Chapter 4: કાર્બન અને તેને સંયોજનો

પાના નંબર 61 પર આપેલા પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1: $CO_2$ સૂત્ર ધરાવતા કાર્બન ડાયૉક્સાઈડનું ઈલેક્ટ્રૉન બિંદુ-નિરૂપણ શું થશે ? જવાબ: કાર્બન ડાયૉક્સાઈડ ( $CO_2$ ) માં મધ્યમાં એક કાર્બન (C) પરમાણુ અને તેની બંને બાજુ એક-એક ઑક્સિજન (O) પરમાણુ હોય છે. કાર્બનની બાહ્યતમ કક્ષામાં 4 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે અને ઑક્સિજનની બાહ્યતમ કક્ષામાં 6 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. અષ્ટક પૂર્ણ કરવા કાર્બન પોતાના બે ઇલેક્ટ્રૉનની એક ઑક્સિજન સાથે અને બાકીના બે ઇલેક્ટ્રૉનની બીજા ઑક્સિજન સાથે ભાગીદારી કરે છે. આથી કાર્બન અને ઑક્સિજન વચ્ચે દ્વિબંધ (O=C=O) રચાય છે.

પ્રશ્ન 2: સલ્ફરના આઠ પરમાણુઓથી બનેલ સલ્ફર અણુનું ઈલેક્ટ્રોન બિંદુ-નિરૂપણ શું થશે ? જવાબ: સલ્ફર ( $S_8$ ) ના અણુમાં સલ્ફરના 8 પરમાણુઓ એકબીજા સાથે જોડાઈને એક મુગટ જેવું વલય (રીંગ) બનાવે છે. સલ્ફરની બાહ્યતમ કક્ષામાં 6 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. અષ્ટક પૂર્ણ કરવા માટે પ્રત્યેક સલ્ફર પરમાણુ પોતાની આજુબાજુના અન્ય બે સલ્ફર પરમાણુઓ સાથે એક-એક ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરી એકલ બંધ (Single bond) બનાવે છે.

પાના નંબર 68 પર આપેલા પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1: પેન્ટેન માટે તમે કેટલાં બંધારણીય સમઘટકો દોરી શકો ? જવાબ: પેન્ટેન ( $C_5H_{12}$ ) માટે 3 બંધારણીય સમઘટકો દોરી શકાય છે:

નોર્મલ-પેન્ટેન (n-પેન્ટેન): પાંચેય કાર્બનની સરળ શૃંખલા.
આઇસોપેન્ટેન (2-મિથાઇલ બ્યુટેન): ચાર કાર્બનની શૃંખલા અને બીજા કાર્બન પર એક શાખા.
નિયોપેન્ટેન (2,2-ડાઇમિથાઇલ પ્રોપેન): ત્રણ કાર્બનની શૃંખલા અને વચ્ચેના કાર્બન પર બે શાખાઓ.

પ્રશ્ન 2: કાર્બનના બે ગુણધર્મો કયા છે, જેના કારણે આપણી ચારેય તરફ કાર્બન સંયોજનોની વિશાળ સંખ્યા આપણે જોઈએ છીએ ? જવાબ: કાર્બનના બે વિશિષ્ટ ગુણધર્મો નીચે મુજબ છે:

કેટેનેશન (Catenation): કાર્બન અન્ય કાર્બન પરમાણુઓ સાથે સહસંયોજક બંધ બનાવી લાંબી શૃંખલાઓ, શાખાઓ કે વલયો બનાવવાની અદ્વિતીય ક્ષમતા ધરાવે છે.
ચતુઃસંયોજકતા (Tetravalency): કાર્બનની સંયોજકતા 4 છે, તેથી તે અન્ય ચાર કાર્બન પરમાણુઓ અથવા ઑક્સિજન, હાઇડ્રોજન, નાઇટ્રોજન જેવા અન્ય એક-સંયોજક તત્ત્વો સાથે પ્રબળ અને સ્થાયી બંધ બનાવી શકે છે.

પ્રશ્ન 3: સાયકલો પેન્ટેનનું સૂત્ર અને ઈલેક્ટ્રૉન બિંદુ-રચના શું થશે ? જવાબ: સાયકલો પેન્ટેનનું આણ્વીય સૂત્ર $C_5H_{10}$ છે. તેની ઇલેક્ટ્રૉન બિંદુ રચનામાં 5 કાર્બન પરમાણુઓ એકબીજા સાથે એકલ બંધ વડે જોડાઈને બંધ વલય (પંચકોણ) રચે છે, અને દરેક કાર્બન પરમાણુ અન્ય બે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરે છે.

પ્રશ્ન 4: નીચે દર્શાવેલ સંયોજનોના બંધારણ દોરો : (i) ઈથેનોઈક એસિડ (ii) બ્રોમોપેન્ટેન (iii) બ્યુટેનોન (iv) હેક્ઝેનાલ. શું બ્રોમોપેન્ટેનના બંધારણીય સમઘટક શક્ય છે ? જવાબ: (i) ઈથેનોઈક એસિડ: $CH_3COOH$ (ii) બ્રોમોપેન્ટેન: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-Br$ (iii) બ્યુટેનોન: $CH_3-CH_2-CO-CH_3$ (iv) હેક્ઝેનાલ: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CHO$ હા, બ્રોમોપેન્ટેનના બંધારણીય સમઘટકો શક્ય છે. (જેમ કે બ્રોમિન પરમાણુ 1લા, 2જા કે 3જા કાર્બન પર જોડાઈ શકે છે, દા.ત., 1-બ્રોમોપેન્ટેન, 2-બ્રોમોપેન્ટેન).

પ્રશ્ન 5: નીચે દર્શાવેલ સંયોજનોના નામ જણાવો. જવાબ: (i) $CH_3-CH_2-Br$ : બ્રોમોઇથેન (ii) $H-CHO$ (H-C=O સાથે H જોડાયેલ): મિથેનાલ (ફોર્માલ્ડિહાઇડ) (iii) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-C \equiv CH$ (6 કાર્બનની શૃંખલામાં છેલ્લે ત્રિબંધ): 1-હેક્ઝાઇન.

પાના નંબર 71 પર આપેલા પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1: ઈથેનોલનું ઈથેનોઈક એસિડમાં રૂપાંતર શા માટે ઓક્સિડેશન-પ્રક્રિયા છે ? જવાબ: ઈથેનોલ ( $CH_3CH_2OH$ ) માં આલ્કલાઇન $KMnO_4$ અથવા એસિડિક $K_2Cr_2O_7$ ઉમેરતાં તે ઈથેનોઇક એસિડ ( $CH_3COOH$ ) માં ફેરવાય છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઈથેનોલમાં ઑક્સિજનનો ઉમેરો થાય છે (અને હાઇડ્રોજન દૂર થાય છે). આથી, આ પદાર્થો ઑક્સિડેશનકર્તા તરીકે વર્તીને ઑક્સિજન ઉમેરતા હોવાથી તેને ઓક્સિડેશન-પ્રક્રિયા કહે છે.

પ્રશ્ન 2: ઓક્સિજન અને ઈથાઈનનું મિશ્રણ વેલ્ડિંગ માટે સળગાવવામાં આવે છે. શું તમે કહી શકો કે શા માટે ઈથાઈન અને હવાના મિશ્રણનો ઉપયોગ થતો નથી ? જવાબ: હવામાં ઑક્સિજન ઉપરાંત નાઇટ્રોજન અને અન્ય નિષ્ક્રિય વાયુઓ મોટા પ્રમાણમાં હોય છે. જો ઈથાઈનને હવા સાથે સળગાવવામાં આવે તો તેનું અપૂર્ણ દહન થાય છે અને તાપમાન વેલ્ડિંગ માટે પૂરતું ઊંચું જતું નથી (કાળો ધુમાડો મળે છે). પરંતુ જ્યારે ઈથાઇનને શુદ્ધ ઑક્સિજન સાથે સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેનું સંપૂર્ણ દહન થાય છે અને અત્યંત ઊંચું તાપમાન ધરાવતી ભૂરી જ્યોત મળે છે, જે ધાતુઓને પિગળાવી વેલ્ડિંગ કરવા માટે જરૂરી છે.

