अध्याय अध्ययन: कार्बन एवं इसके यौगिक

(Bihar Board Class 10 Science - Chapter 4)

खंड 1: कार्बन की जादुई दुनिया (Introduction to Carbon)

कार्बन एक ऐसा तत्व है जो हमारे जीवन का आधार है। भोजन, कपड़े, दवाइयां, किताबें और यहाँ तक कि हमारा शरीर—सब कार्बन से बने हैं।

परमाणु संख्या (Atomic Number): 6

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: 2, 4 (K=2, L=4)

संयोजकता (Valency): 4 (चतुःसंयोजक)

1. कार्बन में आबंध (Bonding in Carbon): सहसंयोजक आबंध

कार्बन को अपना अष्टक (Octet) पूरा करने के लिए 4 इलेक्ट्रॉन चाहिए।

न तो यह 4 इलेक्ट्रॉन छोड़ सकता है (

 $C^{4 +}$

बनाना मुश्किल है क्योंकि इसके लिए बहुत ऊर्जा चाहिए)।

न ही यह 4 इलेक्ट्रॉन ले सकता है (

 $C^{4 -}$

बनाना मुश्किल है क्योंकि 6 प्रोटॉन 10 इलेक्ट्रॉनों को संभाल नहीं पाएंगे)।

समाधान: कार्बन अपने इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी (Sharing) करता है। इस साझेदारी से जो बंध बनता है, उसे सहसंयोजक आबंध (Covalent Bond) कहते हैं।

उदाहरण:

हाइड्रोजन (

 $H_{2}$

एकल आबंध (Single Bond).

ऑक्सीजन (

 $O_{2}$

द्वि-आबंध (Double Bond).

नाइट्रोजन (

 $N_{2}$

त्रि-आबंध (Triple Bond).

मेथेन (

 $C H_{4}$

कार्बन 4 हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ एक-एक इलेक्ट्रॉन साझा करता है।

2. कार्बन के दो विशेष गुण (Versatile Nature)

यही कारण है कि दुनिया में लाखों कार्बनिक यौगिक हैं:

शृंखलन (Catenation): कार्बन में कार्बन के ही अन्य परमाणुओं के साथ जुड़कर लंबी चेन (Chain), शाखा (Branch) या वलय (Ring) बनाने की अद्भुत क्षमता होती है। (जैसे—हीरा, ग्रेफाइट, फुलरीन)।

नोट: सल्फर भी जुड़ता है (

 $S_{8}$

), लेकिन कार्बन जितनी लंबी चेन नहीं बना सकता।

चतुःसंयोजकता (Tetravalency): कार्बन की संयोजकता 4 है, इसलिए यह ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फर, क्लोरीन आदि के साथ आसानी से बंध बना सकता है।

खंड 2: हाइड्रोकार्बन (Hydrocarbons)

वे यौगिक जो सिर्फ कार्बन और हाइड्रोजन से मिलकर बने होते हैं।

(A) संतृप्त हाइड्रोकार्बन (Saturated Hydrocarbons - Alkanes):

इनमें कार्बन-कार्बन के बीच केवल एकल आबंध (Single Bond) होता है।

सामान्य सूत्र:

 $C_{n} H_{2 n + 2}$

उदाहरण: मेथेन (

 $C H_{4}$

), एथेन (

 $C_{2} H_{6}$

), प्रोपेन (

 $C_{3} H_{8}$

)।

ये कम अभिक्रियाशील होते हैं और साफ नीली लौ के साथ जलते हैं।

(B) असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (Unsaturated Hydrocarbons):
इनमें द्वि-आबंध या त्रि-आबंध होते हैं।

ऐल्कीन (Alkenes): द्वि-आबंध (

$=$

)।

सूत्र:

 $C_{n} H_{2 n}$

उदाहरण: एथीन (

 $C_{2} H_{4}$

ऐल्काइन (Alkynes): त्रि-आबंध (

 $\equiv$

सूत्र:

 $C_{n} H_{2 n - 2}$

उदाहरण: एथाइन (

 $C_{2} H_{2}$

ये अधिक अभिक्रियाशील होते हैं और जलने पर काली धुएँ वाली पीली लौ देते हैं।

खंड 3: समावयवता और संरचना (Isomerism & Structure)

समावयवता (Isomerism):
जब दो यौगिकों का अणुसूत्र (Formula) समान हो लेकिन उनकी संरचना (Structure) अलग-अलग हो।

