं।

Chapter-04 Carbon and Its Compounds

4.1 BONDING IN CARBON - THE COVALENT BOND

Questions

4.2 VERSATILE NATURE OF CARBON

4.2.1 Saturated and Unsaturated Carbon Compounds

4.2.2 Chains, Branches and Rings

4.2.3 Will you be my Friend?

4.2.4 Homologous Series

4.2.5 Nomenclature of Carbon Compounds

Questions

4.3 CHEMICAL PROPERTIES OF CARBON COMPOUNDS

4.3.1 Combustion

4.3.2 Oxidation

4.3.3 Addition Reaction

4.3.4 Substitution Reaction

Questions

4.4 SOME IMPORTANT CARBON COMPOUNDS - ETHANOL AND ETHANOIC ACID

4.4.1 Properties of Ethanol

4.4.2 Properties of Ethanoic Acid

Questions

4.5 SOAPS AND DETERGENTS

Questions

What you have learnt

EXERCISES

Group Activity

4.1 कार्बन में आबंधन-सहसंयोजी आबंध

प्रश्न

4.2 कार्बन की सर्वतोमुखी प्रकृति

4.2.1 संतृप्त एवं असंतृप्त कार्बन यौगिक

4.2.2 श्रंखलाएँ, शाखाएँ एवं वलय

4.2.3 मुझसे दोस्ती करेंगे?

4.2.4 समजातीय श्रेणी

4.2.5 कार्बन यौगिकों की नामपद्धति

प्रश्न

4.3 कार्बन यौगिकों के रासायनिक गुणधर्म

4.3.1 दहन

4.3.2 ऑक्सीकरण

4.3.3 संकलन अभिक्रिया

4.3.4 प्रतिस्थापन अभिक्रिया

प्रश्न

4.4 कुछ महत्वपूर्ण कार्बन यौगिक- एथनॉल तथा एथेनॉइक अम्ल

4.4.1 एथनॉल के गुणधर्म

4.4.2 एथेनॉइक अम्ल के गुणधर्म

प्रश्न

4.5 साबुन और अपमार्जक

प्रश्न

आपने क्या सीखा

अभ्यास

सामूहिक क्रियाकलाप

Table of Contents

Engineering Preparation

Medical Preparation

NCERT Books & Solutions

Important Resources

Other Resources

Syllabus

Mentorship

NCERT Exercise Video Solution

Menu