Class-10 Science रसायन शास्त्र Ch-4 कार्बन एवं उसके यौगिक

Class-10 Science रसायन शास्त्र Ch-4 कार्बन एवं उसके यौगिक

कार्बन रसायन विज्ञान का सबसे महत्वपूर्ण तत्व है क्योंकि यह लाखों यौगिक बनाता है। जीवित प्राणियों के सभी प्रमुख पदार्थ जैसे प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट, DNA आदि कार्बन पर आधारित होते हैं। कार्बन की सबसे बड़ी विशेषता इसकी चतुसंयोजकता और श्रृंखलन क्षमता है।

4.1 कार्बन का मूल स्वभाव

परमाणु संरचना

कार्बन का परमाणु क्रमांक 6 होता है। इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 2, 4 है। इसका मतलब है कि बाहरी कक्षा में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं।

कार्बन आयन क्यों नहीं बनाता

कार्बन 4 इलेक्ट्रॉन आसानी से न तो खो सकता है और न ही 4 इलेक्ट्रॉन ले सकता है। इसलिए यह हमेशा इलेक्ट्रॉन साझा करके सहसंयोजक बंध बनाता है।

4.2 चतुसंयोजकता (Tetravalency)

कार्बन 4 सहसंयोजक बंध बनाता है।
उदाहरण: CH₄, CCl₄

Hybridisation (Advanced Concept)

sp³ Hybridisation में 4 एकल बंध बनते हैं, आकृति टेट्राहेड्रल होती है और कोण 109.5° होता है। उदाहरण CH₄ है।

sp² Hybridisation में 1 द्वि बंध होता है, आकृति त्रिकोणीय समतल होती है और कोण 120° होता है। उदाहरण C₂H₄ है।

sp Hybridisation में 1 त्रि बंध होता है, आकृति रेखीय होती है और कोण 180° होता है। उदाहरण C₂H₂ है।

4.3 श्रृंखलन (Catenation)

कार्बन अपने ही परमाणुओं से जुड़कर लंबी श्रृंखला बना सकता है क्योंकि C–C बंध मजबूत होता है और परमाणु आकार छोटा होता है।

प्रकार: सीधी श्रृंखला, शाखित श्रृंखला, वलयाकार श्रृंखला और त्रि-आयामी नेटवर्क।

4.4 सहसंयोजक बंध (Covalent Bond)

जब दो परमाणु इलेक्ट्रॉन साझा करते हैं तो सहसंयोजक बंध बनता है।

एकल बंध में 1 इलेक्ट्रॉन जोड़ा साझा होता है, द्वि बंध में 2 इलेक्ट्रॉन जोड़े और त्रि बंध में 3 इलेक्ट्रॉन जोड़े होते हैं।

Sigma bond मजबूत होता है और Pi bond कमजोर होता है।

4.5 Lewis Dot Structure

इसमें इलेक्ट्रॉनों को बिंदुओं द्वारा दर्शाया जाता है जैसे H:H या O::O। यह बंध बनने की प्रक्रिया को समझने में मदद करता है।

4.6 कार्बन के अपररूप (Allotropes)

हीरा में प्रत्येक कार्बन 4 बंध बनाता है और यह बहुत कठोर होता है तथा विद्युत का कुचालक होता है।

ग्रेफाइट में परतदार संरचना होती है और मुक्त इलेक्ट्रॉन होने के कारण यह विद्युत का चालक होता है।

फुलरीन (C60) गेंद जैसी संरचना है और नैनो तकनीक में उपयोग होता है।

ग्राफीन एक परमाणु मोटी परत है जो अत्यंत मजबूत और उत्कृष्ट चालक होती है।

4.7 हाइड्रोकार्बन (Hydrocarbons)

केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बने यौगिक हाइड्रोकार्बन कहलाते हैं।

संतृप्त हाइड्रोकार्बन (Alkane) में केवल एकल बंध होते हैं और इनका सूत्र CnH₂n+₂ होता है।

असंतृप्त हाइड्रोकार्बन में द्वि या त्रि बंध होते हैं।

Alkene का सूत्र CnH₂n और Alkyne का CnH₂n−₂ होता है।

4.8 एरोमैटिक यौगिक

बेंजीन एक एरोमैटिक यौगिक है जिसमें इलेक्ट्रॉन पूरे वलय में फैले रहते हैं। यदि π इलेक्ट्रॉन 4n+2 नियम का पालन करें तो यौगिक एरोमैटिक होता है।

4.9 समजातीय श्रेणी

ऐसे यौगिक जिनमें समान क्रियात्मक समूह होता है और CH₂ का अंतर होता है, समजातीय श्रेणी कहलाते हैं। इनके रासायनिक गुण समान होते हैं लेकिन भौतिक गुण धीरे-धीरे बदलते हैं।

4.10 IUPAC नामकरण

सबसे लंबी श्रृंखला चुनना, functional group की प्राथमिकता तय करना और numbering कम से कम रखना मुख्य नियम हैं। इसके बाद prefix और suffix जोड़कर नाम बनता है।

4.11 क्रियात्मक समूह (Functional Groups)

Alcohol (-OH), Aldehyde (-CHO), Ketone (>C=O), Carboxylic acid (-COOH), Halo group (-X) प्रमुख क्रियात्मक समूह हैं।

4.12 रासायनिक अभिक्रियाएँ

दहन अभिक्रिया में CO₂ और H₂O बनते हैं।
ऑक्सीकरण में oxygen जुड़ता है या hydrogen हटता है।
योगात्मक अभिक्रिया में double bond टूटकर नए परमाणु जुड़ते हैं।
प्रतिस्थापन अभिक्रिया में एक परमाणु दूसरे से बदल जाता है।

4.13 एथेनॉल

एथेनॉल एक रंगहीन और ज्वलनशील द्रव है। इसका निर्माण किण्वन द्वारा होता है। यह ईंधन, विलायक और सैनिटाइजर में उपयोग होता है।

4.14 एथेनॉइक अम्ल

यह सिरके का मुख्य घटक है। इसका स्वाद खट्टा होता है और यह एस्टरीकरण अभिक्रिया में भाग लेता है जिससे एस्टर बनते हैं।

4.15 साबुन एवं अपमार्जक

साबुन वसा और NaOH से बनता है। यह Micelle बनाकर गंदगी हटाता है। कठोर जल में साबुन scum बनाता है। अपमार्जक कठोर जल में भी प्रभावी होते हैं।

4.16 महत्वपूर्ण उन्नत बिंदु

हीरा कठोर होता है क्योंकि इसकी 3D संरचना होती है। ग्रेफाइट चालक होता है क्योंकि इसमें मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। अल्कीन अधिक reactive होते हैं क्योंकि इनमें π bond कमजोर होता है। साबुन कठोर जल में काम नहीं करता क्योंकि Ca²⁺ आयन scum बनाते हैं।

4.17 परीक्षा के लिए महत्वपूर्ण

चतुसंयोजकता, श्रृंखलन, hybridisation, functional group पहचान, IUPAC नामकरण, साबुन बनाम अपमार्जक और अल्केन बनाम अल्कीन अत्यंत महत्वपूर्ण विषय हैं।