કાર્બન સંયોજનો - પુનરાવર્તન માર્ગદર્શિકા

કાર્બનના મુખ્ય સંયોજનોનો પરિચય

કાર્બન, એક અધાતુ, તેની અનન્ય કેટેનેશન કરવાની અને અન્ય તત્વો સાથે મજબૂત સહસંયોજક બંધ બનાવવાની ક્ષમતાને કારણે સંયોજનોની વિશાળ શ્રેણી બનાવે છે. ઉચ્ચ શાળા રસાયણશાસ્ત્રમાં, કાર્બનના સૌથી વધુ અભ્યાસ કરાયેલા અકાર્બનિક સંયોજનોમાં તેના ઓક્સાઇડ (કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, કાર્બન મોનોક્સાઇડ) અને કાર્બોનેટ્સનો સમાવેશ થાય છે. આ સંયોજનો અસંખ્ય ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ, જૈવિક ચક્ર અને રોજિંદા જીવન માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

1. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂)

રાસાયણિક સૂત્ર અને સામાન્ય નામ

• રાસાયણિક સૂત્ર: CO₂
• સામાન્ય નામ: કાર્બન ડાયોક્સાઇડ; શુષ્ક બરફ (ઘન સ્વરૂપ)

પ્રયોગશાળામાં બનાવટ

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સામાન્ય રીતે પ્રયોગશાળામાં મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડની કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (દા.ત., આરસના ટુકડા) પરની પ્રક્રિયા દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.

• પ્રક્રિયા:

  CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)
  

• સિદ્ધાંત: એસિડ કાર્બોનેટ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ક્ષાર, પાણી અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. આ વાયુ સામાન્ય રીતે પાણીના અધોગામી વિસ્થાપન દ્વારા અથવા હવાના ઉર્ધ્વગામી વિસ્થાપન દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવે છે કારણ કે તે હવાથી વધુ ઘન હોય છે.

ગુણધર્મો

• ભૌતિક: રંગહીન, ગંધહીન વાયુ; હવાથી વધુ ઘન; પાણીમાં દ્રાવ્ય; ઘન CO₂ ઓરડાના તાપમાને અને દબાણે સીધો વાયુમાં ઉર્ધ્વપાતન પામે છે.
• રાસાયણિક:
  • એસિડિક ઓક્સાઇડ: પાણીમાં દ્રાવ્ય થઈને કાર્બોનિક એસિડ (H₂CO₃), એક નબળો એસિડ બનાવે છે.

    CO₂(g) + H₂O(l) ⇌ H₂CO₃(aq)
    

  • અદહનશીલ: તે બળતો નથી અને આગ ઓલવી નાખે છે, તેથી તેનો ઉપયોગ અગ્નિશામકમાં થાય છે.
  • બેઇઝ સાથે પ્રક્રિયા: બેઇઝ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને કાર્બોનેટ અથવા બાયકાર્બોનેટ બનાવે છે.
    • ચૂનાના પાણી (કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણ) સાથે:

      Ca(OH)₂(aq) + CO₂(g) → CaCO₃(s) + H₂O(l)
      

      (કેલ્શિયમ કાર્બોનેટનો સફેદ અવક્ષેપ, CO₂ ના પરીક્ષણ માટે વપરાય છે)
      • જો વધુ CO₂ પસાર કરવામાં આવે તો:

      CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g) → Ca(HCO₃)₂(aq)
      

      (દ્રાવ્ય કેલ્શિયમ બાયકાર્બોનેટ, જેના કારણે સફેદ અવક્ષેપ અદૃશ્ય થાય છે)

2. કાર્બન મોનોક્સાઇડ (CO)

રાસાયણિક સૂત્ર અને સામાન્ય નામ

• રાસાયણિક સૂત્ર: CO
• સામાન્ય નામ: કાર્બન મોનોક્સાઇડ

પ્રયોગશાળામાં બનાવટ

કાર્બન મોનોક્સાઇડ પ્રયોગશાળામાં ફોર્મિક એસિડ (મેથેનોઇક એસિડ) ના નિર્જળીકરણ દ્વારા સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડનો નિર્જલીકરણ કરનાર તરીકે ઉપયોગ કરીને બનાવી શકાય છે.

• પ્રક્રિયા:

  HCOOH(conc.) --(conc. H₂SO₄, 373K)--> CO(g) + H₂O(l)
  

• સિદ્ધાંત: સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ ફોર્મિક એસિડમાંથી પાણી દૂર કરે છે, અને કાર્બન મોનોક્સાઇડ છોડે છે.

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

• ભૌતિક: રંગહીન, ગંધહીન, સ્વાદહીન વાયુ; હવાથી સહેજ ઓછો ઘન; પાણીમાં ઓછો દ્રાવ્ય.
• રાસાયણિક:
  • તટસ્થ ઓક્સાઇડ: ક્ષાર બનાવવા માટે એસિડ અથવા બેઇઝ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતો નથી.
  • અત્યંત ઝેરી: રક્તમાં હિમોગ્લોબિન સાથે અવિશ્વસનીય રીતે જોડાઈને કાર્બોક્સિહિમોગ્લોબિન બનાવે છે, જે ઓક્સિજનના પરિવહનને અટકાવે છે.
  • શક્તિશાળી રિડ્યુસિંગ એજન્ટ: ખાસ કરીને ઊંચા તાપમાને.
    • ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન (દા.ત., લોહ નિષ્કર્ષણ માટે બ્લાસ્ટ ભઠ્ઠીમાં):

      Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO₂(g)
      

      ZnO(s) + CO(g) → Zn(s) + CO₂(g)
      

  • દહનશીલ: વાદળી જ્યોત સાથે બળીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બનાવે છે.

