वही परमाणु, अलग आकार: हाइड्रोकार्बन और उनके समावयवी

सिमुलेशन का उपयोग कैसे करें

1. कार्बन की संख्या 4 और आबंध का प्रकार ऐल्केन रखकर शुरू करो। बीच में धीरे घूम रहा है ब्यूटेन, C₄H₁₀। गहरी गेंदें कार्बन हैं, हल्की गेंदें हाइड्रोजन, और डंडियाँ आबंध।
2. दाईं ओर दो छोटे चित्र हैं: ब्यूटेन और 2-मेथिलप्रोपेन। दोनों C₄H₁₀ हैं। कैनवास के नीचे समावयवी बटन दबाकर बड़ा मॉडल एक से दूसरे पर ले जाओ। सूत्र वही रहता है, पर नाम, संघनित सूत्र और आकार बदल जाते हैं।
3. कार्बन 6 कर दो। हाइड्रोजन 2n + 2 के नियम से चलते हैं और समावयवियों की संख्या उछलकर पाँच हो जाती है।
4. आबंध का प्रकार ऐल्कीन, फिर ऐल्काइन करो। हाइड्रोजन गिनो, हर बार दो कम। पाई (π) आबंध की गिनती 1 होगी, फिर 2।
5. “हाइड्रोजन छिपाओ” पर टिक करो तो सिर्फ़ कार्बन ढाँचा बचता है। परीक्षा में कार्बनिक रसायन के लोग इसी तरह संरचना बनाते हैं।

रसोई के सिलेंडर की गैस

कई रसोइयों के एलपीजी सिलेंडर में मुख्यतः दो अणु होते हैं, प्रोपेन और ब्यूटेन। पेट्रोल बड़े अणुओं का मिश्रण है। मोमबत्ती का मोम, पॉलिथीन की थैली और सड़क का तारकोल भी हाइड्रोकार्बन हैं। सब सिर्फ़ दो तत्वों, कार्बन और हाइड्रोजन, से बने हैं।

दो तत्वों से हज़ारों यौगिक कैसे बनते हैं? क्योंकि कार्बन परमाणु आपस में श्रृंखला में, शाखाओं में, एकल-द्वि-त्रिआबंध से जुड़ सकते हैं, और वही परमाणु एक से ज़्यादा तरीकों से सज सकते हैं। इस पेज पर तुम वे सजावटें बनाकर घुमाकर देख सकते हो।

हाइड्रोकार्बन क्या है, और तीन परिवार

जो यौगिक केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बना हो, वह हाइड्रोकार्बन है। अगर कार्बन-कार्बन के सारे आबंध एकल हों तो वह संतृप्त है: हर कार्बन ने जितने हाइड्रोजन पकड़ सकता था उतने पकड़ रखे हैं। ये ऐल्केन हैं। द्विआबंध हो तो ऐल्कीन, त्रिआबंध हो तो ऐल्काइन। अंतिम दोनों असंतृप्त हैं, क्योंकि बहु-आबंध खुल जाए तो वे और हाइड्रोजन ले सकते हैं।

तीनों परिवार गिनती के सुंदर नियम मानते हैं। n कार्बन पर: ऐल्केन में हाइड्रोजन 2n + 2, ऐल्कीन में 2n, ऐल्काइन में 2n − 2। कार्बन श्रृंखला में हर अतिरिक्त आबंध दो हाइड्रोजन घटा देता है।

एनिमेशन कैसे पढ़ें

बीच का बड़ा मॉडल प्रोग्राम केवल कार्बन ढाँचे से बनाता है। हर कार्बन के चार आबंध पूरे करने के लिए कितने हाइड्रोजन चाहिए, यह निकालता है, फिर असली आबंध-लंबाई और कोणों के हिसाब से सब कुछ 3D में रखता है। दृश्य को थोड़ा झुकाया जाता है, दूरी का परिप्रेक्ष्य दिया जाता है, और गहराई के हिसाब से क्रम लगाया जाता है ताकि पास का परमाणु दूर वाले को ढक दे। अणु धीरे घूमता है, इसलिए हर तरफ़ से दिखता है।

ऊपर अणुसूत्र और IUPAC नाम लिखा है। मॉडल के नीचे संघनित सूत्र है, जो संरचना को एक पंक्ति में लिखने का तरीका है। कैनवास के नीचे के पैनल में सूत्र, सामान्य सूत्र, कार्बन और हाइड्रोजन की संख्या, श्रृंखला समावयवियों की संख्या, और सिग्मा तथा पाई आबंधों की गिनती है।

