← कक्षा ९ विज्ञान

कार्बन र यसका यौगिकहरू

एकाइ 18 · पाठ्यपुस्तकका पृष्ठ 283–291

Read in English

यस एकाइमा 8 खण्ड
  1. कार्बनको परिचय
  2. कार्बनका स्रोतहरू
  3. कार्बनको स्वभाव
  4. कार्बनका भौतिक गुण
  5. कार्बनका रासायनिक गुण
  6. प्राङ्गारिक र अप्राङ्गारिक यौगिक
  7. दैनिक जीवनमा प्राङ्गारिक यौगिकका उपयोगिता
  8. अभ्यास

पेन्सिलको टुप्पो, दाउरामा खाना पकाउँदा भाँडाको पिँधमा लाग्ने कालो ध्वाँसो, औँठीमा जडिएको हिरा, इस्त्रीभित्र राखिने गोल र हाम्रो आफ्नै शरीरको तौलको करिब पाँच भागको एक भाग: यी सबैमा के समानता छ?

यी सबै कार्बन हुन्। ध्वाँसो र हिरा ठ्याक्कै उस्तै परमाणुबाट बनेका हुन्छन्, फरक केवल ती परमाणु मिलेको तरिकामा हुन्छ। तिनै कार्बनका परमाणु हाइड्रोजन, अक्सिजन र अरू केही तत्त्वसँग जोडिएर हामीले खाने भात, लगाउने सुती कपडा, बसमा हालिने पेट्रोल र हाम्रा कोषभित्रको DNA बन्छन्। यति धेरै कुरा बनाउन सक्ने अर्को तत्त्व छैन। कार्बनमा यस्तो के छ भन्ने कुरा यस एकाइमा पढिन्छ।

कार्बनको परिचय

कोइला, गोल र ध्वाँसोको रङ कालो हुन्छ। यी सबै कार्बनका रूप हुन्। ‘कार्बन’ नाम ल्याटिन भाषाको carbo शब्दबाट आएको हो। carbo को अर्थ कोइला वा गोल हुन्छ। यस्ता रूपमा रहेको कार्बन हावामा सजिलै बल्छ र ताप तथा प्रकाश दिन्छ। कार्बन भएको वस्तु पर्याप्त हावा नपाई बल्दा बाक्लो कालो धुवाँ निस्किन्छ।

यसैका आधारमा कार्बन चिन्ने एउटा सजिलो परीक्षण गर्न सकिन्छ। कुनै पदार्थ तताउँदा डढेर कालो हुन्छ वा ध्वाँसो भएको कालो धुवाँ दिएर बल्छ भने त्यस पदार्थमा कार्बन हुन्छ। कागज, काठ, चिनी, कपडा, प्लास्टिक, मटितेल र मैनबत्ती सबैमा यस परीक्षणबाट कार्बन भएको थाहा हुन्छ।

कार्बन एउटा अधातु हो। यसको पारमाणविक सङ्ख्या 6 (हरेक परमाणुमा 6 प्रोटोन र 6 इलेक्ट्रोन) र पारमाणविक भार 12 हुन्छ। तर यो अरू अधातुभन्दा फरक छ। यसको एउटा रूप ग्राफाइटमा विद्युत् प्रवाह हुन्छ भने अर्को रूप हिरा प्रकृतिमा पाइने सबैभन्दा कडा पदार्थ हो। हिराको टुप्पो भएका ड्रिलदेखि ब्याट्रीभित्रको ग्राफाइटसम्म आज कार्बनको प्रयोग पहिलेभन्दा धेरै तरिकाले भइरहेको छ। सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कुरा त सजीवमा पाइने यौगिकको मुख्य तत्त्व कार्बन नै हो। यस्ता यौगिकलाई प्राङ्गारिक यौगिक भनिन्छ।

कार्बनका स्रोतहरू

दाउरा बाल्दा कालो धुवाँ निस्किन्छ। मैनबत्तीको ज्वालामाथि समात्दा चम्चा कालो हुन्छ। कराइमा चिनी तताउँदा कालो सुगर चारकोल बन्छ। हरेक पटक पदार्थभित्र लुकेको कार्बन देखा पर्छ।

