கார்பன் (C) - வேதியியல் பண்புகள் மற்றும் வினைகள்

வேதியியல் பண்புகளின் கண்ணோட்டம்

கார்பன் (C) தனிம அட்டவணையின் தொகுதி 14-ஐச் சேர்ந்த ஒரு அலோகத் தனிமம் ஆகும். சங்கிலித் தொடராக்கம் (catenation) மற்றும் நான்முகிப் பிணைப்பு (tetravalency) போன்ற அதன் தனித்துவமான பண்புகள் கரிம வேதியியலுக்கு அடிப்படையானவை.

வினைத்திறன்

• வினைத்திறன் வரிசை நிலை: கார்பன் பொதுவாக நிலையான உலோக வினைத்திறன் வரிசையில் சேர்க்கப்படுவதில்லை. ஒரு அலோகமாக, அதன் வினைத்திறன் சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்கும் அதன் தன்மையால் விவரிக்கப்படுகிறது.
• எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல்: பவுலிங் எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல் 2.55 உடன், கார்பன் ஒரு மிதமான எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, இது அதிக மற்றும் குறைந்த எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல் கொண்ட தனிமங்களுடன் நிலையான சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது.
• பொதுவான வினைத்திறன்: கார்பன் பொதுவாக அறை வெப்பநிலையில் வினைபுரியாதது, ஆனால் அதிக வெப்பநிலையில் மிகவும் வினைபுரியக்கூடியதாக மாறும். இது அதன் சேர்மங்களில் முதன்மையாக +4 மற்றும் +2 ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகிறது. அதன் சிறிய அளவு காரணமாக, இது மற்ற சிறிய அணுக்களுடன், தன்னுடன் கூட நிலையான பல பிணைப்புகளை (இரட்டை மற்றும் முப்பிணைப்புகள்) உருவாக்குகிறது.

காற்று மற்றும் ஆக்சிஜனின் செயல்பாடு

கார்பன் சூடுபடுத்தப்படும்போது ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து எரிதலுக்கு வழிவகுக்கிறது. உற்பத்திப் பொருட்கள் ஆக்சிஜனின் இருப்பைப் பொறுத்தது.

ஆக்சிஜனேற்றம்/எரிதல் வினைகள்

• முழுமையான எரிதல் (போதுமான ஆக்சிஜன்): கார்பன் போதுமான ஆக்சிஜன் விநியோகத்தில் எரியும்போது, அது கார்பன் டை ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது, இது நச்சுத்தன்மையற்ற வாயு. $\text\{C\} (\text\{s\}) + \text\{O\}_2 (\text\{g\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\})$
• முழுமையற்ற எரிதல் (போதுமான ஆக்சிஜன் இல்லை): கார்பன் வரையறுக்கப்பட்ட ஆக்சிஜன் விநியோகத்தில் எரியும்போது, அது கார்பன் மோனாக்சைடை உருவாக்குகிறது, இது மிகவும் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்த வாயு. $2\text\{C\} (\text\{s\}) + \text\{O\}_2 (\text\{g\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} 2\text\{CO\} (\text\{g\})$

நீர் மற்றும் நீராவி செயல்பாடு

தனிம கார்பன் திரவ நீருடன், சூடாக இருந்தாலும் கூட வினைபுரிவதில்லை. இருப்பினும், இது மிக அதிக வெப்பநிலையில் நீராவிடன் வினைபுரிகிறது.

நீராவி உடனான வினை

• அதிக வெப்பநிலைகளில் (1000°C - 1200°C): சிவப்பு சூடான கார்பன் (கோக்) மீது நீராவி செலுத்தப்படும்போது, கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயு கலவை உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இந்த கலவை நீர் வாயு அல்லது தொகுப்பு வாயு என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது ஒரு முக்கியமான தொழில்துறை எரிபொருள் மற்றும் மூலப்பொருள். $\text\{C\} (\text\{s\}) + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{g\}) \xrightarrow\{1000-1200^\circ\text\{C\}\} \text\{CO\} (\text\{g\}) + \text\{H\}_2 (\text\{g\})$

அமிலங்கள் மற்றும் காரங்களின் செயல்பாடு

தனிம கார்பன் பொதுவாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யாத அமிலங்கள் மற்றும் காரங்களுடன் வினைபுரியாதது. இது சூடுபடுத்தப்படும்போது வலுவான ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யும் அடர் அமிலங்களுடன் மட்டுமே வினைபுரிகிறது.

