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.
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.
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.
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 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!
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!
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.
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.
પરિણામ: અમેરિકાના એક આર્કિટેક્ટ (બકમિન્સ્ટર ફુલર) એ બનાવેલા એક ગુંબજ (Dome) જેવો આ આકાર હોવાથી તેનું નામ ફુલેરિન પડ્યું.
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
સૂત્રનો તફાવત = -CH2– | દળનો તફાવત = 14 u
(b) C2H5OH અને C3H7OH વચ્ચેનો તફાવત:
સૂત્રનો તફાવત = -CH2– | દળનો તફાવત = 14 u
સૂત્રનો તફાવત = -CH2– | દળનો તફાવત = 14 u
(c) C3H7OH અને C4H9OH વચ્ચેનો તફાવત:
સૂત્રનો તફાવત = -CH2– | દળનો તફાવત = 14 u
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.
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.
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.
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):
H H H H H
| | | | |
H-C – C – C – C – C – Br
| | | | |
H H H H H
(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)]
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:
(નોંધ: આ પ્રશ્નનો સૌથી સચોટ અને સહેલો જવાબ ખાવાના સોડા વાળી કસોટી છે, જેનાથી ઉભરા આવે તે ઍસિડ અને ન આવે તે આલ્કોહોલ).
| 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. |
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:
સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, જે પદાર્થ બીજાનું ઑક્સિડેશન કરે તેને ઑક્સિડેશનકર્તા કહેવાય.
અગત્યનાં ઉદાહરણો:
- આલ્કલાઇન પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ (KMnO4)
- ઍસિડિક પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ (K2Cr2O7)
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.
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
..
(c) પ્રોપેનોન (CH3COCH3)
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).
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.
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.
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.
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).
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)
(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.
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.