सबै सजीवमा कार्बन पाइन्छ। सजीवको शरीर बनाउने मुख्य तत्त्व नै कार्बन हो। त्यसैले कार्बनलाई सजीव वस्तुहरूको बनोटको आधार भनिन्छ। हामीले खाने खाना, लगाउने लुगा, काठको टेबुल, कागज र कलममा कार्बनका यौगिक हुन्छन्। कार्बन तीन किसिमले पाइन्छ:

तत्त्वका रूपमा (स्वतन्त्र कार्बन) अप्राङ्गारिक यौगिकका रूपमा प्राङ्गारिक यौगिकका रूपमा
कोइला, ध्वाँसो, गोल, हिरा, ग्राफाइट, ग्राफिन कार्बोनेट (चुनढुङ्गा, मार्बल), बाइकार्बोनेट (बेकिङ सोडा), कार्बाइड (क्याल्सियम कार्बाइड CaC₂, सिलिकन कार्बाइड SiC); खनिज र ढुङ्गामा; कार्बनडाइअक्साइड (CO₂) र कार्बन मोनोअक्साइड (CO) जस्ता ग्यासमा कार्बोहाइड्रेट, प्रोटिन, चिल्लो पदार्थ, भिटामिन, युरिया, औषधी, पेट्रोल, सिल्क, कपास, कागज, साबुन; मिथेन, इथेन र LPG जस्ता हाइड्रोकार्बन ग्यास

परीक्षण नलीमा राखेर धेरै तताउँदा यीमध्ये कुनबाट कालो पिण्ड बाँकी रहँदैन?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

कार्बनको स्वभाव

कार्बनको परमाणुमा 6 इलेक्ट्रोन हुन्छन्। पहिलो सेलमा 2 र बाहिरी सेलमा 4 इलेक्ट्रोन रहन्छन् (इलेक्ट्रोनिक विन्यास 2, 4)। बाहिरी सेललाई भ्यालेन्स सेल भनिन्छ र त्यसमा रहेका यी चारओटा इलेक्ट्रोनलाई भ्यालेन्स इलेक्ट्रोन भनिन्छ। परमाणु स्थिर हुन बाहिरी सेलमा 8 इलेक्ट्रोन चाहिन्छ। यसलाई अक्टेट भनिन्छ। चारओटा इलेक्ट्रोन गुमाउन वा चारओटा थप्न धेरै ऊर्जा चाहिने भएकाले कार्बनले यी दुवैमध्ये कुनै पनि गर्दैन। बरु कार्बनले आफ्ना चारओटा बाहिरी इलेक्ट्रोन अरू परमाणुसँग साझेदारी गरेर चारओटा कोभ्यालेन्ट बन्ड बनाउँछ। त्यसैले कार्बनको संयुज्यता चार हुन्छ।

कार्बनले हाइड्रोजन, अक्सिजन, नाइट्रोजन, अरू कार्बन परमाणु र अन्य धेरै तत्त्वसँग यस्ता बन्ड बनाउन सक्छ। यसै गुणका कारण कार्बनका करोडौँ यौगिक पत्ता लागेका छन्। अरू सबै तत्त्वका यौगिक जोड्दा पनि कार्बनका यौगिकभन्दा निकै कम हुन्छन्।

क. कार्बनको परमाणुख. ब्युटेन, C4H10ग. हाँगा भएको सिक्रीघ. घेरा (रिङ)6p6nभित्र 2 इलेक्ट्रोन, अनिबाहिरी सेलमा 4 (रातो)CHHCHHCHHCHHHHसिधा सिक्री: हरेक कार्बनलेचारओटा बन्ड बनाउँछCCCCसिक्रीबाट निस्केको हाँगा(हाइड्रोजन कोरिएको छैन)CCCCCCघेरामा छओटा कार्बन(हाइड्रोजन कोरिएको छैन)
चित्र 18.1 कार्बनका चार बन्ड। क. कार्बनको परमाणु: न्युक्लियसमा 6 प्रोटोन र 6 न्युट्रोन, भित्री सेलमा 2 र बाहिरी सेलमा 4 इलेक्ट्रोन। ख. ब्युटेन: सिधा सिक्रीमा जोडिएका चारओटा कार्बन परमाणु, हरेकका चारओटा बन्ड। ग. कार्बन परमाणुहरूले हाँगा भएका सिक्री र घ. घेरा पनि बनाउँछन्।

