BSEB 10th Science Ex-4 Ultimate Notes Free pdf | कार्बन और उसके यौगिक
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BSEB 10th Science Ex-4 Ultimate Notes : कार्बन और उसके यौगिक
परिचय (Introduction)
कार्बन एक ऐसा तत्व है जो हमारे जीवन का आधार है। यह पृथ्वी पर और सजीवों में हर जगह पाया जाता है। हमारे भोजन, कपड़ों, दवाओं, पुस्तकों और कई अन्य वस्तुओं में कार्बन मौजूद होता है। कार्बन की यह अद्वितीय क्षमता कि वह विभिन्न प्रकार के यौगिक बना सकता है, इसे रसायन विज्ञान में एक विशेष स्थान दिलाती है। इस अध्याय में, हम कार्बन के अद्भुत गुणों, उसके द्वारा बनाए गए विभिन्न प्रकार के यौगिकों और उनके महत्व के बारे में विस्तार से जानेंगे।
1. कार्बन में आबंधन (Bonding in Carbon)
सहसंयोजक आबंधन (Covalent Bonding)
कार्बन का परमाणु क्रमांक 6 होता है, जिसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 2, 4 है। इसकी सबसे बाहरी कक्षा (संयोजी कोश) में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक स्थिर विन्यास प्राप्त करने के लिए, कार्बन को या तो 4 इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने होंगे या 4 इलेक्ट्रॉन त्यागने होंगे।
- 4 इलेक्ट्रॉन प्राप्त करना: कार्बन को 4 अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने के लिए अत्यधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी, और परिणामस्वरूप C4- आयन का निर्माण करना मुश्किल होगा।
- 4 इलेक्ट्रॉन त्यागना: 4 इलेक्ट्रॉन त्यागने के लिए भी अत्यधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी, जिससे C4+ आयन का निर्माण मुश्किल हो जाता है।
इन दोनों समस्याओं से बचने के लिए, कार्बन अन्य परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करके यौगिक बनाता है। इलेक्ट्रॉनों की ऐसी साझेदारी से बनने वाले आबंध को सहसंयोजक आबंध (Covalent Bond) कहते हैं।
सहसंयोजक यौगिकों के गुणधर्म:
- इन यौगिकों के गलनांक और क्वथनांक कम होते हैं क्योंकि इनके परमाणुओं के बीच दुर्बल अंतराण्विक बल होते हैं।
- ये यौगिक विद्युत के कुचालक होते हैं क्योंकि इनमें कोई मुक्त आयन नहीं होते।
2. कार्बन की सर्वतोमुखी प्रकृति (Versatile Nature of Carbon)
कार्बन को ‘सर्वतोमुखी’ तत्व कहा जाता है क्योंकि इसमें कुछ अद्वितीय गुण होते हैं जो इसे बड़ी संख्या में यौगिक बनाने की अनुमति देते हैं।
a. श्रृंखलन (Catenation)
कार्बन में कार्बन के अन्य परमाणुओं के साथ आबंध बनाने की अद्वितीय क्षमता होती है जिससे बड़ी संख्या में अणु बनते हैं। इस गुण को श्रृंखलन कहते हैं। कार्बन परमाणु एकल, द्वि या त्रि आबंध द्वारा एक-दूसरे से जुड़कर लंबी श्रृंखलाएँ, शाखित श्रृंखलाएँ या वलय (रिंग) संरचनाएँ बना सकते हैं।
b. चतुःसंयोजकता (Tetravalency)
कार्बन की संयोजकता चार होती है, जिसका अर्थ है कि यह चार अन्य परमाणुओं, जैसे कि कार्बन, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फर, क्लोरीन और अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ आबंध बना सकता है।
3. कार्बन के अपररूप (Allotropes of Carbon)
एक ही तत्व के विभिन्न रूपों को, जिनके रासायनिक गुण समान होते हैं लेकिन भौतिक गुण भिन्न होते हैं, अपररूप कहते हैं। कार्बन के मुख्य अपररूप निम्नलिखित हैं:
a. हीरा (Diamond)
यह कार्बन का सबसे कठोर ज्ञात पदार्थ है। इसमें प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य कार्बन परमाणुओं से सहसंयोजक आबंध द्वारा जुड़ा होता है, जिससे एक त्रिविमीय (3D) संरचना बनती है। यह विद्युत का कुचालक होता है। इसका उपयोग गहनों और कांच काटने वाले उपकरणों में होता है।
b. ग्रेफाइट (Graphite)
यह कार्बन का नरम और चिकना अपररूप है। इसमें प्रत्येक कार्बन परमाणु तीन अन्य कार्बन परमाणुओं से, जिससे षट्कोणीय वलय वाली परतों का निर्माण होता है। ये परतें एक-दूसरे पर फिसल सकती हैं। यह विद्युत का सुचालक होता है। इसका उपयोग पेंसिल लेड, स्नेहक और इलेक्ट्रोड बनाने में होता है।
c. फुलरीन (Fullerenes)
ये कार्बन के ऐसे अपररूप हैं जो फुटबॉल के आकार के होते हैं। सबसे प्रसिद्ध फुलरीन C60 है, जिसमें 60 कार्बन परमाणु होते हैं। इसका उपयोग नैनोतकनीक और दवा वितरण जैसे क्षेत्रों में किया जा रहा है।
4. कार्बनिक यौगिक (Organic Compounds)