પાના નંબર 74 પર આપેલા પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1: પ્રાયોગિક રીતે તમે આલ્કોહોલ અને કાર્બોકિસિલિક ઍસિડ વચ્ચેનો ભેદ કેવી રીતે પારખશો ? જવાબ: પ્રાયોગિક રીતે બંને પદાર્થોમાં ચપટી સોડિયમ કાર્બોનેટ ( $Na_2CO_3$ ) અથવા સોડિયમ હાઈડ્રોજનકાર્બોનેટ ( $NaHCO_3$ ) ઉમેરવામાં આવે છે.

કાર્બોકિસિલિક ઍસિડ (જેમ કે ઇથેનોઇક ઍસિડ): આ પદાર્થ સાથે પ્રક્રિયા કરીને તીવ્ર ઉભરા સાથે કાર્બન ડાયૉક્સાઈડ ( $CO_2$ ) વાયુ ઉત્પન્ન કરશે.
આલ્કોહોલ (ઇથેનોલ): આ પદાર્થ સોડિયમ કાર્બોનેટ સાથે કોઈ જ પ્રક્રિયા દર્શાવશે નહીં કે ઉભરા આપશે નહીં.

પ્રશ્ન 2: ઓક્સિડેશનકર્તા એટલે શું ? જવાબ: જે પદાર્થો અન્ય પદાર્થોમાં ઑક્સિજન ઉમેરવા માટે સક્ષમ હોય છે, તેમને ઑક્સિડેશનકર્તા કહેવાય છે. ઉદાહરણ તરીકે: આલ્કલાઇન પોટેશિયમ પરમૅન્ગેનેટ ( $KMnO_4$ ) અને ઍસિડિક પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ ( $K_2Cr_2O_7$ ).

પાના નંબર 78 પર આપેલા પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1: શું તમે પ્રક્ષાલક (Detergent) નો ઉપયોગ કરી ચકાસી શકો છો કે પાણી કઠિન છે કે નહિ ? જવાબ: ના, આપણે પ્રક્ષાલકનો ઉપયોગ કરીને પાણી કઠિન છે કે નહીં તે ચકાસી શકીએ નહીં. કારણ કે પ્રક્ષાલકના વીજભારિત છેડા કઠિન પાણીમાં રહેલા કૅલ્શિયમ અને મૅગ્નેશિયમ આયનો સાથે પ્રક્રિયા કરી અદ્રાવ્ય અવક્ષેપ બનાવતા નથી. આથી, પ્રક્ષાલકો કઠિન અને નરમ બંને પ્રકારના પાણીમાં સમાન રીતે વધુ ફીણ આપે છે.

પ્રશ્ન 2: લોકો કપડાં ધોવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે. સામાન્ય રીતે સાબુ ઉમેર્યા પછી લોકો કપડાં પથ્થર પર પછાડે છે કે પાવડી સાથે પછાડે છે. બ્રશથી ઘસે છે અથવા મિશ્રણને વૉશિંગ મશીનમાં ખૂબ જોરથી ફેરવે છે. કપડાં સાફ કરવા માટે તેને ઘસવાની જરૂર શા માટે પડે છે ? જવાબ: જ્યારે સાબુને પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે છે ત્યારે તે ‘મિસેલ’ ની રચના કરે છે. સાબુના અણુનો જળવિરાગી છેડો કપડાં પર રહેલા તૈલી મેલ સાથે જોડાઈ જાય છે. જોકે, આ મેલયુક્ત મિસેલને કપડાંના રેસાઓમાંથી છૂટા પાડવા અને પાણીમાં નિલંબિત કરવા માટે યાંત્રિક બળની જરૂર પડે છે. આથી, કપડાં પર બ્રશ ઘસવાથી, પછાડવાથી કે મશીનમાં ફેરવવાથી આ મિસેલ સહેલાઈથી રેસાઓમાંથી મુક્ત થઈને પાણીમાં આવી જાય છે અને કપડાં સ્વચ્છ થઈ જાય છે.

સ્વાધ્યાય

ચોક્કસ, પ્રકરણ 4 (“કાર્બન અને તેનાં સંયોજનો”) ના સ્વાધ્યાયના તમામ 1 થી 15 પ્રશ્નોના સંપૂર્ણ અને વિગતવાર જવાબો નીચે મુજબ છે:

પ્રશ્ન 1: ઈથેન અણુનું આણ્વીય સૂત્ર $C_2H_6$ છે, તેમાં… (a) 6 સહસંયોજક બંધ છે (b) 7 સહસંયોજક બંધ છે (c) 8 સહસંયોજક બંધ છે (d) 9 સહસંયોજક બંધ છે. જવાબ: (b) 7 સહસંયોજક બંધ છે. (સમજૂતી: ઈથેનમાં 2 કાર્બન પરમાણુઓ વચ્ચે 1 એકલ બંધ હોય છે અને પ્રત્યેક કાર્બન સાથે 3 હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ એકલ બંધથી જોડાયેલા હોય છે, આમ કુલ 1 + 6 = 7 બંધ થાય છે).

પ્રશ્ન 2: બ્યુટેનોન ચાર-કાર્બન ધરાવતું સંયોજન છે કે જેમાં ક્રિયાશીલ સમૂહ… (a) કાર્બોક્સિલિક એસિડ (b) આલ્ડિહાઈડ (c) કિટોન (d) આલ્કોહોલ. જવાબ: (c) કિટોન. (સમજૂતી: જે સંયોજનના નામની પાછળ ‘ઓન’ પ્રત્યય લાગે છે, તેમાં ‘કિટોન’ ક્રિયાશીલ સમૂહ આવેલો હોય છે).

પ્રશ્ન 3: ખોરાક રાંધતી વખતે, જો વાસણના તળિયા બહારથી કાળા થઈ રહ્યા હોય, તો તેનો અર્થ એ છે કે… (a) ખોરાક સંપૂર્ણ રંધાયો નથી (b) બળતણનું સંપૂર્ણ દહન થયું નથી (c) બળતણ ભીનું છે (d) બળતણ સંપૂર્ણ દહન પામી રહ્યું છે. જવાબ: (b) બળતણનું સંપૂર્ણ દહન થયું નથી. (સમજૂતી: જ્યારે હવાનો પુરવઠો પૂરતો હોતો નથી ત્યારે અપૂર્ણ દહન થાય છે અને કાળી મેશ (ધુમાડો) ઉત્પન્ન થાય છે જેનાથી વાસણ કાળા પડે છે).

પ્રશ્ન 4: $CH_3Cl$ માં બંધ નિર્માણનો ઉપયોગ કરી સહસંયોજક બંધની પ્રકૃતિ સમજાવો. જવાબ: કાર્બનનો પરમાણ્વીય-ક્રમાંક 6 છે અને તેની બાહ્યતમ કક્ષામાં 4 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. નિષ્ક્રિય વાયુ જેવી સ્થાયી અષ્ટક રચના પ્રાપ્ત કરવા માટે કાર્બન પરમાણુ 3 હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ સાથે પોતાના 3 ઇલેક્ટ્રૉનની અને 1 ક્લોરિન પરમાણુ સાથે પોતાના 1 ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરે છે. ઇલેક્ટ્રૉનની આ ભાગીદારીથી રચાતા બંધને સહસંયોજક બંધ કહે છે. આમ, $CH_3Cl$ માં કાર્બન પરમાણુ 4 એકલ સહસંયોજક બંધ (ત્રણ C-H બંધ અને એક C-Cl બંધ) બનાવે છે.