क. क्याटिनेसन

धेरैजसो तत्त्वका परमाणु आफ्नै किसिमका धेरै परमाणुसँग जोडिन सक्दैनन्। कार्बनका परमाणु भने एकअर्कासँग कोभ्यालेन्ट बन्डद्वारा जोडिएर लामा सिक्री, हाँगा भएका सिक्री र घेरा बनाउँछन्। कार्बनको यस गुणलाई क्याटिनेसन भनिन्छ। यो नाम ल्याटिन शब्द catena (सिक्री) बाट आएको हो।

हाम्रो भान्साको LPG सिलिन्डरमा हुने मुख्य ग्यास ब्युटेन (C₄H₁₀) मा चारओटा कार्बन परमाणुको सिक्री हुन्छ (चित्र 18.1 ख)। पेन्टेनमा पाँचओटा कार्बन हुन्छन्। पोलिथिन र पानीको पाइप बनाउने प्लास्टिक PVC (पोलिभिनाइल क्लोराइड) मा त हजारौँ कार्बन परमाणुका लामा सिक्री हुन्छन्।

क्याटिनेसनका कारण कार्बनका यौगिक झन्डै अनगिन्ती छन्। यी यति धेरै भएकाले रसायनशास्त्रमा कार्बनका यौगिकको अध्ययन गर्ने छुट्टै शाखा छ। यसलाई प्राङ्गारिक रसायनशास्त्र भनिन्छ।

पोलिथिनको झोला धेरै लामा अणुबाट बनेको हुन्छ। ती अणुमा कार्बनका परमाणु एकअर्कासँग सिक्रीमा जोडिएका हुन्छन्। कार्बनको कुन गुणका कारण यस्तो हुन सक्छ?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

ख. एलोट्रप र एलोट्रपी

कोइला, गोल, ध्वाँसो, हिरा, ग्राफाइट र ग्राफिन सबै कार्बनका परमाणुबाट मात्र बनेका हुन्छन्। तैपनि यिनमा परमाणु फरक तरिकाले मिलेका हुनाले यिनको रूप र गुण एकदमै फरक हुन्छ। एउटै तत्त्वका फरक फरक रूपलाई त्यस तत्त्वका एलोट्रप भनिन्छ भने कुनै तत्त्व एकभन्दा बढी रूपमा पाइने गुणलाई एलोट्रपी भनिन्छ।

एउटै तत्त्वका एलोट्रपका भौतिक गुण फरक हुन्छन् (रङ, कडापन, विद्युत् प्रवाह), तर रासायनिक गुण उस्तै हुन्छन्। उदाहरणका लागि हिरा, ग्राफाइट वा गोल जुनसुकै अक्सिजनमा बाले पनि एउटै ग्यास कार्बनडाइअक्साइड बन्छ।

कार्बनका एलोट्रप दुई किसिमका हुन्छन्: मणिभ र धुलो।

मणिभ एलोट्रप धुलो एलोट्रप
परमाणु नियमित, दोहोरिने ढाँचामा मिलेका कुनै नियमित ढाँचा हुँदैन
हिरा, ग्राफाइट, फुलरिन (र ग्राफाइटको एउटै तह, ग्राफिन) कोइला, गोल, ध्वाँसो वा ल्याम्प ब्ल्याक (र कोक)