அமிலங்களின் செயல்பாடு

• ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யாத அமிலங்கள் (எ.கா., நீர்த்த HCl, நீர்த்த H$_2$SO$_4$): தனிம கார்பன் (எ.கா., கிராஃபைட், கரி) நீர்த்த அமிலங்களுடன் வினைபுரிவதில்லை.
• அடர் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யும் அமிலங்கள்:
  • அடர் நைட்ரிக் அமிலம் (\text{HNO}_3): அடர் நைட்ரிக் அமிலத்துடன் சூடுபடுத்தப்படும்போது, கார்பன் கார்பன் டை ஆக்சைடாக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகிறது, அதே நேரத்தில் நைட்ரிக் அமிலம் நைட்ரஜன் டை ஆக்சைடாக ஒடுக்கப்படுகிறது. $\text\{C\} (\text\{s\}) + 4\text\{HNO\}_3 (\text\{conc.\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + 4\text\{NO\}_2 (\text\{g\}) + 2\text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\})$
  • அடர் சல்ப்யூரிக் அமிலம் (\text{H}_2\text{SO}_4): அடர் சல்ப்யூரிக் அமிலத்துடன் சூடுபடுத்தப்படும்போது, கார்பன் கார்பன் டை ஆக்சைடாக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகிறது, மேலும் சல்ப்யூரிக் அமிலம் சல்ஃபர் டை ஆக்சைடாக ஒடுக்கப்படுகிறது. $\text\{C\} (\text\{s\}) + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4 (\text\{conc.\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + 2\text\{SO\}_2 (\text\{g\}) + 2\text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\})$

காரங்கள் (ஆல்கலிகள்) செயல்பாடு

• தனிம கார்பன் காரங்களுடன் (ஆல்கலிகள்) வினைபுரிவதில்லை.

முக்கிய ஆய்வக சோதனை/கண்டறிதல் வினைகள்

கரிம சேர்மங்களில் கார்பன் இருப்பதை பொதுவாக எரிதல் மூலம் கண்டறியப்படுகிறது. மிகவும் பொதுவான சோதனை வாயுப் பொருளான கார்பன் டை ஆக்சைடுக்கு ஆகும். கார்பனேட் அயனிகளைக் கண்டறிய வேறு அணுகுமுறை பயன்படுத்தப்படுகிறது.

கார்பன் கண்டறிதல் (\text{CO}_2 உற்பத்தி மூலம்)

• எரிதல் மற்றும் சுண்ணாம்பு நீர் சோதனை: கார்பன் கொண்ட ஒரு பொருள் காற்று அல்லது ஆக்சிஜனில் சூடுபடுத்தப்படும்போது, அது கார்பன் டை ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. வெளிப்படும் \text{CO}_2 வாயு பின்னர் சுண்ணாம்பு நீர் (கால்சியம் ஹைட்ராக்சைடு கரைசல்) வழியாக செலுத்தப்படுகிறது, இது கரையாத கால்சியம் கார்பனேட் உருவாவதால் பால் போன்ற நிறமாக மாறும். $\text\{C\}_\{\text\{(in compound)\}\} + \text\{O\}_2 (\text\{g\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\})$ $\text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + \text\{Ca(OH)\}_2 (\text\{aq\}) \rightarrow \text\{CaCO\}_3 (\text\{s\}) \downarrow + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\})$
  • குறிப்பு: பால் போன்ற கரைசலின் வழியாக அதிகப்படியான \text{CO}_2 செலுத்தப்பட்டால், கரையக்கூடிய கால்சியம் பைகார்பனேட் உருவாவதால் பால் போன்ற நிறம் மறைந்துவிடும். $\text\{CaCO\}_3 (\text\{s\}) + \text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\}) \rightarrow \text\{Ca(HCO\}_3)_2 (\text\{aq\})$

கார்பனேட் அயனிகள் (\text{CO}_3^{2-}) கண்டறிதல்

• நீர்த்த அமில சோதனை: கார்பனேட் கொண்ட சேர்மங்கள் (எ.கா., உப்புகள்) நீர்த்த அமிலங்களுடன் (HCl அல்லது \text{H}_2\text{SO}_4 போன்றவை) வினைபுரிந்து, நிறமற்ற, மணமற்ற கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவின் விரைவான குமிழ்வை உருவாக்குகின்றன. $\text\{Na\}_2\text\{CO\}_3 (\text\{s\}) + 2\text\{HCl\} (\text\{aq\}) \rightarrow 2\text\{NaCl\} (\text\{aq\}) + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\}) + \text\{CO\}_2 (\text\{g\})$ வெளிப்படும் \text{CO}_2 வாயு பின்னர் மேலே விவரிக்கப்பட்ட சுண்ணாம்பு நீர் சோதனை மூலம் உறுதிப்படுத்தப்படுகிறது.