कार्बन और उसके यौगिक

कार्बन का परमाणु क्रमांक 6 है। इलेक्ट्रॉन विन्यास 2, 4 है। अष्टक पूरा करने के लिए उसे चार इलेक्ट्रॉन और चाहिए।

चार इलेक्ट्रॉन लेने से C⁴⁻ बनता, पर छह प्रोटॉन दस इलेक्ट्रॉन नहीं थाम पाते। चार इलेक्ट्रॉन छोड़ने से C⁴⁺ बनता, पर उसमें बहुत ऊर्जा लगती है। इसलिए कार्बन इलेक्ट्रॉन बाँटकर सहसंयोजक बंध बनाता है। मीथेन में कार्बन चार हाइड्रोजन से एक-एक जोड़ा बाँटता है।

अणु के अंदर बंध मजबूत है, अणुओं के बीच खिंचाव कमजोर। इसलिए गलनांक-क्वथनांक कम हैं और ये यौगिक प्रायः विद्युत नहीं चलाते। आयन बनते ही नहीं।

हीरा और ग्रेफाइट दोनों केवल कार्बन हैं। अंतर परमाणुओं के जुड़ने का है। हीरे में हर कार्बन चार और कार्बन से जुड़ा है। ढाँचा कड़ा और तीन दिशाओं में फैला है। हीरा सबसे कठोर प्राकृतिक पदार्थ है।

ग्रेफाइट में हर कार्बन उसी तल में तीन कार्बन से जुड़ा है। षट्कोण की चादरें एक के ऊपर एक रहती हैं। एक बंध द्वि-बंध जैसा होता है, इसलिए संयोजकता पूरी रहती है। परतें फिसलती हैं, इसलिए ग्रेफाइट चिकना है। मुक्त इलेक्ट्रॉन के कारण वह विद्युत चलाता है।

C60 में साठ कार्बन फुटबॉल के आकार में जमे हैं। यह फुलरीन है। नाम वास्तुकार बकमिन्स्टर फुलर के गुंबद से पड़ा। शुद्ध कार्बन पर बहुत दाब और ताप से छोटे हीरे भी बनाए जाते हैं।

कार्बन अपने परमाणुओं से श्रृंखला जोड़ता है। इसे श्रृंखलन कहते हैं। श्रृंखला सीधी, शाखित या वलय हो सकती है। सिलिकॉन भी छोटी श्रृंखला बनाता है, पर वे बहुत सक्रिय रहती हैं। कार्बन-कार्बन बंध मजबूत है, परमाणु छोटा है, इसलिए यौगिक टिकते हैं।

केवल एकल बंध वाले यौगिक संतृप्त हैं, जैसे एथेन C2H6। कार्बन परमाणुओं के बीच द्वि या त्रि-बंध हो तो यौगिक असंतृप्त है। एथीन C2H4 में द्वि-बंध है, एथाइन C2H2 में त्रि-बंध। असंतृप्त यौगिक अधिक क्रियाशील होते हैं।

केवल कार्बन और हाइड्रोजन वाले यौगिक हाइड्रोकार्बन हैं। संतृप्त को ऐल्केन कहते हैं, सामान्य सूत्र CnH2n+2। एक द्वि-बंध वाले ऐल्कीन CnH2n हैं। एक त्रि-बंध वाले ऐल्काइन CnH2n−2 हैं। C4H10 की दो संरचनाएँ होती हैं। समान सूत्र और भिन्न संरचना वाले यौगिक संरचनात्मक समावयवी हैं।

हाइड्रोजन की जगह कोई और परमाणु या समूह लगे तो उसे प्रकार्यात्मक समूह कहते हैं। वही समूह यौगिक का रासायनिक स्वभाव तय करता है, श्रृंखला लंबी हो या छोटी।

नाम का आधार कार्बन की संख्या है: 1 मेथ, 2 एथ, 3 प्रोप, 4 ब्यूट, 5 पेन्ट। तीन कार्बन की श्रृंखला प्रोपेन है। समूह प्रत्यय से आए और प्रत्यय स्वर से शुरू हो तो आखिरी e हटाओ। प्रोपेन − e + one = प्रोपेनोन।

द्वि-बंध हो तो ane की जगह ene, त्रि-बंध हो तो yne। तीन कार्बन और द्वि-बंध = प्रोपीन। तीन कार्बन और त्रि-बंध = प्रोपाइन।