उदाहरण (पेन्टेन -

 $C_{5} H_{12}$

इसके 3 समावयव हैं—

नॉर्मल पेन्टेन (सीधी चेन)।

आइसो-पेन्टेन (एक शाखा)।

नियो-पेन्टेन (दो शाखाएं)।

चक्रीय यौगिक (Cyclic Compounds):

संतृप्त: साइक्लोहेक्सेन (

 $C_{6} H_{12}$

) - हर कार्बन 2 हाइड्रोजन से जुड़ा है।

असंतृप्त (ऐरोमैटिक): बेंजीन (

 $C_{6} H_{6}$

)

। इसमें एक छोड़कर एक (एकांतर) द्वि-आबंध होते हैं। (यह बहुत महत्वपूर्ण संरचना है)।

खंड 4: प्रकार्यात्मक समूह और नामकरण (Functional Groups & IUPAC)

हाइड्रोजन को हटाकर जो विशेष समूह कार्बन चेन से जुड़ता है और उसके रासायनिक गुण तय करता है, उसे प्रकार्यात्मक समूह (Functional Group) कहते हैं।

समूह	सूत्र	अनुलग्न (Suffix)	उदाहरण
हैलो	$- C l, - B r$	क्लोरो/ब्रोमो (Prefix)	क्लोरोप्रोपेन
ऐल्कोहॉल	$- O H$	-ऑल (-ol)	एथेनॉल ( $C_{2} H_{5} O H$ )
ऐल्डिहाइड	$- C H O$	-अल (-al)	एथेनल ( $C H_{3} C H O$ )
कीटोन	$> C = O$	-ओन (-one)	प्रोपेनोन ( $C H_{3} C O C H_{3}$ )
कार्बोक्सिलिक अम्ल	$- C O O H$	-ओइक अम्ल (-oic acid)	एथेनॉइक अम्ल

समजातीय श्रेणी (Homologous Series):
यौगिकों की ऐसी श्रृंखला जिसमें प्रकार्यात्मक समूह समान हो।

हर अगले सदस्य में

 $- C H_{2}$

का अंतर होता है।

अणुभार में 14 u का अंतर होता है।

रासायनिक गुण समान होते हैं, लेकिन भौतिक गुण (गलनांक/क्वथनांक) बदलते हैं।

खंड 5: कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुण

यह खंड परीक्षा की दृष्टि से सबसे महत्वपूर्ण है क्योंकि यहाँ से समीकरण पूछे जाते हैं।

1. दहन (Combustion)

सभी कार्बनिक यौगिक ऑक्सीजन में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और ऊष्मा देते हैं।

 $C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O + ऊष्मा + प्रकाश$

कोयला या लकड़ी जलने पर लौ क्यों नहीं देते? क्योंकि वे वाष्पशील नहीं होते, वे लाल होकर चमकते (Glow) हैं।

बर्तन काले क्यों होते हैं? अगर ईंधन पूरी तरह नहीं जलता (ऑक्सीजन की कमी), तो बिना जले कार्बन के कण बर्तन की तली को काला कर देते हैं।

2. ऑक्सीकरण (Oxidation)

ऐल्कोहॉल को अम्ल में बदलना।

 $C H_{3} C H_{2} O H \overset{क्षारीय K M n O_{4} + ऊष्मा}{\to} C H_{3} C O O H$

यहाँ

 $K M n O_{4}$

(पोटैशियम परमैंगनेट) एक ऑक्सीकारक है जो ऑक्सीजन जोड़ता है।

3. संकलन अभिक्रिया (Addition Reaction)

असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (जैसे वनस्पति तेल) को संतृप्त (जैसे वनस्पति घी) बनाना।

उत्प्रेरक: निकल (Ni) या पैलेडियम (Pd)।

प्रक्रिया: वनस्पति तेल + $H_2 \xrightarrow{Ni} $ वनस्पति घी।

इसे हाइड्रोजनीकरण (Hydrogenation) भी कहते हैं। (स्वास्थ्य के लिए असंतृप्त तेल अच्छे होते हैं, संतृप्त घी नहीं)।

4. प्रतिस्थापन अभिक्रिया (Substitution Reaction)

संतृप्त हाइड्रोकार्बन बहुत शांत होते हैं, लेकिन सूर्य के प्रकाश में वे क्लोरीन से क्रिया करते हैं।

$C H_{4} + C l_{2} \overset{S u n l i g h t}{\to} C H_{3} C l + H C l$

(क्लोरीन एक-एक करके हाइड्रोजन को हटाता जाता है)।

खंड 6: कुछ महत्वपूर्ण कार्बनिक यौगिक

(A) एथेनॉल (Alcohol -

गुण: रंगहीन, अच्छी गंध, पानी में घुलनशील। इसका उपयोग टिंचर आयोडीन, कफ सिरप और शराब में होता है।