आकार और आबंध: डंडियाँ ऐसी क्यों दिखती हैं

चार एकल आबंधों वाला कार्बन उन्हें समचतुष्फलक के कोनों की ओर फैलाता है, लगभग 109.5° के अंतर पर। इसीलिए एकल आबंधों की श्रृंखला 3D में टेढ़ी-मेढ़ी होती है, सीधी रेखा नहीं। द्विआबंध वाले कार्बन के तीन पड़ोसी एक ही तल में होते हैं, लगभग 120° पर। त्रिआबंध में कार्बन और उसके दोनों पड़ोसी सीधी रेखा में, 180° पर।

बहु-आबंध छोटे भी होते हैं। मॉडल में C–C एकल आबंध 1.54 Å, C=C 1.34 Å और C≡C 1.20 Å है। द्विआबंध यानी एक सिग्मा आबंध (σ, आमने-सामने अतिव्यापन, जो ढाँचा थामे रखता है) और एक पाई आबंध (π, बगल-बगल अतिव्यापन, ऊपर-नीचे)। त्रिआबंध यानी एक σ और दो π। पैनल में देखो: हर जुड़ाव एक σ आबंध है, और π की गिनती सिर्फ़ अतिरिक्त आबंध गिनती है।

नामकरण: IUPAC की विधि

नियम इतने छोटे हैं कि याद हो जाएँ। सबसे लंबी लगातार कार्बन श्रृंखला खोजो और उसका मूल नाम लो। जिस सिरे से शाखाओं को सबसे छोटे अंक मिलें, वहाँ से श्रृंखला को अंक दो। हर शाखा का नाम दो (एक कार्बन मेथिल, दो कार्बन एथिल), आगे उसका अंक लगाओ और शाखाओं को वर्णक्रम में लिखो। एक ही शाखा दो बार हो तो di, तीन बार हो तो tri।

एनिमेशन का शाखा वाला C₄H₁₀ लो। सबसे लंबी श्रृंखला तीन कार्बन की है, इसलिए मूल नाम प्रोपेन, कार्बन 2 पर एक मेथिल शाखा: 2-methylpropane (लिखा CH₃–CH(CH₃)–CH₃)। पाँच कार्बन वाला अणु, जिसके केंद्र में एक कार्बन चार कार्बन थामे है, 2,2-dimethylpropane (CH₃–C(CH₃)(CH₃)–CH₃) है: यहाँ भी सबसे लंबी श्रृंखला तीन कार्बन की है और कार्बन 2 पर दो मेथिल हैं।

संरचनात्मक समावयवी: वही सूत्र, अलग ढाँचा

संरचनात्मक समावयवी वे यौगिक हैं जिनका अणुसूत्र एक है पर परमाणु अलग ढंग से जुड़े हैं। ब्यूटेन और 2-मेथिलप्रोपेन दोनों C₄H₁₀ हैं। ब्यूटेन में चारों कार्बन एक पंक्ति में हैं; 2-मेथिलप्रोपेन में एक कार्बन बीच में है और तीन उससे जुड़े हैं। ये अलग यौगिक हैं और गुण भी अलग हैं, जबकि केवल अणुसूत्र देखकर फ़र्क नहीं पता चलता।

ऐल्केन के समावयवियों की संख्या तेज़ी से बढ़ती है: C₄H₁₀ के 2, C₅H₁₂ के 3, C₆H₁₄ के 5, फिर हेप्टेन के 9 और ऑक्टेन के 18। सिमुलेशन में 4 से 6 कार्बन का ऐल्केन चुनो और समावयवियों पर बारी-बारी जाओ। छह कार्बन का परिवार है hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane।

आम तौर पर समावयवी जितना शाखित होता है, अणु उतना सुगठित और गोलाकार होता है, इसलिए पड़ोसियों से चिपकने का सतही क्षेत्र कम रहता है। इसी वजह से शाखित समावयवी आमतौर पर सीधी श्रृंखला वाले समावयवी से कम तापमान पर उबलता है।

सिमुलेशन में खुद करके देखो

क्रम से करो। पहले अंदाज़ा लगाओ, फिर मिलाओ।

• प्रयोग 1: कार्बन 1 रखकर मीथेन देखो। हाइड्रोजन गिनो (4) और ध्यान दो कि चारों आबंध समचतुष्फलक के कोनों की ओर गए हैं।
• प्रयोग 2: ऐल्केन में n को 1 से 6 तक ले जाओ और हर बार हाइड्रोजन की संख्या लिखो। 4, 6, 8, 10, 12, 14 मिलेंगे: हर कार्बन पर 2 बढ़ते हैं।
• प्रयोग 3: कार्बन 2 रखकर ऐल्केन, ऐल्कीन, ऐल्काइन बदलो। हाइड्रोजन गिनो (6, 4, 2)। ईथेन के हाइड्रोजन चतुष्फलकीय दिशाओं में हैं, ईथीन समतल है, ईथाइन सीधी रेखा है, और हर बार C–C आबंध छोटा होता है।
• प्रयोग 4: कार्बन 5, ऐल्केन रखो। 3 समावयवियों को घुमाकर देखो। कौन सबसे ज़्यादा गेंद जैसा लगता है? (2,2-dimethylpropane।)
• प्रयोग 5: कार्बन 6 करो। 5 समावयवियों में से हर एक की सबसे लंबी श्रृंखला की लंबाई लिखो। हेक्सेन में छहों एक पंक्ति में हैं; बाकी की सबसे लंबी श्रृंखला पाँच या चार की है।

