कार्बन यौगिक - पुनरावृति मार्गदर्शिका

कार्बन के प्रमुख यौगिकों का परिचय

कार्बन, एक अधातु होने के कारण, शृंखलन की अपनी अनूठी क्षमता और अन्य तत्वों के साथ मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाने के कारण यौगिकों की एक विशाल श्रृंखला बनाता है। हाई स्कूल रसायन विज्ञान में, कार्बन के सबसे अधिक अध्ययन किए जाने वाले अकार्बनिक यौगिकों में इसके ऑक्साइड (कार्बन डाइऑक्साइड, कार्बन मोनोऑक्साइड) और कार्बोनेट शामिल हैं। ये यौगिक कई औद्योगिक प्रक्रियाओं, जैविक चक्रों और रोजमर्रा के जीवन के लिए महत्वपूर्ण हैं।

1. कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂)

रासायनिक सूत्र और सामान्य नाम

• रासायनिक सूत्र: CO₂
• सामान्य नाम: कार्बन डाइऑक्साइड; शुष्क बर्फ (ठोस रूप)

प्रयोगशाला में तैयारी

कार्बन डाइऑक्साइड को आमतौर पर प्रयोगशाला में कैल्शियम कार्बोनेट (जैसे संगमरमर के चिप्स) पर तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल की क्रिया द्वारा तैयार किया जाता है।

• अभिक्रिया:

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

• सिद्धांत: अम्ल कार्बोनेट के साथ अभिक्रिया करके एक लवण, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड गैस का उत्पादन करता है। गैस को आमतौर पर पानी के निचले विस्थापन या हवा के ऊपरी विस्थापन द्वारा एकत्र किया जाता है क्योंकि यह हवा से अधिक सघन होती है।

गुणधर्म

• भौतिक: रंगहीन, गंधहीन गैस; हवा से सघन; पानी में घुलनशील; ठोस CO₂ कमरे के तापमान और दबाव पर सीधे गैस में उर्ध्वपातित होती है।
• रासायनिक:
  • अम्लीय ऑक्साइड: पानी में घुलने पर कार्बोनिक अम्ल (H₂CO₃), एक दुर्बल अम्ल, बनाता है।

    CO₂(g) + H₂O(l) ⇌ H₂CO₃(aq)
    

  • अज्वलनशील: जलता नहीं है और आग बुझाता है, इसलिए अग्निशामक यंत्रों में इसका उपयोग किया जाता है।
  • क्षारों के साथ अभिक्रिया: क्षारों के साथ अभिक्रिया करके कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट बनाता है।
    • चूने के पानी (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड घोल) के साथ:

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

      (कैल्शियम कार्बोनेट का सफेद अवक्षेप, CO₂ के परीक्षण के रूप में उपयोग किया जाता है)
      • यदि अतिरिक्त CO₂ प्रवाहित की जाए:

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

      (घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट, जिससे सफेद अवक्षेप गायब हो जाता है)

2. कार्बन मोनोऑक्साइड (CO)

रासायनिक सूत्र और सामान्य नाम

• रासायनिक सूत्र: CO
• सामान्य नाम: कार्बन मोनोऑक्साइड

प्रयोगशाला में तैयारी

कार्बन मोनोऑक्साइड को प्रयोगशाला में फॉर्मिक अम्ल (मेथेनोइक अम्ल) के निर्जलीकरण द्वारा सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल का उपयोग निर्जलीकारक एजेंट के रूप में करके तैयार किया जा सकता है।

• अभिक्रिया:

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

• सिद्धांत: सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल फॉर्मिक अम्ल से पानी निकालता है, जिससे कार्बन मोनोऑक्साइड बनती है।

गुणधर्म और परीक्षा के लिए प्रासंगिक अभिक्रियाएँ

• भौतिक: रंगहीन, गंधहीन, स्वादहीन गैस; हवा से थोड़ी कम सघन; पानी में अल्प घुलनशील।
• रासायनिक:
  • उदासीन ऑक्साइड: अम्ल या क्षारों के साथ अभिक्रिया करके लवण नहीं बनाता है।
  • अत्यधिक विषैला: रक्त में हीमोग्लोबिन के साथ अपरिवर्तनीय रूप से जुड़कर कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन बनाता है, जिससे ऑक्सीजन का परिवहन बाधित होता है।
  • शक्तिशाली अपचायक: विशेष रूप से उच्च तापमान पर।
    • धातु ऑक्साइड का अपचयन (उदाहरण के लिए, लौह निष्कर्षण के लिए वात्या भट्टी में):

