कार्बन और उसके यौगिक: बंधन, अपररूप और परीक्षा प्रश्न

कार्बन का परमाणु क्रमांक छह है, इसलिए उसके परमाणु के बाहरी कोश में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं और अष्टक पूरा करने के लिए चार और चाहिए। वह न चार इलेक्ट्रॉन देता है और न चार लेता है, क्योंकि दोनों ही स्थितियों में छोटे नाभिक पर बहुत बड़ा आवेश संभालना पड़ता; इसके बजाय वह साझा करता है और चार सहसंयोजक बंध बनाता है। यही एक तथ्य परीक्षा में कार्बन से जुड़ी लगभग हर बात समझा देता है, हीरे की कठोरता से लेकर यौगिकों की विशाल संख्या तक।

कार्बन इतने यौगिक क्यों बनाता है

कार्बन यौगिकों की विशाल संख्या के दो कारण हैं। पहला है शृंखलन, यानी कार्बन परमाणुओं का आपस में जुड़कर लंबी शृंखलाएं, शाखित शृंखलाएं और वलय बनाना; कार्बन यह गुण किसी भी अन्य तत्व से अधिक दिखाता है क्योंकि कार्बन-कार्बन बंध छोटा और बहुत मजबूत होता है। दूसरा है चतुःसंयोजकता: चार बंध होने से एक कार्बन परमाणु कार्बन के या हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर तथा हैलोजन जैसे तत्वों के चार परमाणु थाम सकता है। जिन यौगिकों का अणुसूत्र एक हो पर संरचना भिन्न हो उन्हें समावयवी कहते हैं; C4H10 सूत्र वाले ब्यूटेन के दो, पेंटेन के तीन और हेक्सेन यानी C6H14 के पांच समावयवी होते हैं।

कार्बन के अपररूप

हीरा और ग्रेफाइट एक ही तत्व से बने हैं और उनके गुणों का अंतर केवल परमाणुओं के जुड़ने के ढंग से आता है। ग्रेफाइट में हर परमाणु का एक संयोजी इलेक्ट्रॉन मुक्त रहकर चल सकता है, इसलिए वह चालन करता है, जबकि हीरे में हर इलेक्ट्रॉन बंध में बंधा होता है।

हाइड्रोकार्बन

केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बने यौगिक हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं। संतृप्त हाइड्रोकार्बन यानी ऐल्केन में केवल एकल बंध होते हैं और उनका सामान्य सूत्र CnH2n+2 है, जिसका पहला सदस्य मेथेन है। असंतृप्त हाइड्रोकार्बन में बहुबंध होता है: ऐल्कीन में कार्बन-कार्बन द्विबंध होता है, सूत्र CnH2n, और पहला सदस्य एथीन है; ऐल्काइन में त्रिबंध होता है, सूत्र CnH2n-2, और पहला सदस्य एथाइन है, जिसे एसिटिलीन भी कहते हैं। जिस यौगिक में ठीक दो कार्बन-कार्बन द्विबंध हों उसे डाइईन कहा जाता है। जिस श्रेणी में हर सदस्य अगले से एक CH2 इकाई, यानी चौदह द्रव्यमान इकाई, से भिन्न हो वह समजातीय श्रेणी है; उसके सदस्यों के रासायनिक गुण समान रहते हैं और भौतिक गुण क्रमशः बदलते हैं।

क्रियात्मक समूह

याद रखने योग्य अभिक्रियाएं

भरपूर वायु में हाइड्रोकार्बन के दहन से कार्बन डाइऑक्साइड, जल और ऊष्मा मिलती है तथा ज्वाला साफ नीली रहती है; वायु की कमी होने पर दहन अपूर्ण होता है और ज्वाला पीली तथा कज्जली हो जाती है, इसीलिए गैस बर्नर के वायु छिद्र साफ रखे जाते हैं। जिन यौगिकों में कार्बन का अनुपात अधिक होता है, जैसे ऐरोमैटिक हाइड्रोकार्बन, वे इसी कारण जल्दी धुआं देते हैं। योगात्मक अभिक्रिया में असंतृप्त यौगिक निकल या पैलेडियम की उपस्थिति में हाइड्रोजन ग्रहण कर संतृप्त हो जाता है, जिसका औद्योगिक उदाहरण वनस्पति तेल से वनस्पति घी बनाना है। प्रतिस्थापन अभिक्रिया में संतृप्त यौगिक का एक परमाणु दूसरे से बदल जाता है, जैसे सूर्य के प्रकाश में मेथेन और क्लोरीन की अभिक्रिया। एथेनॉल सोडियम से क्रिया कर हाइड्रोजन देता है और सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ गर्म करने पर जल खोकर एथीन बनाता है। एथेनोइक अम्ल, जिसका पांच से आठ प्रतिशत विलयन सिरका कहलाता है, अम्ल उत्प्रेरक की उपस्थिति में ऐल्कोहॉल से क्रिया कर मीठी गंध वाला एस्टर देता है और सोडियम हाइड्रॉक्साइड से क्रिया कर वह लवण देता है जिससे साबुन बनता है; इस अभिक्रिया को साबुनीकरण कहते हैं।

ईंधन और रोजमर्रा के कार्बन यौगिक

रसोई में प्रयुक्त द्रवित पेट्रोलियम गैस मुख्यतः प्रोपेन और ब्यूटेन है, जबकि संपीडित प्राकृतिक गैस मुख्यतः मेथेन है। साबुन लंबी शृंखला वाले वसा अम्ल का सोडियम या पोटैशियम लवण है; उसके अणु मिसेल बनाते हैं जिनमें तैलीय पूंछ भीतर और आवेशित सिरे जल की ओर रहते हैं, और इसी से मैल कपड़े से उखड़ता है। कठोर जल में साबुन कैल्शियम तथा मैग्नीशियम लवणों से क्रिया कर अघुलनशील झाग-मल बना देता है, इसीलिए सल्फोनिक अम्लों के लवण यानी अपमार्जक वहां काम करते हैं जहां साबुन विफल रहता है।