પ્રશ્ન 5: ઈલેક્ટ્રૉન બિંદુ-રચના દોરો: (a) ઈથેનોઈક એસિડ (b) $H_2S$ (c) પ્રોપેનોન (d) $F_2$ જવાબ: (a) ઈથેનોઈક એસિડ ( $CH_3COOH$ ): તેમાં એક કાર્બન સાથે 3 હાઈડ્રોજન જોડાય છે, તે કાર્બન બીજા કાર્બન સાથે જોડાય છે. બીજો કાર્બન એક ઑક્સિજન સાથે દ્વિબંધથી (=O) અને બીજા ઑક્સિજન સાથે એકલ બંધથી (-O-H) જોડાયેલો હોય છે. (b) $H_2S$ : સલ્ફરની બાહ્યતમ કક્ષામાં 6 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે. તે બે હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ સાથે એક-એક ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરી બે એકલ બંધ (H-S-H) બનાવે છે. (c) પ્રોપેનોન ( $CH_3COCH_3$ ): તેમાં 3 કાર્બનની શૃંખલા હોય છે, જેમાં વચ્ચેના કાર્બન પર ઑક્સિજન સાથે દ્વિબંધ (C=O) હોય છે અને આજુબાજુના બંને કાર્બન પર 3-3 હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ જોડાયેલા હોય છે. (d) $F_2$ : ફ્લોરિનની બાહ્યતમ કક્ષામાં 7 ઇલેક્ટ્રૉન હોય છે, તેથી બે ફ્લોરિન પરમાણુઓ એકબીજા સાથે 1 ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરીને એકલ બંધ (F-F) બનાવે છે.

પ્રશ્ન 6: સમાનધર્મી શ્રેણી એટલે શું ? ઉદાહરણ સહિત સમજાવો. જવાબ: કાર્બન સંયોજનોની એવી શ્રેણી કે જેમાં કાર્બન શૃંખલામાં રહેલા હાઇડ્રોજનને સમાન પ્રકારના ક્રિયાશીલ સમૂહ દ્વારા વિસ્થાપિત કરવામાં આવેલ હોય, તેને ‘સમાનધર્મી શ્રેણી’ કહે છે. આ શ્રેણીના બે ક્રમિક સભ્યો વચ્ચે હંમેશાં ‘ $-CH_2-$ ‘ એકમનો અને આણ્વીય દળમાં ’14u’ નો તફાવત હોય છે. ઉદાહરણ: આલ્કેન સમાનધર્મી શ્રેણી. તેના સભ્યો મિથેન ( $CH_4$ ), ઈથેન ( $C_2H_6$ ), પ્રોપેન ( $C_3H_8$ ) વગેરે છે. તેઓ એકબીજાથી $-CH_2-$ જેટલા જુદા પડે છે.

પ્રશ્ન 7: ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક ગુણધર્મોને આધારે ઈથેનોલ અને ઈથેનોઈક એસિડને તમે કેવી રીતે વિભેદિત કરશો ? જવાબ:

ભૌતિક ગુણધર્મોના આધારે: ઈથેનોલ ઓરડાના તાપમાને પ્રવાહી છે અને વિશિષ્ટ મીઠી/આલ્કોહોલિક વાસ ધરાવે છે. જ્યારે ઈથેનોઈક એસિડ સરકા (વિનેગર) જેવી તીવ્ર વાસ ધરાવે છે અને તેનું ગલનબિંદુ 290 K હોવાથી શિયાળામાં તે થીજીને બરફ જેવો (ગ્લેસિયલ) બની જાય છે.
રાસાયણિક ગુણધર્મોના આધારે: ઈથેનોઈક એસિડમાં ચપટી સોડિયમ કાર્બોનેટ ( $Na_2CO_3$ ) કે બેકિંગ સોડા ઉમેરવામાં આવે, તો તે તીવ્ર ઉભરા સાથે કાર્બન ડાયૉક્સાઈડ ( $CO_2$ ) વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. જ્યારે ઈથેનોલ આ પદાર્થો સાથે પ્રક્રિયા કરતો નથી અને કોઈ ઉભરા આપતો નથી.

પ્રશ્ન 8: જ્યારે સાબુને પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે ત્યારે મિસેલનું નિર્માણ શા માટે થાય છે ? શું ઈથેનોલ જેવા બીજા દ્રાવકો દ્વારા પણ મિસેલનું નિર્માણ થશે ? જવાબ: સાબુના અણુ બે છેડા ધરાવે છે: એક છેડો જળઅનુરાગી (જે પાણી પ્રત્યે આકર્ષાય છે) અને બીજો જળવિરાગી (હાઇડ્રોકાર્બન પૂંછડી, જે પાણીથી દૂર રહે છે અને મેલ પ્રત્યે આકર્ષાય છે). જ્યારે સાબુને પાણીમાં ઓગાળવામાં આવે છે ત્યારે, જળવિરાગી પૂંછડીઓ પાણીથી બચવા કેન્દ્ર તરફ ભેગી થઈ જાય છે અને જળઅનુરાગી છેડા બહારની તરફ રહે છે. આ ગોળાકાર ગુચ્છ જેવી વિશિષ્ટ ગોઠવણીને મિસેલ કહે છે. ઈથેનોલ જેવા કાર્બનિક દ્રાવકોમાં સાબુની હાઇડ્રોકાર્બન પૂંછડી સંપૂર્ણપણે દ્રાવ્ય થઈ જાય છે, તેથી તેમાં મિસેલનું નિર્માણ થઈ શકતું નથી.

પ્રશ્ન 9: કાર્બન અને તેનાં સંયોજનોનો ઉપયોગ મોટાભાગે બળતણ તરીકે શા માટે થાય છે ? જવાબ: કાર્બન અને તેના મોટાભાગના સંયોજનો (જેમકે કોલસો, પેટ્રોલિયમ, મિથેન) હવામાં દહન પામે છે ત્યારે ખૂબ જ વિપુલ પ્રમાણમાં ઉષ્મા અને પ્રકાશ મુક્ત કરે છે. આ ઉપરાંત, તેમના સળગવાથી પૂરતી ઊર્જા મળતી હોવાથી અને તેમનું નિયંત્રણ સરળ હોવાથી તેઓનો બળતણ તરીકે મોટાભાગે ઉપયોગ થાય છે.

પ્રશ્ન 10: કઠિન પાણીમાં સાબુનો ઉપયોગ કરવાથી થતાં ફીણનું નિર્માણ સમજાવો. જવાબ: કઠિન પાણીમાં કૅલ્શિયમ અને મૅગ્નેશિયમના ક્ષારો ઓગળેલા હોય છે. જ્યારે સાબુને કઠિન પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે સાબુના અણુઓ આ કૅલ્શિયમ અને મૅગ્નેશિયમ આયનો સાથે પ્રક્રિયા કરીને દહીં જેવા સફેદ અદ્રાવ્ય અવક્ષેપ (Scum/મેલ) બનાવે છે. આ અદ્રાવ્ય પદાર્થ બનવાને કારણે સાબુ આસાનીથી ફીણ ઉત્પન્ન કરી શકતો નથી અને મોટા પ્રમાણમાં સાબુનો વ્યય થાય છે.

પ્રશ્ન 11: જો તમે લિટમસ પેપર (લાલ અથવા ભૂરું)થી સાબુને ચકાસો તો શું ફેરફાર અવલોકિત કરશો ? જવાબ: સાબુ એ લાંબી શૃંખલાયુક્ત કાર્બોક્સિલિક ઍસિડના સોડિયમ અથવા પોટૅશિયમ ક્ષારો છે. તેનું જલીય દ્રાવણ સ્વભાવે બેઝિક હોય છે. તેથી જો સાબુના દ્રાવણને લાલ લિટમસ પેપર પર લગાવવામાં આવે તો તે લાલ લિટમસને ભૂરું બનાવશે. તે ભૂરા લિટમસ પેપર પર કોઈ અસર દર્શાવશે નહીં.