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

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

  • ज्वलनशील: कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए नीली लौ के साथ जलता है।

    2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g)
    

  • क्लोरीन के साथ अभिक्रिया: फॉस्जीन (कार्बोनिल क्लोराइड) बनाता है, जो एक अत्यधिक विषैली गैस है।

    CO(g) + Cl₂(g) → COCl₂(g)
    

3. महत्वपूर्ण कार्बोनेट

A. कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃)

• रासायनिक सूत्र: CaCO₃
• सामान्य नाम: चूना पत्थर, संगमरमर, चाक

तैयारी

प्रचुर मात्रा में प्राकृतिक रूप से पाया जाता है। इसे प्रयोगशाला में चूने के पानी से कार्बन डाइऑक्साइड प्रवाहित करके तैयार किया जा सकता है।

• अभिक्रिया:

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

गुणधर्म और परीक्षा के लिए प्रासंगिक अभिक्रियाएँ

• भौतिक: सफेद ठोस, पानी में लगभग अघुलनशील।
• रासायनिक:
  • अम्लों के साथ अभिक्रिया: तनु अम्लों के साथ विघटित होकर कार्बन डाइऑक्साइड गैस उत्पन्न करता है।

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

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

  • तापीय अपघटन: तीव्र गर्म करने पर (निस्तापन) कैल्शियम ऑक्साइड (बिना बुझा चूना) और कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न करने के लिए अपघटित होता है।

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

B. सोडियम कार्बोनेट (Na₂CO₃)

• रासायनिक सूत्र: Na₂CO₃
• सामान्य नाम: धावन सोडा (Na₂CO₃·10H₂O), सोडा ऐश (निर्जल Na₂CO₃)

तैयारी (सॉल्वे प्रक्रिया – मुख्य चरण)

सॉल्वे प्रक्रिया सोडियम कार्बोनेट के उत्पादन की एक औद्योगिक विधि है। एक मुख्य चरण में सोडियम बाइकार्बोनेट का तापीय अपघटन शामिल है।

• अभिक्रिया:

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

गुणधर्म और परीक्षा के लिए प्रासंगिक अभिक्रियाएँ

• भौतिक: सफेद क्रिस्टलीय ठोस, पानी में अत्यधिक घुलनशील, क्षारीय विलयन बनाता है।
  • उत्फुल्लता: धावन सोडा (डेकाहाइड्रेट) हवा के संपर्क में आने पर क्रिस्टलन जल खो देता है।

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

• रासायनिक:
  • जल-अपघटन: कार्बोनेट आयन के जल-अपघटन के कारण क्षारीय विलयन उत्पन्न करने के लिए पानी में घुलता है।

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

    या अधिक सटीक रूप से, कार्बोनेट आयन के लिए:

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

  • अम्लों के साथ अभिक्रिया: कार्बन डाइऑक्साइड मुक्त करने के लिए अम्लों के साथ अभिक्रिया करता है।

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

कार्बन ऑक्साइड के तुलनात्मक गुणधर्म

गुणधर्म	कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂)	कार्बन मोनोऑक्साइड (CO)
ऑक्साइड की प्रकृति	अम्लीय ऑक्साइड	उदासीन ऑक्साइड
पानी में घुलनशीलता	घुलनशील, कार्बोनिक अम्ल बनाता है	अल्प घुलनशील
घनत्व (बनाम हवा)	हवा से सघन	हवा से थोड़ा कम सघन
ज्वलनशीलता	अज्वलनशील, आग बुझाता है	ज्वलनशील, नीली लौ के साथ जलता है
अपचायक गुणधर्म	बहुत दुर्बल/कोई नहीं	प्रबल अपचायक
शारीरिक प्रभाव	उच्च सांद्रता पर दमघोंटू	अत्यधिक विषैला (कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन बनाता है)
NaOH के साथ अभिक्रिया	सोडियम कार्बोनेट/बाइकार्बोनेट बनाने के लिए अभिक्रिया करता है	अभिक्रिया नहीं करता है
सामान्य उपयोग	अग्निशामक यंत्र, कार्बोनेटेड पेय, प्रकाश संश्लेषण	ईंधन गैस, धातु विज्ञान में अपचायक, संश्लेषण गैस