हिरा, ग्राफाइट र फुलरिन

हिराग्राफाइटफुलरिन, C60हरेक परमाणु अरू चारओटासँगजोडिएको (एउटा परमाणु रातो)षड्भुजका तह; तहहरूबिचकमजोर बल (टुटेको रेखा)20 षड्भुज र 12 पञ्चभुज (रातो)मिलेर बनेको खोक्रो गोला
चित्र 18.2 कार्बनका तीन मणिभ एलोट्रप। हिरा: हरेक कार्बन परमाणु अरू चारओटासँग जोडिएर कडा त्रिआयामिक (3-D) जालो बन्छ (एउटा परमाणु, यसका चारओटा बन्ड र चारओटा छिमेकी रातो रङमा छन्)। ग्राफाइट: हरेक परमाणु अरू तीनओटासँग जोडिएर षड्भुजका चेप्टा तह बन्छन्। तहहरू एकअर्कासँग खुकुलो गरी मात्र अडिएका हुन्छन् र हरेक परमाणुमा एउटा स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन हुन्छ। फुलरिन (C₆₀): षड्भुज र पञ्चभुज मिलेर बनेको फुटबलजस्तो खोक्रो गोलामा साठीओटा परमाणु।

हिरामा हरेक कार्बन परमाणुले आफ्ना चारओटै बाहिरी इलेक्ट्रोन प्रयोग गरेर अरू चारओटा कार्बन परमाणुसँग बन्ड बनाउँछ। यी बन्ड सबै दिशातिर फर्केका हुन्छन्। त्यसैले पूरै मणिभभरि बलियो र कडा जालो बन्छ। स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन नहुने हुनाले हिरा:

  • प्रकृतिमा पाइने सबैभन्दा कडा पदार्थ हो;
  • विद्युत्को कुचालक हो (धारा बोक्ने स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन हुँदैनन्);
  • पारदर्शी हुन्छ र काटेपछि टल्किन्छ।

ग्राफाइटमा हरेक कार्बन परमाणु अरू तीनओटासँग मात्र जोडिन्छ। यसरी कुखुराको खोरको जालीजस्ता षड्भुजका चेप्टा तह बन्छन्। हरेक परमाणुको चौथो इलेक्ट्रोन तहभरि स्वतन्त्र रूपमा चल्न सक्छ। तहहरू एकमाथि अर्को खप्टिएर बसेका हुन्छन् र कमजोर बलले मात्र एकअर्कासँग अडिएका हुन्छन्। त्यसैले ग्राफाइट:

  • स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन भएकाले विद्युत् (र तापको) सुचालक हो;
  • नरम र चिप्लो हुन्छ: तहहरू सजिलै एकमाथि अर्को चिप्लिन्छन्। त्यसैले पेन्सिलले लेख्दा कागजमा चिह्न बस्छ (तहहरू खुइलिएर कागजमा टाँसिन्छन्) र ग्राफाइटको धुलोलाई ताला र मेसिनमा ड्राइ लुब्रिकेन्टका रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

फुलरिन (C₆₀, “बक्मिनिस्टर फुलरिन”) 60 कार्बन परमाणु मिलेर बनेको खोक्रो गोला हो। यसमा 20 षड्भुज र 12 पञ्चभुज हुन्छन्, ठ्याक्कै फुटबलका टालाजस्तै।

घुमाएर हेर्नुहोस्

कुनै संरचनालाई तानेर (वा एरो कुञ्जी थिचेर) त्रिआयाम (3-D) मा घुमाउनुहोस्। हिराको हरेक परमाणुका चारओटा बन्ड, बिचमा खाली ठाउँ भएका ग्राफाइटका चेप्टा तह र फुलरिनको गोलाका षड्भुज तथा पञ्चभुज खोज्नुहोस्।

घुमाउन तान्नुहोस्
प्रति परमाणु बन्ड
4
विद्युत् प्रवाह गर्छ?
गर्दैन
कस्तो हुन्छ
प्रकृतिको सबैभन्दा कडा पदार्थ
घनत्व
3.5 g/cm³

हरेक परमाणु सबै दिशातिर फर्केका चारओटा बन्डले अडिएको छ (एउटा परमाणुका चार बन्ड रातो): मणिभ कुनै पनि दिशामा कमजोर हुँदैन र कुनै इलेक्ट्रोन स्वतन्त्र रहँदैन।

