छोटे अणु, लंबी शृंखला: पॉलिथीन और नायलॉन ऐसे बनते हैं

सिमुलेशन का उपयोग कैसे करें

1. शुरू में “पॉलिथीन” और n = 4 चुना होता है। चलाओ तो कार्बनों की पंक्ति में हर द्विबंध ढीला होकर एकल बंध बन जाता है और एकलकों के बीच हरे नए बंध उगते हैं।
2. अंत में हरा कोष्ठक दोहराई जाने वाली इकाई को घेर लेता है, पास में छोटा n। वही पूरी शृंखला का साँचा है।
3. “नायलॉन-6,6” चुनो। नीले अम्ल अणु और लाल ऐमीन अणु बारी-बारी से जुड़ते हैं और हर जोड़ से एक नन्हा H₂O उठकर चला जाता है।
4. n का स्लाइडर खिसकाओ। दाईं ओर शृंखला का द्रव्यमान और पानी के अणुओं की संख्या तुरंत बदलती है।
5. पॉलिथीन, पॉलिप्रोपीन और पीवीसी की इकाइयों के द्रव्यमान की तुलना करो। सिर्फ़ पार्श्व समूह (H, CH₃, Cl) बदला है, शृंखला का ढर्रा वही है।

थैली से मछली के जाल तक

सुबह बाज़ार की थैली, दोपहर में पानी का पाइप, रात को नायलॉन की कमीज़। तीनों अलग दिखते हैं, पर सब बहुलक हैं: एक ही छोटी इकाई की लंबी कतार। इकाई या जुड़ने का ढंग बदल दो तो थैली नरम हो जाती है, पाइप कड़ा, और धागा खींचने पर टूटता नहीं।

इस पेज पर देखोगे कि छोटे अणु कैसे जुड़ते हैं और जुड़ते समय कुछ बाहर निकलता है या नहीं। दो रास्ते हैं, और उनका अंतर परीक्षा का सबसे पसंदीदा सवाल है।

एकलक, बहुलक और दोहराई जाने वाली इकाई

एकलक वह छोटा अणु है जो दूसरों से जुड़ सकता है। बहुलक उनसे बनी लंबी शृंखला है। शृंखला का जो टुकड़ा बार-बार लौटता है, वह दोहराई जाने वाली इकाई है, और वह कितनी बार दोहराई गई, यह संख्या n है, जिसे बहुलकीकरण की कोटि भी कहते हैं।

असली शृंखलाओं में n हज़ारों में होता है। मान लो पॉलिथीन की एक शृंखला का मोलर द्रव्यमान 56,000 है। एक इकाई 28 की है, तो n = 56,000 ÷ 28 = 2,000। द्रव्यमान के लिए C = 12, H = 1, O = 16, N = 14, Cl = 35.5 लिया गया है।

दो रास्ते: योगात्मक और संघनन

बहुलकीकरण दो मुख्य प्रकार का होता है। अंतर एक नज़र में:

एनिमेशन को कैसे पढ़ें

योगात्मक में कैनवास पर 2n कार्बन परमाणु रखे हैं, हर एकलक के दो। शुरू में हर जोड़ी में द्विबंध (दो रेखाएँ) है। कहानी आगे बढ़ती है तो दो रेखाएँ मिलकर एक हो जाती हैं और पास के एकलक से जोड़ती हरी नई रेखा उगती है।

पंक्ति छह परमाणुओं से लंबी हो तो शृंखला साँप की तरह अगली पंक्ति में उतर आती है, ताकि एक अटूट शृंखला दिखती रहे। अंत में हरा कोष्ठक पहली दोहराई जाने वाली इकाई को चिह्नित करता है।

संघनन में नीले और लाल ब्लॉक बारी-बारी से रखे हैं, हर ब्लॉक एक एकलक अणु है। दो ब्लॉकों के बीच हरी रेखा बनते ही एक नन्हा हरा-नीला H₂O ऊपर उठकर मिट जाता है। ऊपर चलती गिनती अब तक निकले पानी को दिखाती है।

योगात्मक बहुलकीकरण: एथीन से पॉलिथीन

एथीन के C=C में दो बंध हैं, एक मज़बूत और एक कमज़ोर। कमज़ोर बंध खुलते ही हर कार्बन का एक हाथ खाली हो जाता है, और वह अगले अणु के कार्बन को पकड़ लेता है। शृंखला ऐसे ही बढ़ती है। कोई परमाणु बाहर नहीं जाता, इसलिए इकाई का द्रव्यमान एकलक के बराबर है: 28।

ताप, दाब और उत्प्रेरक यह काम करवाते हैं। परिस्थितियाँ तय करती हैं कि शृंखला कितनी लंबी होगी और कितनी शाखाओं वाली, और इसी से पॉलिथीन नरम थैली बनेगी या कड़ी बोतल।

संघनन बहुलकीकरण: नायलॉन-6,6

यहाँ दो अलग एकलक हैं: डाइअम्ल C₆H₁₀O₄ (द्रव्यमान 146) और डाइऐमीन C₆H₁₆N₂ (द्रव्यमान 116)। –COOH का OH और –NH₂ का एक H मिलकर H₂O बनकर निकल जाते हैं, और उनकी जगह C–N कड़ी (ऐमाइड, –CO–NH–) बन जाती है।