પ્રશ્ન 12: હાઈડ્રોજનીકરણ એટલે શું ? તેની ઔદ્યોગિક ઉપયોગિતા શું છે ? જવાબ: પેલેડિયમ અથવા નિકલ જેવા ઉદ્દીપકોની હાજરીમાં અસંતૃપ્ત હાઈડ્રોકાર્બનમાં હાઈડ્રોજન ઉમેરાઈને સંતૃપ્ત હાઈડ્રોકાર્બન બનવાની પ્રક્રિયાને યોગશીલ પ્રક્રિયા અથવા ‘હાઈડ્રોજનીકરણ’ કહે છે. ઔદ્યોગિક ઉપયોગિતા: ઔદ્યોગિક ધોરણે વનસ્પતિ તેલ (જે અસંતૃપ્ત ચરબી છે) નું નિકલ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં હાઇડ્રોજનીકરણ કરીને તેમાંથી વનસ્પતિ ઘી (સંતૃપ્ત ચરબી) બનાવવા માટે આ પ્રક્રિયાનો બહોળા પ્રમાણમાં ઉપયોગ થાય છે.

પ્રશ્ન 13: આપેલ હાઈડ્રોકાર્બન પૈકી કોની યોગશીલ પ્રક્રિયા થાય છે : $C_2H_6$ , $C_3H_8$ , $C_3H_6$ , $C_2H_2$ અને $CH_4$ જવાબ: માત્ર અસંતૃપ્ત હાઈડ્રોકાર્બનો જ યોગશીલ (Addition) પ્રક્રિયા આપે છે (જેમાં દ્વિબંધ કે ત્રિબંધ હોય). આપેલા સંયોજનોમાંથી $C_3H_6$ (પ્રોપીન – દ્વિબંધ ધરાવે છે) અને $C_2H_2$ (ઈથાઈન – ત્રિબંધ ધરાવે છે) અસંતૃપ્ત હોવાથી તેઓની યોગશીલ પ્રક્રિયા થશે. (જ્યારે $C_2H_6$ , $C_3H_8$ અને $CH_4$ આલ્કેન/સંતૃપ્ત હોવાથી આ પ્રક્રિયા આપતા નથી).

પ્રશ્ન 14: સંતૃપ્ત અને અસંતૃપ્ત હાઈડ્રોકાર્બનને વિભેદિત કરવા ઉપયોગમાં લેવાતી એક કસોટી જણાવો. જવાબ: દહન કસોટી (Combustion test) નો ઉપયોગ કરી શકાય. જ્યારે સંતૃપ્ત હાઈડ્રોકાર્બનને સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે તે સામાન્ય રીતે ધુમાડારહિત ભૂરી (સ્વચ્છ) જ્યોતથી સળગે છે. જ્યારે અસંતૃપ્ત હાઈડ્રોકાર્બનને સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે તે અપૂર્ણ દહનને કારણે ખૂબ જ કાળા ધુમાડા સાથેની પીળી જ્યોત ઉત્પન્ન કરે છે.

પ્રશ્ન 15: સાબુની સફાઈક્રિયાની ક્રિયાવિધિ સમજાવો. જવાબ: મોટાભાગે કપડાં પર ચોંટેલો મેલ સ્વભાવે તૈલી હોય છે. જ્યારે સાબુને પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે તેના અણુઓ મિસેલની રચના કરે છે. સાબુના અણુનો જળવિરાગી છેડો (પૂંછડી) કપડાં પર રહેલા તૈલી મેલ સાથે જોડાઈ જાય છે, જ્યારે જળઅનુરાગી છેડો (શીર્ષ) પાણી તરફ બહાર રહે છે. આ રીતે તે પાણીમાં પાયસ (ઈમલ્શન) બનાવે છે. ત્યારબાદ કપડાંને હલાવવાથી, પછાડવાથી કે બ્રશથી ઘસવાથી આ મિસેલ મેલના કણોને પોતાની સાથે પાણીમાં ખેંચી લાવે છે અને કપડાં સ્વચ્છ થઈ જાય છે.

પ્રકરણ ૪ માટે પાયાના શબ્દોની સમજૂતી

૧. પરમાણુ (Atom)

ઉદાહરણ: મકાન બનાવવા માટે વપરાતી એક ‘ઈંટ’.

વિશ્વનો કોઈપણ પદાર્થ (તમે, હું, તમારો મોબાઈલ, હવા) જે અતિસૂક્ષ્મ કણોનો બનેલો છે, તે સૌથી નાના કણને પરમાણુ કહેવાય છે. તેને નરી આંખે જોઈ શકાતો નથી.
તેની અંદર મુખ્યત્વે 3 વસ્તુઓ હોય છે: કેન્દ્રમાં પ્રોટોન (+) અને ન્યુટ્રોન, અને તેની આજુબાજુ ગોળ કક્ષામાં ફરતા ઇલેક્ટ્રૉન (-). રસાયણશાસ્ત્રમાં આખો ખેલ આ બહાર ફરતા ઇલેક્ટ્રૉનનો જ છે.

૨. અણુ (Molecule)

ઉદાહરણ: ઈંટો ભેગી થઈને બનેલી ‘દીવાલ’ કે ‘ઓરડો’.

જ્યારે બે કે તેથી વધુ પરમાણુઓ એકબીજા સાથે દોસ્તી કરીને (રાસાયણિક બંધથી) જોડાઈ જાય, ત્યારે જે નવો કણ બને તેને અણુ કહેવાય છે.
દાખલા તરીકે: ઑક્સિજનનો એકલો કણ હોય તો તે પરમાણુ (O) છે. પણ હવામાં તે એકલો રહી શકતો નથી, એટલે બે ઑક્સિજન જોડાઈને O₂ બનાવે છે, જેને ઑક્સિજનનો ‘અણુ’ કહેવાય. તેવી જ રીતે 2 હાઇડ્રોજન અને 1 ઑક્સિજન જોડાઈને પાણીનો અણુ (H₂O) બનાવે છે.

૩. નિષ્ક્રિય વાયુ (Inert Gas / Noble Gas)

ઉદાહરણ: પેટ ભરીને જમી લીધેલો અને સંતોષ પામેલો ‘સાધુ’ માણસ.

દરેક પરમાણુની ઈચ્છા હોય છે કે તેની સૌથી બહારની કક્ષા (Orbit) ઇલેક્ટ્રૉનથી સંપૂર્ણપણે ભરેલી હોય (જેમ કે 8 ઇલેક્ટ્રૉન હોવા જેને અષ્ટક કહેવાય).
અમુક તત્ત્વો કુદરતી રીતે જ પૂરેપૂરા ભરેલા હોય છે (દા.ત. હિલિયમ, નિયોન, આર્ગોન). તેમનું પેટ ભરેલું હોવાથી તેમને બીજા કોઈની પાસેથી ઇલેક્ટ્રૉન લેવાની કે આપવાની કોઈ જ જરૂર પડતી નથી. તે કોઈની સાથે પ્રક્રિયા (દોસ્તી) કરતા નથી, એકલા મસ્ત રહે છે. તેથી તેમને નિષ્ક્રિય (કોઈ ક્રિયા ન કરતા) વાયુ કહેવાય છે.

૪. પ્રતિક્રિયાત્મકતા (Reactivity)

ઉદાહરણ: કકડીને ભૂખ લાગી હોય તેવા માણસની જમવા માટેની તડપ અને દોડાદોડી.

નિષ્ક્રિય વાયુઓ સિવાયના બાકીના બધા જ તત્ત્વોની બહારની કક્ષા અધૂરી હોય છે. તેમને ‘નિષ્ક્રિય વાયુ’ જેવી સ્થિરતા મેળવવી હોય છે.
આ સ્થિરતા મેળવવા માટે પરમાણુઓ પોતાના ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવવાની, મેળવવાની કે ભાગીદારી કરવાની જે ધગશ કે ઉતાવળ ધરાવે છે, તેને તેની ‘પ્રતિક્રિયાત્મકતા’ કહેવાય છે. જે તત્ત્વ જેટલી ઝડપથી પોતાનું અષ્ટક પૂરું કરવા બીજા સાથે જોડાઈ જાય, તેની પ્રતિક્રિયાત્મકતા (સક્રિયતા) તેટલી જ વધારે કહેવાય.