    2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g)
    

  • ક્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા: ફોસજીન (કાર્બોનિલ ક્લોરાઇડ) બનાવે છે, જે અત્યંત ઝેરી વાયુ છે.

    CO(g) + Cl₂(g) → COCl₂(g)
    

3. મહત્વપૂર્ણ કાર્બોનેટ્સ

A. કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO₃)

• રાસાયણિક સૂત્ર: CaCO₃
• સામાન્ય નામ: ચૂનાનો પત્થર, આરસ, ચોક

બનાવટ

તે કુદરતી રીતે પુષ્કળ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે. તેને પ્રયોગશાળામાં ચૂનાના પાણીમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પસાર કરીને બનાવી શકાય છે.

• પ્રક્રિયા:

  Ca(OH)₂(aq) + CO₂(g) → CaCO₃(s) + H₂O(l)
  

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

• ભૌતિક: સફેદ ઘન, પાણીમાં લગભગ અદ્રાવ્ય.
• રાસાયણિક:
  • એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા: મંદ એસિડ સાથે વિઘટન પામીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.

    CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)
    

    CaCO₃(s) + H₂SO₄(dilute) → CaSO₄(s) + H₂O(l) + CO₂(g)
    

  • ઉષ્મીય વિઘટન: પ્રબળ ગરમ કરવાથી (કેલ્સિનેશન) વિઘટન પામીને કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ (ઝડપી ચૂનો) અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે.

    CaCO₃(s) --(Δ)--> CaO(s) + CO₂(g)
    

B. સોડિયમ કાર્બોનેટ (Na₂CO₃)

• રાસાયણિક સૂત્ર: Na₂CO₃
• સામાન્ય નામ: ધોવાનો સોડા (Na₂CO₃·10H₂O), સોડા એશ (નિર્જળ Na₂CO₃)

બનાવટ (સોલ્વે પ્રક્રિયા – મુખ્ય પગલું)

સોલ્વે પ્રક્રિયા એ સોડિયમ કાર્બોનેટ બનાવવા માટેની એક ઔદ્યોગિક પદ્ધતિ છે. એક મુખ્ય પગલામાં સોડિયમ બાયકાર્બોનેટનું ઉષ્મીય વિઘટન શામેલ છે.

• પ્રક્રિયા:

  2NaHCO₃(s) --(Δ)--> Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g)
  

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

• ભૌતિક: સફેદ સ્ફટિકમય ઘન, પાણીમાં અત્યંત દ્રાવ્ય, આલ્કલાઇન દ્રાવણ બનાવે છે.
  • ક્ષારણ: ધોવાનો સોડા (ડેકાહાઇડ્રેટ) હવાના સંપર્કમાં આવવાથી સ્ફટિકીકરણનું પાણી ગુમાવે છે.

    Na₂CO₃·10H₂O(s) → Na₂CO₃·H₂O(s) + 9H₂O(g)
    

• રાસાયણિક:
  • હાઇડ્રોલિસિસ: કાર્બોનેટ આયનના હાઇડ્રોલિસિસને કારણે પાણીમાં ઓગળીને આલ્કલાઇન દ્રાવણ ઉત્પન્ન કરે છે.

    Na₂CO₃(aq) + 2H₂O(l) ⇌ 2NaOH(aq) + H₂CO₃(aq)
    

    અથવા વધુ ચોક્કસપણે, કાર્બોનેટ આયન માટે:

    CO₃²⁻(aq) + H₂O(l) ⇌ HCO₃⁻(aq) + OH⁻(aq)
    

  • એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા: કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મુક્ત કરવા માટે એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે.

    Na₂CO₃(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)
    

કાર્બન ઓક્સાઇડના તુલનાત્મક ગુણધર્મો

ગુણધર્મ	કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂)	કાર્બન મોનોક્સાઇડ (CO)
ઓક્સાઇડનો પ્રકાર	એસિડિક ઓક્સાઇડ	તટસ્થ ઓક્સાઇડ
પાણીમાં દ્રાવ્યતા	દ્રાવ્ય, કાર્બોનિક એસિડ બનાવે છે	ઓછો દ્રાવ્ય
ઘનતા (હવા વિ.)	હવાથી વધુ ઘન	હવાથી સહેજ ઓછો ઘન
દહનશીલતા	અદહનશીલ, આગ ઓલવે છે	દહનશીલ, વાદળી જ્યોત સાથે બળે છે
રિડ્યુસિંગ ગુણધર્મ	ખૂબ જ નબળો/નથી	શક્તિશાળી રિડ્યુસિંગ એજન્ટ
શારીરિક અસર	ઊંચી સાંદ્રતામાં ગૂંગળામણકારક	અત્યંત ઝેરી (કાર્બોક્સિહિમોગ્લોબિન બનાવે છે)
NaOH સાથે પ્રતિક્રિયા	સોડિયમ કાર્બોનેટ/બાયકાર્બોનેટ બનાવવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે	પ્રતિક્રિયા કરતો નથી
સામાન્ય ઉપયોગો	અગ્નિશામક, કાર્બોનેટેડ પીણાં, પ્રકાશસંશ્લેષણ	બળતણ વાયુ, ધાતુશાસ્ત્રમાં રિડ્યુસિંગ એજન્ટ, સંશ્લેષણ વાયુ