एक दोहराई जाने वाली इकाई में एक अम्ल और एक ऐमीन होते हैं, और दो पानी निकल चुके होते हैं। उसका सूत्र C₁₂H₂₂N₂O₂ और द्रव्यमान 226 है। शृंखला के दोनों सिरों पर एक H और एक OH बचे रहते हैं, कुल 18। n इकाइयों पर (2n − 1) पानी निकलते हैं।

चार बहुलक साथ-साथ

सिमुलेशन के चारों बहुलक, सूत्र और इकाई के द्रव्यमान के साथ। हर द्रव्यमान परमाणु गिनकर निकला है।

सिमुलेशन में खुद करके देखो

क्रम से करो। पहले अपना अनुमान लिखो, फिर देखो।

• प्रयोग 1: “पॉलिथीन”, n = 2। देखो द्विबंध की दो रेखाएँ कब एक होती हैं और हरा नया बंध कब उगता है।
• प्रयोग 2: n = 6 करो। शृंखला दूसरी पंक्ति में उतर आती है। रीडआउट में शृंखला का द्रव्यमान कितना बढ़ा?
• प्रयोग 3: “पीवीसी” चुनो। दूसरे कार्बन के नीचे Cl लटकता है। इसकी इकाई पॉलिथीन से कितनी भारी है?
• प्रयोग 4: “नायलॉन-6,6”, n = 3। छह ब्लॉक, पाँच जोड़, पाँच पानी की बूँदें। रीडआउट की संख्या से मिलाओ।
• प्रयोग 5: किसी भी योगात्मक बहुलक में कितना पानी निकलता है? फिर नायलॉन में? फ़र्क क्यों?

हल किए गए गणितीय सवाल

यहाँ की सारी संख्याएँ एनिमेशन की ही गणना से ली गई हैं।

प्लास्टिक और कचरे की समस्या

जो मज़बूती बहुलकों को काम का बनाती है, वही उन्हें मुसीबत भी बनाती है। ज़्यादातर बहुलक शृंखलाओं को सूक्ष्मजीव आसानी से नहीं तोड़ पाते, इसलिए फेंकी गई थैली सालों तक नालियाँ रोकती है, मिट्टी में पड़ी रहती है और टूट-टूटकर छोटे टुकड़ों में पानी तक पहुँच जाती है।

तीन आदतें मदद करती हैं: कम इस्तेमाल (कपड़े का थैला), दोबारा इस्तेमाल, और अलग से इकट्ठा करके पुनर्चक्रण। कुछ बहुलक दोबारा पिघलाए जा सकते हैं, कुछ नहीं, और पौधों से बने कुछ नए बहुलक समय के साथ टूट भी जाते हैं। किसकी मात्रा कितनी है, यह बदलती रहती है, इसलिए आँकड़े रटने के बजाय कारण समझो।

वे गलतियाँ जो सब करते हैं

हर साल इन्हीं पर अंक कटते हैं।

• योगात्मक और संघनन को उलट देना। योगात्मक में कुछ नहीं निकलता; संघनन में छोटा अणु निकलता है।
• दोहराई जाने वाली इकाई में द्विबंध रख देना। बहुलक में C=C नहीं होता, सिर्फ़ C–C।
• नायलॉन में पानी 2n मान लेना। सही संख्या (2n − 1) है, क्योंकि 2n एकलकों में 2n − 1 जोड़ होते हैं।
• कोष्ठक के बाहर n लिखना भूल जाना: [–CH₂–CH₂–]ₙ।
• एकलक और दोहराई जाने वाली इकाई को मिला देना। पॉलिथीन का एकलक एथीन है, इकाई –CH₂–CH₂–।
• पीवीसी का एकलक गलत बताना। वह क्लोरोएथीन (CH₂=CHCl) है।

परीक्षा का कोना

बिना देखे करो, फिर मिलाओ।

• योगात्मक और संघनन बहुलकीकरण में दो अंतर लिखो।
• पॉलिप्रोपीन की इकाई का द्रव्यमान क्या है? उत्तर: 42।
• नायलॉन-6,6 के दोनों एकलक सूत्र और द्रव्यमान सहित लिखो। उत्तर: C₆H₁₀O₄ (146) और C₆H₁₆N₂ (116)।
• 50 इकाइयों की नायलॉन शृंखला बनने में कितने पानी के अणु निकलते हैं? उत्तर: 99।
• प्लास्टिक का एक लाभ और एक समस्या लिखो।

दोहराव: पूरा पेज एक मिनट में

परीक्षा से ठीक पहले इतना पढ़ लो।

• एकलक = छोटा अणु; बहुलक = लंबी शृंखला; n = इकाइयों की संख्या।
• योगात्मक: C=C खुलता है, कुछ नहीं निकलता, द्रव्यमान = n × एकलक का द्रव्यमान।
• संघनन: दो समूह अभिक्रिया करते हैं और एक छोटा अणु (आमतौर पर H₂O) निकल जाता है।
• इकाई के द्रव्यमान: पॉलिथीन 28, पॉलिप्रोपीन 42, पीवीसी 62.5, नायलॉन-6,6 226।
• नायलॉन: n इकाइयाँ = 2n एकलक = (2n − 1) पानी।
• प्लास्टिक टिकाऊ है, इसलिए कम इस्तेमाल, पुन: उपयोग और संग्रह ज़रूरी हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न