🔥 આ પ્રકરણમાં શું આવશે? (The Carbon Connection)
કાર્બન (C) પાસે બહારની કક્ષામાં 4 ઇલેક્ટ્રૉન છે. તેને નિષ્ક્રિય થવા માટે બીજા 4 જોઈએ. તે 4 આપી પણ શકતો નથી અને 4 લઈ પણ શકતો નથી. એટલે તે વચ્ચેનો રસ્તો કાઢે છે: “ભાગીદારી (Sharing)”. તે બીજા પરમાણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરીને લાખો કરોડો સંયોજનો બનાવે છે, જેના વિશે આપણે આ પ્રકરણમાં ભણવાનું છે!

કાર્બનનાં અપરરૂપો (Allotropes of Carbon)

અપરરૂપ એટલે શું? ધારો કે તમારી પાસે લાલ રંગના હજારો LEGO બ્લોક્સ (રમકડાં) છે. તમે એ જ બ્લોક્સથી એક ‘ઘર’ બનાવો, પછી તેને તોડીને ‘ગાડી’ બનાવો અને પછી ‘રોબોટ’ બનાવો. વસ્તુ એક જ છે (લાલ બ્લોક), પણ જોડાવાની ડીઝાઇન અલગ હોવાથી વસ્તુનો આકાર અને ગુણધર્મ બદલાઈ ગયો.
બસ, કાર્બનના પરમાણુઓ પણ આવું જ કરે છે!

૧. હીરો (Diamond) – “સૌથી મજબૂત પકડ”

જોડાણ કેવી રીતે થાય છે? આમાં કાર્બનનો 1 પરમાણુ આજુબાજુના બીજા 4 કાર્બન પરમાણુઓ સાથે જોડાય છે. આ જોડાણ ચારેય દિશામાં (3D માં) ફેલાયેલું હોય છે, જેને ત્રિ-પરિમાણીય ચતુષ્ફલકીય (Tetrahedral) રચના કહેવાય.
પરિણામ: આ પકડ એટલી બધી સખત અને ગૂંચવાયેલી હોય છે કે હીરો દુનિયાનો સૌથી સખત પદાર્થ બની જાય છે!

૨. ગ્રેફાઇટ (Graphite) – “સ્તરો વાળી રચના”

જોડાણ કેવી રીતે થાય છે? પેન્સિલની અણી (ગ્રેફાઇટ) માં 1 કાર્બન પરમાણુ માત્ર બીજા 3 કાર્બન સાથે જ જોડાય છે. આના કારણે ષટ્કોણ (6 ખૂણાવાળી) ડીઝાઇન બને છે. આ ડીઝાઇન એક જ સપાટી (કાગળ) પર પથરાયેલી હોય છે, એટલે કે તેના થપ્પા (સ્તરો – Layers) બને છે.
પરિણામ: બે સ્તરો વચ્ચે પકડ ઢીલી હોવાથી, તમે જ્યારે પેન્સિલ કાગળ પર ઘસો છો, ત્યારે એક સ્તર છૂટું પડીને કાગળ પર ચોંટી જાય છે! 1 ઇલેક્ટ્રૉન મુક્ત હોવાથી તે વિદ્યુતનું સુવાહક પણ છે.

૩. બકમિન્સ્ટર ફુલેરિન (C-60) – “ફૂટબૉલ”

જોડાણ કેવી રીતે થાય છે? આમાં બરાબર 60 કાર્બન પરમાણુઓ એકબીજા સાથે જોડાઈને એક ગોળાકાર પિંજરા (Cage) જેવી રચના બનાવે છે. તે બિલકુલ ફૂટબૉલ જેવો દેખાય છે, જેમાં પંચકોણ અને ષટ્કોણ ડીઝાઇનો ભેગી હોય છે.
પરિણામ: અમેરિકાના એક આર્કિટેક્ટ (બકમિન્સ્ટર ફુલર) એ બનાવેલા એક ગુંબજ (Dome) જેવો આ આકાર હોવાથી તેનું નામ ફુલેરિન પડ્યું.

કાર્બનનાં અપરરૂપો – 3D & 2D

કાર્બનનાં અપરરૂપો (3D અને 2D મૉડલ)

3D વ્યુ (માઉસથી ફેરવો)

2D વ્યુ (ચોપડી મુજબ)

પ્રવૃત્તિ 4.2: સમાનધર્મી શ્રેણી (Homologous Series)

૧. આપેલા સૂત્રોમાં તફાવત તથા આણ્વીય દળ (Molecular Mass) ના તફાવતની ગણતરી કરો.

(નોંધ: કાર્બનનું દળ = 12 u, અને હાઈડ્રોજનનું દળ = 1 u છે. તેથી CH₂ નું કુલ દળ = 12 + 2 = 14 u થાય.)

(a) CH₃OH અને C₂H₅OH વચ્ચેનો તફાવત:
સૂત્રનો તફાવત = -CH₂– | દળનો તફાવત = 14 u

(b) C₂H₅OH અને C₃H₇OH વચ્ચેનો તફાવત:
સૂત્રનો તફાવત = -CH₂– | દળનો તફાવત = 14 u

૨. આ ત્રણેય વચ્ચે કોઈ સમાનતા છે ?

જવાબ: હા.
આ બધા જ સંયોજનોમાં એક સરખો ક્રિયાશીલ સમૂહ (Functional group) -OH (આલ્કોહોલ) આવેલો છે. બીજું, તેમાં લાગોલાગ આવતા કોઈપણ બે સભ્યો વચ્ચે હંમેશાં -CH₂– નો જ તફાવત રહેલો છે.

૩. આ આલ્કોહોલને કાર્બન પરમાણુઓના ચડતા ક્રમમાં ગોઠવો. શું આપણે આ જૂથને સમાનધર્મી શ્રેણી કહી શકીએ ?

ચડતો ક્રમ: CH₃OH → C₂H₅OH → C₃H₇OH → C₄H₉OH

જવાબ: હા. આપણે આ જૂથને સમાનધર્મી શ્રેણી કહી શકીએ. કારણ કે કાર્બનની લાંબી સાંકળમાં હાઈડ્રોજનનું વિસ્થાપન (બદલી) એક સમાન ક્રિયાશીલ સમૂહ (-OH) દ્વારા થયેલું છે.

૪. કોષ્ટક 4.3 માં આપેલ અન્ય ક્રિયાશીલ સમૂહો માટે ચાર કાર્બન સુધીનાં સંયોજનોની સમાનધર્મી શ્રેણી તૈયાર કરો.

ક્રિયાશીલ સમૂહ	સમાનધર્મી શ્રેણી (1 થી 4 કાર્બન)
હેલોઆલ્કેન (-Cl) (ક્લોરો)	CH₃Cl, C₂H₅Cl, C₃H₇Cl, C₄H₉Cl
આલ્ડિહાઈડ (-CHO)	HCHO, CH₃CHO, C₂H₅CHO, C₃H₇CHO
કાર્બોક્સિલિક ઍસિડ (-COOH)	HCOOH, CH₃COOH, C₂H₅COOH, C₃H₇COOH
કીટોન (-CO-) (નોંધ: કીટોન હંમેશા વચ્ચે આવે, તેથી 3 કાર્બનથી શરૂ થાય)	CH₃COCH₃ (3 કાર્બન), CH₃COC₂H₅ (4 કાર્બન)

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (અગત્યના પ્રશ્નો)

૧. પેન્ટેન માટે તમે કેટલાં બંધારણીય સમઘટકો દોરી શકો ?

જવાબ: પેન્ટેન (C₅H₁₂) માટે ૩ (ત્રણ) બંધારણીય સમઘટકો (Isomers) દોરી શકાય છે:

નોર્મલ પેન્ટેન (n-પેન્ટેન) – સીધી સાંકળ
આઇસોપેન્ટેન – એક શાખાવાળી સાંકળ
નિયોપેન્ટેન – બે શાખાવાળી સાંકળ

૨. કાર્બનના બે ગુણધર્મો કયા છે, જેના કારણે આપણી ચારેય તરફ કાર્બન સંયોજનોની વિશાળ સંખ્યા આપણે જોઈએ છીએ ?