कार्बन और हाइड्रोजन से बने यौगिकों को हाइड्रोकार्बन कहते हैं। कार्बनिक यौगिकों में मुख्य रूप से कार्बन और हाइड्रोजन होते हैं, लेकिन उनमें ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर और हैलोजन जैसे अन्य तत्व भी हो सकते हैं।
a. हाइड्रोकार्बन (Hydrocarbons)
- संतृप्त हाइड्रोकार्बन (Saturated – एल्केन): केवल एकल आबंध। सामान्य सूत्र CnH2n+2।
उदाहरण: मेथेन (CH4), एथेन (C2H6)। - असंतृप्त हाइड्रोकार्बन:
- एल्कीन (Alkenes): द्वि आबंध। सूत्र CnH2n।
उदाहरण: एथीन (C2H4)। - एल्काइन (Alkynes): त्रि आबंध। सूत्र CnH2n-2।
उदाहरण: एथाइन (C2H2)।
- एल्कीन (Alkenes): द्वि आबंध। सूत्र CnH2n।
b. समजातीय श्रेणी (Homologous Series)
यौगिकों की ऐसी श्रेणी जिसमें कार्बन श्रृंखला में स्थित हाइड्रोजन को एक ही प्रकार के प्रकार्यात्मक समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इनके रासायनिक गुण समान होते हैं। लगातार दो सदस्यों के बीच CH2 का अंतर।
उदाहरण: मेथेनॉल (CH3OH), एथेनॉल (C2H5OH), प्रोपेनॉल (C3H7OH)
c. प्रकार्यात्मक समूह (Functional Groups)
| प्रकार्यात्मक समूह | सूत्र | उदाहरण |
|---|---|---|
| हैलोजन (Halo-) | -Cl, -Br, -I | क्लोरोमेथेन (CH3Cl) |
| अल्कोहल (Alcohol) | -OH | एथेनॉल (CH3CH2OH) |
| एल्डिहाइड (Aldehyde) | -CHO | एथेनैल (CH3CHO) |
| कीटोन (Ketone) | >C=O | प्रोपेनोन (CH3COCH3) |
| कार्बोक्सिलिक अम्ल | -COOH | एथेनोइक अम्ल (CH3COOH) |
d. नामकरण (IUPAC)
- मूल शब्द: मेथ- (1), एथ- (2), प्रोप- (3), ब्यूट- (4)
- प्रत्यय: एन (एल्केन), ईन (एल्कीन), आइन (एल्काइन), ऑल (अल्कोहल), एल (एल्डिहाइड), ओन (कीटोन), ओइक अम्ल (कार्बोक्सिलिक)
- उदाहरण:
- CH3-CH3 → एथेन
- CH3-CH2-OH → एथेनॉल
- CH3COOH → एथेनोइक अम्ल
5. कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुणधर्म
a. दहन (Combustion)
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + ऊष्मा + प्रकाश
b. ऑक्सीकरण (Oxidation)
CH3CH2OH →[क्षारीय KMnO4 या अम्लीय K2Cr2O7] CH3COOH
c. संकलन अभिक्रिया (Addition Reaction)
CH₂=CH₂ + H₂ →[Ni उत्प्रेरक] CH₃-CH₃ (वनस्पति घी बनाने में उपयोग)
d. प्रतिस्थापन अभिक्रिया (Substitution Reaction)
CH4 + Cl₂ →[सूर्यप्रकाश] CH₃Cl + HCl
6. कुछ महत्वपूर्ण कार्बन यौगिक
a. एथेनॉल (Ethanol – CH₃CH₂OH)
- रंगहीन, सुखद गंध वाला और ज्वलनशील द्रव। जल में अत्यधिक घुलनशील।
- सोडियम से अभिक्रिया: 2Na + 2CH₃CH₂OH → 2CH₃CH₂O⁻Na⁺ + H₂
- निर्जलीकरण: CH₃CH₂OH →[सांद्र H₂SO₄, 443 K] CH₂=CH₂ + H₂O
- उपयोग: शराब, कफ सिरप, टिंचर आयोडीन में विलायक, ईंधन (पेट्रोल में मिलाकर)।
b. एथेनोइक अम्ल (Ethanoic Acid – CH₃COOH)
- इसे सामान्यतः एसिटिक अम्ल कहा जाता है। 3-5% विलयन को सिरका कहते हैं।
- शुद्ध का गलनांक 290 K → ग्लेशियल एसिटिक अम्ल।
- एस्टरीकरण: CH₃COOH + CH₃CH₂OH ⇌[अम्ल] CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O (मीठी गंध)
- क्षार से: CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
- कार्बोनेट से: 2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂
7. साबुन और अपमार्जक (Soaps and Detergents)
a. साबुन (Soaps)
साबुन लंबी श्रृंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों (फैटी एसिड) के सोडियम या पोटेशियम लवण होते हैं।
उदाहरण: सोडियम स्टीयरेट (C₁₇H₃₅COONa)।
b. साबुन की सफाई क्रिया (Cleansing Action) – मिसेल निर्माण
साबुन के अणु में दो भाग होते हैं:
जलरागी शीर्ष (-COO⁻Na⁺): जल में घुलनशील।
जलविरागी पूंछ (हाइड्रोकार्बन श्रृंखला): तेल/ग्रीस में घुलनशील।
जल में घोलने पर मिसेल बनता है → गंदगी को घेरकर पानी में बहा देता है।
c. अपमार्जक (Detergents)
अपमार्जक लंबी श्रृंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों के अमोनियम या सल्फोनेट लवण होते हैं।
ये कठोर जल में भी प्रभावी होते हैं क्योंकि Ca/Mg से अविलेय अवक्षेप नहीं बनाते।
साबुन vs अपमार्जक: साबुन कठोर जल में झाग नहीं देते → स्कम बनता है। अपमार्जक कठोर जल में भी सफाई करते हैं।
Science अध्याय 4 कार्बन और उसके यौगिक Notes का pdf
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Notes क्या होते हैं और क्यों आवश्यक होते हैं?
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