छेउछेउमा दुईओटा मणिभ: सफा, सिसाजस्तो हिराको मणिभ र गाढा खरानी रङको पत्रे ग्राफाइटको डल्लो
चित्र 18.3 प्राकृतिक हिराको मणिभ (बायाँ) र ग्राफाइटको डल्लो (दायाँ)। दुवै शुद्ध कार्बन हुन्। फोटो: Robert M. Lavinsky / Robert M. Lavinsky, CC BY-SA 3.0

ग्राफाइटमा विद्युत् प्रवाह हुन्छ तर हिरामा किन हुँदैन?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

कार्बनका भौतिक गुण

  1. कार्बन ठोस अवस्थामा पाइन्छ। हिरा, ग्राफाइट र फुलरिन यसका मणिभ एलोट्रप हुन् भने कोइला, गोल र ध्वाँसो धुलो एलोट्रप हुन्।
  2. कार्बन पानीमा घुल्दैन (धेरैजसो अरू तरलमा पनि घुल्दैन)।
  3. सामान्य चापमा धेरै तताउँदा कार्बन पग्लिँदैन। करिब 3,600 °C मा यो ठोसबाट सिधै ग्यासमा बदलिन्छ। (यसलाई ऊर्ध्वपातन भनिन्छ।)
  4. कार्बनका धेरैजसो रूप कालो हुन्छन्, तर हिरा रङहीन र पारदर्शी हुन्छ।
  5. धेरैजसो रूपमा टलक हुँदैन। हिरा भने टल्किन्छ र ग्राफाइटमा धमिलो खरानी चमक हुन्छ।
  6. धेरैजसो रूप ताप र विद्युत्का कुचालक हुन्, तर ग्राफाइट सुचालक हो। (हिरामा विद्युत् प्रवाह नभए पनि ताप भने अत्यन्तै राम्ररी प्रवाह हुन्छ।)
  7. कार्बनको घनत्व एलोट्रपअनुसार फरक हुन्छ: गोलजस्ता धुलो रूपको करिब 1.5 g/cm³, ग्राफाइटको 2.2 g/cm³ र हिराको 3.5 g/cm³ हुन्छ।

कार्बनका रासायनिक गुण

1. बल्ने गुण (दहन)

कार्बन अक्सिजनमा बल्छ। बल्दा के बन्छ भन्ने कुरा कति अक्सिजन छ भन्नेमा भर पर्छ।

प्रशस्त अक्सिजन हुँदा कार्बन पूरै बलेर कार्बनडाइअक्साइड बन्छ। यसलाई पूर्ण दहन भनिन्छ:

C+O2⟶CO2+ताप \text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + \text{ताप}

थोरै अक्सिजन हुँदा कार्बन पूरै बल्दैन र कार्बन मोनोअक्साइड बन्छ। यसलाई अपूर्ण दहन भनिन्छ:

2C+O2⟶2CO+ताप 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} + \text{ताप}

हावा अझ कम भयो भने केही कार्बन बल्दै बल्दैन र कालो धुवाँ बनेर माथि जान्छ। यही ध्वाँसो हो।

कार्बन मोनोअक्साइड प्राणघातक ग्यास हो। यसको रङ र गन्ध दुवै नहुने भएकाले यो छ भन्ने थाहै हुँदैन। सास फेर्दा शरीरमा पुगेको कार्बन मोनोअक्साइड रगतको हेमोग्लोबिनसँग अक्सिजनभन्दा करिब 200 गुणा बलियोसँग टाँसिन्छ। त्यसपछि रगतले अक्सिजन बोक्न सक्दैन। सुरुमा टाउको दुख्छ र रिँगटा लाग्छ, त्यसपछि निद्रा लाग्छ र अन्त्यमा मृत्यु हुन्छ।