જવાબ: કાર્બનના તે બે અગત્યના ગુણધર્મો નીચે મુજબ છે:

કેટેનેશન (Catenation): કાર્બન પરમાણુઓની એકબીજા સાથે જોડાઈને લાંબી સાંકળ કે વલય (Ring) બનાવવાની અદ્ભુત ક્ષમતા.
ચતુઃસંયોજકતા (Tetravalency): કાર્બનની સંયોજકતા ૪ (ચાર) હોવાથી તે એકસાથે અન્ય ૪ પરમાણુઓ સાથે બંધ બનાવી શકે છે.

૩. સાયક્લો પેન્ટેનનું સૂત્ર અને ઇલેક્ટ્રૉન બિંદુ-રચના શું થશે ?

સૂત્ર: સાયક્લો પેન્ટેનનું સૂત્ર C₅H₁₀ છે.

સમજૂતી (ઇલેક્ટ્રૉન બિંદુ-રચના): આમાં ૫ (પાંચ) કાર્બન પરમાણુઓ એકબીજા સાથે જોડાઈને એક બંધ ગોળ ચક્ર (Ring) બનાવે છે. દરેક કાર્બન પાસે ૨-૨ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ જોડાયેલા હોય છે.

૪. નીચે દર્શાવેલ સંયોજનોના બંધારણ દોરો :

(i) ઇથેનોઈક ઍસિડ (Ethanoic acid):

H O | || H-C – C – O – H | H

(ii) બ્રોમોપેન્ટેન (Bromopentane):

(iii) બ્યુટેનોન (Butanone):

H O H H | || | | H-C – C – C – C – H | | | H H H

(iv) હેક્ઝેનાલ (Hexanal):

H H H H H O | | | | | || H-C – C – C – C – C – C – H | | | | | H H H H H

* શું બ્રોમોપેન્ટેનના બંધારણીય સમઘટક શક્ય છે ?
જવાબ: હા. બ્રોમોપેન્ટેનના સમઘટકો શક્ય છે. (જેમ કે બ્રોમિનને પહેલા, બીજા કે ત્રીજા કાર્બન પર લગાવીને અનુક્રમે 1-બ્રોમોપેન્ટેન, 2-બ્રોમોપેન્ટેન વગેરે બનાવી શકાય છે).

૫. નીચે દર્શાવેલ સંયોજનોના નામ જણાવો.

(i) CH₃ – CH₂ – Br
જવાબ: બ્રોમોઇથેન (Bromoethane)

(ii) H – CHO (જેમાં C સાથે દ્વિબંધથી O અને એક બંધથી H જોડાયેલ છે)
જવાબ: મિથેનાલ (Methanal) [તેનું સામાન્ય નામ ફોર્માલ્ડિહાઈડ છે]

(iii) CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – C ≡ CH (૬ કાર્બન અને છેલ્લે ત્રિ-બંધ)
જવાબ: હેક્ઝાઇન (Hexyne) [અથવા હેક્ઝ-1-આઇન (Hex-1-yne)]

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો

પ્રશ્ન: ઑક્સિજન અને ઇથાઇનનું મિશ્રણ વેલ્ડિંગ માટે સળગાવવામાં આવે છે. શું તમે કહી શકો કે શા માટે ઇથાઇન અને હવાના મિશ્રણનો ઉપયોગ થતો નથી ?

                💡 ટૂંકો જવાબ: હવામાં ઑક્સિજન પૂરતા પ્રમાણમાં હોતો નથી, તેથી ઇથાઇનનું અપૂર્ણ દહન થાય છે અને વેલ્ડિંગ માટે જરૂરી ગરમી મળતી નથી.
            

વિગતવાર સમજૂતી (વૈજ્ઞાનિક કારણ):

૧. હવાનો ઉપયોગ કેમ નહિ? (અપૂર્ણ દહન)
ઇથાઇન (Ethyne – C₂H₂) એ એક અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન છે. જ્યારે તેને હવામાં સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે હવામાં ઑક્સિજનનું પ્રમાણ માત્ર 21% હોવાથી, ઇથાઇનને સળગવા માટે પૂરતો ઑક્સિજન મળતો નથી. પરિણામે તેનું અપૂર્ણ દહન (Incomplete Combustion) થાય છે. આનાથી ખૂબ જ કાળો ધુમાડો (મેશવાળી જ્યોત) ઉત્પન્ન થાય છે અને તાપમાન નીચું રહે છે. નીચા તાપમાને લોખંડ કે અન્ય ધાતુઓ ઓગળી શકતી નથી.

૨. શુદ્ધ ઑક્સિજનનો ઉપયોગ કેમ? (સંપૂર્ણ દહન)
જ્યારે ઇથાઇનને શુદ્ધ ઑક્સિજન સાથે (Oxy-acetylene મિશ્રણ) સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેને પૂરતો ઑક્સિજન મળી રહે છે અને તેનું સંપૂર્ણ દહન (Complete Combustion) થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં ધુમાડો ઉત્પન્ન થતો નથી અને ભૂરા રંગની અત્યંત ગરમ જ્યોત ઉત્પન્ન થાય છે, જેનું તાપમાન લગભગ 3000°C જેટલું ઊંચું હોય છે! આટલી જબરદસ્ત ગરમીથી જ ધાતુઓ ઓગળે છે અને વેલ્ડિંગ શક્ય બને છે.

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (અગત્યના પ્રશ્નો)

પ્રશ્ન ૧: પ્રાયોગિક રીતે તમે આલ્કોહોલ અને કાર્બોક્સિલિક ઍસિડ વચ્ચેનો ભેદ કેવી રીતે પારખશો ?

જવાબ: પ્રયોગશાળામાં મુખ્યત્વે બે કસોટીઓ (Tests) દ્વારા આલ્કોહોલ અને કાર્બોક્સિલિક ઍસિડને અલગ પાડી શકાય છે:

કસોટી (પ્રયોગ)	આલ્કોહોલ (દા.ત. ઇથેનોલ)	કાર્બોક્સિલિક ઍસિડ (દા.ત. ઇથેનોઇક ઍસિડ)
૧. લિટમસ કસોટી (ભૂરું લિટમસ પેપર નાખતા)	લિટમસ પેપર પર કોઈ જ અસર થતી નથી. રંગ બદલાતો નથી. (કારણ કે તે તટસ્થ છે)	તે ભૂરા લિટમસ પેપરને લાલ બનાવે છે. (કારણ કે તે ઍસિડિક છે)
૨. સોડિયમ બાયકાર્બોનેટ કસોટી (ખાવાનો સોડા – NaHCO₃ ઉમેરતાં)	કોઈ જ રાસાયણિક પ્રક્રિયા થતી નથી. કોઈ વાયુ ઉત્પન્ન થતો નથી.	તે ખાવાના સોડા સાથે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂) વાયુના પરપોટા (ઉભરા) ઉત્પન્ન કરે છે.

(નોંધ: આ પ્રશ્નનો સૌથી સચોટ અને સહેલો જવાબ ખાવાના સોડા વાળી કસોટી છે, જેનાથી ઉભરા આવે તે ઍસિડ અને ન આવે તે આલ્કોહોલ).

પ્રશ્ન ૨: ઑક્સિડેશનકર્તા એટલે શું ?

જવાબ: જે પદાર્થો અન્ય પદાર્થોમાં ઑક્સિજન ઉમેરવાની ક્ષમતા ધરાવતા હોય (અથવા હાઇડ્રોજન દૂર કરતા હોય), તેમને ઑક્સિડેશનકર્તા (Oxidizing Agents) કહેવાય છે.

સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, જે પદાર્થ બીજાનું ઑક્સિડેશન કરે તેને ઑક્સિડેશનકર્તા કહેવાય.