हल किए गए सवाल

यहाँ का हर आँकड़ा एनिमेशन वाले नियमों से ही निकला है।

जो गलतियाँ सब करते हैं

हर साल यहीं अंक कटते हैं।

• नियम की जगह आँख से हाइड्रोजन गिनना: हर कार्बन के कुल चार आबंध होने चाहिए।
• गलत मुख्य श्रृंखला चुनना। सबसे लंबी लगातार श्रृंखला ही लेनी है, चाहे वह कागज़ पर मुड़ी हो, इसलिए ढाँचा ध्यान से बनाओ।
• घुमाए हुए चित्र को नया समावयवी समझना। कोई आबंध तोड़े बिना एक संरचना को दूसरी में घुमा सको तो वह वही अणु है।
• यह भूल जाना कि मीथेन में द्वि या त्रिआबंध नहीं होता, इसलिए पहली ऐल्कीन ईथीन और पहली ऐल्काइन ईथाइन है।
• द्विआबंध को दो σ आबंध कहना। वह एक σ और एक π है।
• गलत सिरे से अंक देना: शाखाओं को सबसे छोटे अंक मिलने चाहिए।

ये अणु कहाँ मिलते हैं

रोज़मर्रा की ज़िंदगी में हाइड्रोकार्बन हर जगह हैं।

• खाना पकाने की गैस: मीथेन, प्रोपेन और ब्यूटेन साफ़ जलते हैं और खूब ऊष्मा देते हैं।
• पेट्रोल और डीज़ल: लगभग पाँच से एक दर्जन से ज़्यादा कार्बन वाली श्रृंखलाओं का मिश्रण। शाखित समावयवी इंजन में चिकनाई से जलता है, इसीलिए शाखाएँ ऑक्टेन संख्या बढ़ाती हैं।
• प्लास्टिक: ईथीन जुड़कर लंबी श्रृंखला बनाता है तो पॉलिथीन, प्रोपीन जुड़कर पॉलिप्रोपिलीन।
• फल पकना: ईथीन पौधों का हार्मोन है। थैली में रखा एक पका केला आसपास के कच्चे केलों को जल्दी पका देता है।
• वेल्डिंग: ईथाइन (ऐसिटिलीन) ऑक्सीजन में जलकर बहुत गर्म लौ देती है।

परीक्षा का कोना

बिना देखे करो, फिर मिलाओ।

• 8 कार्बन वाले ऐल्केन (उत्तर: C₈H₁₈) और 5 कार्बन वाली ऐल्कीन (उत्तर: C₅H₁₀) का अणुसूत्र लिखो।
• C₄H₁₀ के 2 समावयवी बनाकर नाम लिखो (उत्तर: ब्यूटेन और 2-methylpropane)।
• C₆H₁₄ के कितने संरचनात्मक समावयवी हैं? नाम सहित लिखो (उत्तर: 5; hexane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane)।
• ऐल्केन से ऐल्कीन ज़्यादा क्रियाशील क्यों है? (π आबंध कमज़ोर और खुला है, इसलिए आसानी से टूटकर दूसरे परमाणु जोड़ लेता है।)
• संतृप्त और असंतृप्त हाइड्रोकार्बन में क्या अंतर है? हर एक का एक उदाहरण दो।

दोहराव: एक मिनट में पूरा पेज

परीक्षा से पहले इतना पढ़ लो।

• हाइड्रोकार्बन में केवल C और H। ऐल्केन CₙH₂ₙ₊₂, ऐल्कीन CₙH₂ₙ, ऐल्काइन CₙH₂ₙ₋₂।
• आरंभ: meth, eth, prop, but, pent, hex। अंत: -ane, -ene, -yne।
• कार्बन हमेशा चार आबंध बनाता है। एकल आबंध चतुष्फलकीय (109.5°), द्विआबंध समतलीय (120°), त्रिआबंध रैखिक (180°)।
• द्विआबंध = 1 σ + 1 π। त्रिआबंध = 1 σ + 2 π।
• संरचनात्मक समावयवियों का सूत्र एक, कार्बनों का जुड़ाव अलग: C₄H₁₀ के 2, C₅H₁₂ के 3, C₆H₁₄ के 5।
• IUPAC: सबसे लंबी श्रृंखला, शाखाओं के सबसे छोटे अंक, शाखाएँ वर्णक्रम में।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न