कार्बन और उसके अधिकतर यौगिक जलने पर ऊष्मा और प्रकाश देते हैं। पर्याप्त हवा में संतृप्त हाइड्रोकार्बन साफ नीली ज्वाला देते हैं। असंतृप्त यौगिक पीली ज्वाला और काला धुआँ देते हैं।

हवा कम हो तो संतृप्त यौगिक भी अधूरा जलता है और कज्जल देता है। गैस या मिट्टी के तेल के चूल्हे में हवा के छेद इसीलिए होते हैं। बर्तन का पेंदा काला पड़ रहा हो तो छेद बंद हैं और ईंधन बरबाद हो रहा है।

कोयला और पेट्रोलियम में थोड़ा नाइट्रोजन और सल्फर होता है। उनके ऑक्साइड वायु को गंदा करते हैं। कोयला कभी केवल लाल होकर गरमी देता है, क्योंकि ज्वाला गैसों के जलने से बनती है। मोमबत्ती की पीली ज्वाला अधजले कार्बन कणों की है।

जो पदार्थ दूसरे में ऑक्सीजन जोड़ दे, वह ऑक्सीकारक है। क्षारीय KMnO4 और अम्लीय पोटैशियम डाइक्रोमेट ऐल्कोहॉल को अम्ल बनाते हैं। एथेनॉल से एथेनॉइक अम्ल बनना ऑक्सीकरण है, क्योंकि अणु में ऑक्सीजन जुड़ती है।

असंतृप्त हाइड्रोकार्बन निकैल या पैलेडियम की उपस्थिति में हाइड्रोजन जोड़कर संतृप्त बन जाते हैं। वनस्पति तेलों की लंबी श्रृंखलाएँ प्रायः असंतृप्त होती हैं। निकैल उत्प्रेरक से हाइड्रोजन जोड़कर उन्हें ठोस वसा बनाया जाता है। खाना पकाने के लिए असंतृप्त तेल चुनना बेहतर माना जाता है। उत्प्रेरक गति बदलता है, स्वयं खर्च नहीं होता।

संतृप्त हाइड्रोकार्बन अधिकतर अभिकर्मकों से सुस्त रहते हैं। धूप में क्लोरीन तेज़ी से हाइड्रोजन की जगह लेती है। CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl यह प्रतिस्थापन है। एक परमाणु दूसरे की जगह आता है।

एथेनॉल का गलनांक 156 K और क्वथनांक 351 K है। यही आम भाषा का ऐल्कोहॉल है। यह दवाओं में विलायक है, जैसे टिंक्चर आयोडीन। जल में हर अनुपात में घुल जाता है।

थोड़ा तनु एथेनॉल नशा देता है। शुद्ध एथेनॉल (निरपेक्ष ऐल्कोहॉल) की थोड़ी मात्रा भी जानलेवा हो सकती है। लंबे समय का सेवन सेहत बिगाड़ता है। मेथेनॉल और भी खतरनाक है। यकृत उसे मेथेनल बनाता है, जो दृष्टि-तंत्रिका को नुकसान देकर अंधा कर सकता है। औद्योगिक ऐल्कोहॉल में मेथेनॉल और नीली रंजक मिलाकर उसे विकृतिकृत किया जाता है, ताकि कोई पी न सके।

443 K पर अधिक सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल एथेनॉल से जल निकालकर एथीन बनाता है। सांद्र अम्ल यहाँ निर्जलीकारक है। C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O

एथेनॉइक अम्ल का आम नाम ऐसीटिक अम्ल है। जल में 5–8% घोल सिरका है, अचार का परिरक्षक। शुद्ध अम्ल का गलनांक 290 K है। ठंडे मौसम में वह जम जाता है, इसलिए उसे हिमनदित ऐसीटिक अम्ल कहते हैं।

कार्बोक्सिलिक अम्ल खनिज अम्लों से कमजोर हैं। HCl लगभग पूरा आयनित होता है, एथेनॉइक अम्ल नहीं। क्षार के साथ लवण और जल बनते हैं: NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O

साबुन लंबी श्रृंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्ल का सोडियम या पोटैशियम लवण है। आयनिक सिरा जल से मित्र है, यानी जलरागी। कार्बन की पूँछ तैल से मित्र है, यानी जलविरागी।

पानी के अंदर पूँछें बूँद के बीच में छिपती हैं और आयनिक सिर बाहर रहते हैं। यही मिसेल है। समान आवेश वाले सिर पास नहीं आते, इसलिए मिसेल कोलॉइड की तरह लटका रहता है और धोने पर गंदगी बह जाती है। मिसेल प्रकाश फैलाते हैं, इसलिए साबुन का घोल दूधिया दिखता है।