અગત્યનાં ઉદાહરણો:

આલ્કલાઇન પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ (KMnO₄)
ઍસિડિક પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ (K₂Cr₂O₇)

ઉપયોગ: આ ઑક્સિડેશનકર્તાઓ એટલા શક્તિશાળી હોય છે કે જ્યારે તેમાં આલ્કોહોલ (દા.ત. ઇથેનોલ) ઉમેરીને ગરમ કરવામાં આવે, ત્યારે તે આલ્કોહોલને ઑક્સિજન આપીને સીધું જ કાર્બોક્સિલિક ઍસિડ (ઇથેનોઇક ઍસિડ) માં ફેરવી નાખે છે.

પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (સ્વાધ્યાય પ્રશ્ન ૪ થી ૧૫)

પ્રશ્ન ૪: CH₃Cl માં બંધ નિર્માણનો ઉપયોગ કરી સહસંયોજક બંધની પ્રકૃતિ સમજાવો.

જવાબ: CH₃Cl (ક્લોરોમિથેન) માં મધ્યસ્થ પરમાણુ કાર્બન (C) છે.

કાર્બનની બહારની કક્ષામાં 4 ઇલેક્ટ્રૉન છે. તેને અષ્ટક પૂરું કરવા વધુ 4 ઇલેક્ટ્રૉનની જરૂર છે.
તેથી કાર્બન 3 હાઇડ્રોજન (H) પરમાણુઓ સાથે 1-1 ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારી કરી 3 સહસંયોજક બંધ (C-H) બનાવે છે.
બાકી વધેલો 1 ઇલેક્ટ્રૉન તે ક્લોરિન (Cl) સાથે ભાગીદારી કરીને 1 સહસંયોજક બંધ (C-Cl) બનાવે છે.

આમ, ઇલેક્ટ્રૉનની ભાગીદારીથી બનતા આ બંધને સહસંયોજક બંધ કહેવાય છે.

પ્રશ્ન ૫: ઇલેક્ટ્રૉન બિંદુ-રચના દોરો.

(a) ઇથેનોઇક ઍસિડ (CH₃COOH)

H O | || H-C – C – O – H | H

(b) H₂S (હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ)

.. H:S:H ..

H O H | || | H-C – C – C-H | | H H

(d) F₂ (ફ્લોરિન)

.. .. :F : F: .. ..

પ્રશ્ન ૬: સમાનધર્મી શ્રેણી એટલે શું ? ઉદાહરણ સહિત સમજાવો.

જવાબ: કાર્બનિક સંયોજનોની એવી શ્રેણી કે જેમાં કાર્બન શૃંખલામાં રહેલા હાઇડ્રોજનને સમાન પ્રકારનો ક્રિયાશીલ સમૂહ વિસ્થાપિત કરતો હોય, તેને સમાનધર્મી શ્રેણી (Homologous Series) કહે છે.

લક્ષણો: આ શ્રેણીના કોઈપણ બે ક્રમિક (લાગોલાગ આવતા) સભ્યોના આણ્વીય સૂત્ર વચ્ચે -CH₂– નો તફાવત હોય છે.
ઉદાહરણ (આલ્કેન શ્રેણી): મિથેન (CH₄), ઇથેન (C₂H₆), પ્રોપેન (C₃H₈), બ્યુટેન (C₄H₁₀).

પ્રશ્ન ૭: ભૌતિક તેમજ રાસાયણિક ગુણધર્મોને આધારે ઇથેનોલ અને ઇથેનોઇક ઍસિડને તમે કેવી રીતે વિભેદિત કરશો ?

ગુણધર્મ	ઇથેનોલ (Alcohol)	ઇથેનોઇક ઍસિડ (Carboxylic Acid)
ભૌતિક (વાસ)	તેની મીઠી (Sweet) અને આલ્કોહોલિક વાસ હોય છે.	તેની સરકા (Vinegar) જેવી તીવ્ર અને ખાટી વાસ હોય છે.
ભૌતિક (ગલનબિંદુ)	ગલનબિંદુ 156 K છે (સામાન્ય તાપમાને પ્રવાહી).	ગલનબિંદુ 290 K છે (શિયાળામાં થીજી જાય છે).
રાસાયણિક (લિટમસ)	લિટમસ પેપર પર કોઈ અસર દર્શાવતું નથી.	ભૂરા લિટમસ પેપરને લાલ બનાવે છે.
રાસાયણિક (NaHCO₃)	ખાવાના સોડા સાથે પ્રક્રિયા આપતું નથી.	ખાવાના સોડા સાથે પ્રક્રિયા કરી CO₂ ના ઉભરા આપે છે.

પ્રશ્ન ૮: જ્યારે સાબુને પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે ત્યારે મિસેલનું નિર્માણ શા માટે થાય છે ? શું ઇથેનોલ જેવા બીજા દ્રાવકો દ્વારા પણ મિસેલનું નિર્માણ થશે ?

જવાબ: સાબુના અણુના બે છેડા હોય છે: એક જળઅનુરાગી (પાણી પ્રત્યે આકર્ષણ ધરાવતો) છેડો અને બીજો જળવિરાગી (પાણીથી દૂર ભાગતો હાઇડ્રોકાર્બન) છેડો.
જ્યારે સાબુને પાણીમાં ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે જળવિરાગી છેડાઓ પાણીથી બચવા માટે એકબીજા સાથે જોડાઈને અંદરની તરફ ગોળ ગુચ્છો બનાવે છે અને જળઅનુરાગી છેડા બહાર પાણી તરફ રહે છે. આ ગોળાકાર રચનાને મિસેલ (Micelle) કહેવાય છે.

શું ઇથેનોલમાં મિસેલ બનશે?
ના. ઇથેનોલ જેવા કાર્બનિક દ્રાવકોમાં સાબુનો હાઇડ્રોકાર્બન વાળો છેડો સંપૂર્ણપણે ઓગળી જાય છે, તેથી તેમાં મિસેલ જેવી રચના બનતી નથી.

પ્રશ્ન ૯: કાર્બન અને તેનાં સંયોજનોનો ઉપયોગ મોટાભાગે બળતણ તરીકે શા માટે થાય છે ?

જવાબ: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (જેમ કે લાકડું, કોલસો, પેટ્રોલ, CNG) ને જ્યારે હવામાં સળગાવવામાં આવે છે (દહન કરવામાં આવે છે), ત્યારે તે પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉષ્મા (ગરમી) અને પ્રકાશ ઊર્જા મુક્ત કરે છે. તેમનું જ્વલનબિંદુ યોગ્ય હોય છે અને તેઓ સરળતાથી સળગી શકે છે, આથી જ તેનો બળતણ (ઇંધણ) તરીકે બહોળો ઉપયોગ થાય છે.

પ્રશ્ન ૧૦: કઠિન પાણીમાં સાબુનો ઉપયોગ કરવાથી થતાં ફીણનું નિર્માણ સમજાવો.

જવાબ: કઠિન પાણીમાં કૅલ્શિયમ (Ca²⁺) અને મૅગ્નેશિયમ (Mg²⁺) ના ક્ષારો ઓગળેલા હોય છે. જ્યારે આવા પાણીમાં સાબુ નાખવામાં આવે છે, ત્યારે સાબુના અણુઓ આ ક્ષારો સાથે પ્રક્રિયા કરીને એક અદ્રાવ્ય પદાર્થ (અવક્ષેપ) બનાવે છે. આ અદ્રાવ્ય પદાર્થને ‘સ્કમ’ (Scum) અથવા ફીણ (મેલ) કહે છે. આના કારણે સાબુનો ઘણો બધો વ્યય થાય છે અને કપડાં બરાબર સાફ થતા નથી.

પ્રશ્ન ૧૧: જો તમે લિટમસ પેપર (લાલ અથવા ભૂરું)થી સાબુને ચકાસો તો શું ફેરફાર અવલોકિત કરશો ?