सोडियम से अभिक्रिया: हाइड्रोजन गैस निकलती है।

 $2 N a + 2 C H_{3} C H_{2} O H \to 2 C H_{3} C H_{2} O^{-} N a^{+} (सोडियमएथॉक्साइड) + H_{2}$

निर्जलीकरण (Dehydration): गर्म सान्द्र

 $H_{2} S O_{4}$

के साथ गर्म करने पर इसमें से पानी निकल जाता है और एथीन ( बनता है।

(B) एथेनॉइक अम्ल (Acetic Acid -

सिरका: 5-8% एथेनॉइक अम्ल के जलीय विलयन को सिरका (Vinegar) कहते हैं।

ग्लेशियल ऐसीटिक अम्ल: शुद्ध एथेनॉइक अम्ल का गलनांक कम (290 K) होता है, इसलिए ठंड में यह बर्फ की तरह जम जाता है।

महत्वपूर्ण अभिक्रियाएँ:

एस्टरीकरण (Esterification): अम्ल + ऐल्कोहॉल

 $\to$

एस्टर (मीठी फलों जैसी गंध)।

 $C H_{3} C O O H + C_{2} H_{5} O H \overset{H^{+}}{\to} C H_{3} C O O C_{2} H_{5} (एस्टर) + H_{2} O$

साबुनीकरण (Saponification): एस्टर + क्षार (

 $N a O H$

)

 $\to$

साबुन + ऐल्कोहॉल।

कार्बोनेट के साथ: यह बेकिंग सोडा (

 $N a H C O_{3}$

) या चूना पत्थर (

 $N a_{2} C O_{3}$

) के साथ क्रिया करके गैस देता है (तेज बुदबुदाहट/सनसनाहट होती है)।

खंड 7: साबुन और अपमार्जक (Soaps and Detergents)

1. साबुन कैसे काम करता है?

साबुन के अणु लंबी चेन वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों के सोडियम लवण होते हैं। अणु के दो सिरे होते हैं:

जलरागी (Hydrophilic): आयनिक सिरा (

 $N a^{+}$

)। यह पानी की तरफ भागता है।

जलविरागी (Hydrophobic): कार्बन चेन पूँछ। यह पानी से डरता है और तेल/मैल की तरफ भागता है।

मिसेल (Micelle) का निर्माण:
जब साबुन को पानी में डालते हैं, तो कार्बन वाली पूँछ मैल (तेल) के कणों को बीच में पकड़ लेती है और आयनिक सिरा बाहर पानी की तरफ रहता है। यह एक गोल संरचना बनाता है जिसे 'मिसेल' कहते हैं। जब हम कपड़े रगड़ते हैं, तो यह मिसेल मैल को खींचकर पानी में ले आता है।

2. कठोर जल की समस्या

कठोर जल (Hard Water) में कैल्सियम (Ca) और मैग्नीशियम (Mg) के लवण होते हैं।

साबुन इनके साथ अभिक्रिया करके एक अघुलनशील सफेद पदार्थ (स्कम/Scum) बनाता है। इसलिए झाग नहीं बनता और साबुन बर्बाद होता है।

3. अपमार्जक (Detergent)

ये कठोर जल में भी काम करते हैं क्योंकि इनके कैल्सियम/मैग्नीशियम लवण पानी में घुलनशील होते हैं। इसलिए शैम्पू और कपड़े धोने के पाउडर में डिटर्जेंट का उपयोग होता है।

सारांश: परीक्षा के लिए 'की-पॉइंट्स'

हीरा vs ग्रेफाइट: हीरा कठोर (3D संरचना), ग्रेफाइट मुलायम और सुचालक (परतदार षट्कोणीय संरचना)।

 $C O_{2}$

vs
$H_{2}$
:

चूने के पानी को दूधिया करे तो

 $C O_{2}$

, 'पॉप' साउंड करे तो

 $H_{2}$

।

असंतृप्त की पहचान: ब्रोमीन जल का रंग उड़ा देते हैं।

एस्टर: फलों जैसी गंध (Perfume/Flavoring agents)।

सिरका: एथेनॉइक अम्ल का तनु विलयन।

IUPAC नाम: कार्बन की गिनती करें

 $\to$

बॉन्ड देखें (एन/ईन/आइन)

 $\to$

ग्रुप देखें (ऑल/अल/ओइक)।

Class 10 Science Button

कार्बन एवं इसके यौगिक (Bihar Board Class 10 Science - Chapter 4)