જવાબ: સાબુ એ નિર્બળ ઍસિડ અને પ્રબળ બેઝમાંથી બનેલો ક્ષાર છે, તેથી તેનો સ્વભાવ બેઝિક (Basic) છે.
આથી તે લાલ લિટમસ પેપરને ભૂરું (વાદળી) બનાવશે. જ્યારે ભૂરા લિટમસ પેપર પર તેની કોઈ જ અસર થશે નહિ.

પ્રશ્ન ૧૨: હાઇડ્રોજનીકરણ એટલે શું ? તેની ઔદ્યોગિક ઉપયોગિતા શું છે ?

જવાબ: નિકલ (Ni) અથવા પેલેડિયમ (Pd) જેવા ઉદ્દીપકની હાજરીમાં, અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન (દ્વિબંધ કે ત્રિબંધ વાળા) માં હાઇડ્રોજન (H₂) ઉમેરાઈને સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન (એકબંધ વાળા) બનવાની પ્રક્રિયાને હાઇડ્રોજનીકરણ (Hydrogenation) કહે છે.

ઔદ્યોગિક ઉપયોગિતા: આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ ઉદ્યોગોમાં વનસ્પતિ તેલ (Vegetable Oil – પ્રવાહી) માંથી વનસ્પતિ ઘી (ડાલડા ઘી – ઘન) બનાવવા માટે થાય છે.

પ્રશ્ન ૧૩: આપેલ હાઇડ્રોકાર્બન પૈકી કોની યોગશીલ પ્રક્રિયા થાય છે : C₂H₆, C₃H₈, C₃H₆, C₂H₂ અને CH₄

જવાબ: યોગશીલ (Addition) પ્રક્રિયા હંમેશાં અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન (આલ્કીન અને આલ્કાઇન) જ આપે છે.
આપેલા સંયોજનોમાંથી માત્ર C₃H₆ (પ્રોપીન – આલ્કીન) અને C₂H₂ (ઇથાઇન – આલ્કાઇન) જ અસંતૃપ્ત છે. તેથી આ બંનેની જ યોગશીલ પ્રક્રિયા થશે. (બાકીના બધા આલ્કેન છે તેથી નહિ થાય).

પ્રશ્ન ૧૪: સંતૃપ્ત અને અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનને વિભેદિત કરવા ઉપયોગમાં લેવાતી એક કસોટી જણાવો.

જવાબ: આ માટે બ્રોમિન જળ કસોટી (Bromine Water Test) નો ઉપયોગ થાય છે.

જ્યારે અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનમાં લાલ-કથ્થઈ રંગનું બ્રોમિન જળ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રક્રિયા થવાને કારણે બ્રોમિન જળનો લાલ-કથ્થઈ રંગ દૂર થઈ જાય છે (રંગવિહીન બને છે).
જ્યારે સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન બ્રોમિન જળ સાથે કોઈ પ્રક્રિયા કરતું ન હોવાથી તેનો લાલ-કથ્થઈ રંગ એવો ને એવો જ રહે છે.

પ્રશ્ન ૧૫: સાબુની સફાઈક્રિયાની ક્રિયાવિધિ સમજાવો.

જવાબ (ક્રિયાવિધિ): મોટાભાગનો મેલ કે ડાઘ તૈલી (ઓઇલી) સ્વભાવના હોય છે અને તે પાણીમાં ઓગળતા નથી.

જ્યારે મેલા કપડાં પર સાબુ લગાવી પાણીમાં પલાળવામાં આવે છે, ત્યારે સાબુના અણુઓ મેલની આસપાસ ગોઠવાઈને ‘મિસેલ’ બનાવે છે.
આ મિસેલમાં સાબુનો જળવિરાગી છેડો (હાઇડ્રોકાર્બન પૂંછડી) તેલ કે મેલના ડાઘ સાથે ચોંટી જાય છે.
જ્યારે સાબુનો જળઅનુરાગી છેડો (આયનીય માથું) પાણી તરફ રહે છે.
હવે જ્યારે કપડાંને બ્રશથી ઘસવામાં આવે કે પાણીમાં હલાવવામાં આવે છે, ત્યારે જળઅનુરાગી છેડો મેલને ખેંચીને પાણીમાં લઈ આવે છે.
આ રીતે મેલ કપડાંમાંથી છૂટો પડીને પાણીમાં ભળી જાય છે (ઇમલ્શન બનાવે છે) અને કપડાં એકદમ ચોખ્ખા થઈ જાય છે.

યોગશીલ પ્રક્રિયા (Addition Reaction)

વ્યાખ્યા (Definition)

જે રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન (એટલે કે દ્વિબંધ કે ત્રિબંધ ધરાવતા અણુઓ) માં અન્ય કોઈ પદાર્થનો (જેમ કે હાઇડ્રોજન કે હેલોજનનો) ઉમેરો થઈને એક નવો સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન (એકબંધ વાળો અણુ) બને છે, તેને યોગશીલ પ્રક્રિયા કહેવાય છે.

પ્રક્રિયા માટે શું જરૂરી છે?

૧. અસંતૃપ્ત અણુ: જેમાં ડબલ (C=C) કે ટ્રિપલ (C≡C) બોન્ડ હોય. (સિંગલ બોન્ડવાળા આ પ્રક્રિયા આપતા નથી કારણ કે તેમની પાસે જગ્યા જ હોતી નથી).
૨. ઉમેરાતો પદાર્થ: સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોજન (H₂) નો ઉમેરો થાય છે.
૩. ઉદ્દીપક (Catalyst): આ પ્રક્રિયા આપમેળે બહુ ધીમી થાય છે, તેથી તેને ઝડપી બનાવવા માટે નિકલ (Ni) અથવા પેલેડિયમ (Pd) જેવા ઉદ્દીપકનો ઉપયોગ થાય છે.

ઉદાહરણ (સમીકરણ સાથે)

જ્યારે ઇથીન (Ethene) વાયુમાં નિકલ ઉદ્દીપકની હાજરીમાં હાઇડ્રોજન (H₂) ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે ઇથીનનો દ્વિબંધ (ડબલ બોન્ડ) તૂટી જાય છે અને બંને કાર્બન પર એક-એક હાઇડ્રોજન ગોઠવાઈ જાય છે. પરિણામે તે ઇથેન (Ethane) બની જાય છે.

CH₂ = CH₂ + H₂ —(Ni ઉદ્દીપક)→ CH₃ – CH₃
(ઇથીન – અસંતૃપ્ત) (ઇથેન – સંતૃપ્ત)

રોજિંદા જીવનમાં ઉપયોગ (Industrial Application)

આ જ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કારખાનાઓમાં વનસ્પતિ તેલ (Vegetable Oil) માંથી વનસ્પતિ ઘી (ડાલડા ઘી) બનાવવા માટે થાય છે.
વનસ્પતિ તેલ એ ‘અસંતૃપ્ત’ હાઇડ્રોકાર્બન છે (તેથી તે પ્રવાહી છે). જ્યારે તેમાં હાઇડ્રોજન વાયુ પસાર કરવામાં આવે છે (હાઇડ્રોજનીકરણ), ત્યારે તે ‘સંતૃપ્ત’ બનીને ઘન અવસ્થામાં એટલે કે ઘી માં ફેરવાઈ જાય છે.

સ્વાધ્યાય

પ્રકરણ ૪ માટે પાયાના શબ્દોની સમજૂતી

કાર્બનનાં અપરરૂપો (Allotropes of Carbon)

કાર્બનનાં અપરરૂપો (3D અને 2D મૉડલ)

3D વ્યુ (માઉસથી ફેરવો)

2D વ્યુ (ચોપડી મુજબ)

પ્રવૃત્તિ 4.2: સમાનધર્મી શ્રેણી (Homologous Series)

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (અગત્યના પ્રશ્નો)

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (અગત્યના પ્રશ્નો)

પ્રકરણ ૪: કાર્બન અને તેના સંયોજનો (સ્વાધ્યાય પ્રશ્ન ૪ થી ૧૫)

યોગશીલ પ્રક્રિયા (Addition Reaction)

Leave a Comment Cancel Reply