कम वा बढी हावा पाउने चुलो

आगोसम्म कम वा बढी हावा पुर्‍याउन स्लाइडर सार्नुहोस्। ज्वाला, धुवाँ र भाँडाको पिँध हेर्नुहोस् अनि आगोमा कुन ग्यास बनिरहेको छ, पत्ता लगाउनुहोस्।

भाँडोहावादाउराचुलो(काटेर देखाइएको)
आगोले बनाउँछ
कार्बनडाइअक्साइड
भाँडामा ध्वाँसो
छैन

प्रशस्त हावा: कार्बन पूरै बलेर रङहीन कार्बनडाइअक्साइड बन्छ। सानो, तातो ज्वाला, थोरै धुवाँ, सफा भाँडो।
C + O2 → CO2 + ताप

सबै झ्याल थुनिएको कोठामा बलिरहेको गोलको आगोलाई बिस्तारै अक्सिजन नपुग्न थाल्छ। अब आगोमा कुन ग्यास बन्न थाल्छ र त्यो किन खतरनाक छ?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

2. धातुसँग प्रतिक्रिया

केही सक्रिय धातुसँग धेरै तताउँदा कार्बनले प्रतिक्रिया गरी कार्बाइड भनिने यौगिक बनाउँछ।

सक्रिय धातु+कार्बन→तापधातु कार्बाइड \text{सक्रिय धातु} + \text{कार्बन} \xrightarrow{\text{ताप}} \text{धातु कार्बाइड}

प्रतिक्रिया बन्ने कार्बाइड
4Al + 3C → Al₄C₃ एलुमिनियम कार्बाइड
3Fe + C → Fe₃C आइरन कार्बाइड (सिमेन्टाइट)
2Li + 2C → Li₂C₂ लिथियम कार्बाइड
Ca + 2C → CaC₂ क्याल्सियम कार्बाइड

आइरन कार्बाइडका कारण स्टिल शुद्ध फलामभन्दा कडा हुन्छ। क्याल्सियम कार्बाइड भिज्दा एसिटिलिन नामको ग्यास निस्किन्छ। आँप र केरा हतारमा पकाउन कहिलेकाहीँ यसको प्रयोग गरिन्छ। कार्बाइडमा प्रायः आर्सेनिक र फस्फोरसका यौगिक अशुद्धिका रूपमा हुने भएकाले यो खतरनाक दुरुपयोग हो।

3. रिड्युसिङ गुण

कुनै यौगिकबाट अक्सिजन हटाउने प्रक्रियालाई रिडक्सन भनिन्छ र अक्सिजन हटाउने पदार्थलाई रिड्युसिङ एजेन्ट भनिन्छ। कार्बन राम्रो रिड्युसिङ एजेन्ट हो। कम सक्रिय धातुका अक्साइडसँग तताउँदा कार्बनले अक्साइडबाट अक्सिजन लिन्छ र धातु मात्र बाँकी रहन्छ। कार्बनको यस गुणलाई रिड्युसिङ गुण भनिन्छ:

धातु अक्साइड+कार्बन→तापधातु+कार्बन मोनोअक्साइड \text{धातु अक्साइड} + \text{कार्बन} \xrightarrow{\text{ताप}} \text{धातु} + \text{कार्बन मोनोअक्साइड}

प्रतिक्रिया प्राप्त हुने धातु
Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO फलाम
ZnO + C → Zn + CO जिङ्क
PbO + C → Pb + CO लेड

फलामको धाउलाई भट्टीमा गोलसँग तताएर करिब 3,000 वर्षदेखि फलाम निकालिँदै आएको छ। आजकल गोलको सट्टा कोक प्रयोग गरिन्छ। कोक कोइलाबाट बनाइने कार्बनको एउटा रूप हो।

कार्बनले अरू केही अक्साइडसँग पनि अति उच्च तापक्रममा (विद्युतीय भट्टीमा करिब 2,000 °C मा) प्रतिक्रिया गरी कार्बाइड र कार्बन मोनोअक्साइड बनाउँछ:

SiO2+3C→तापSiC+2CO \text{SiO}_2 + 3\text{C} \xrightarrow{\text{ताप}} \text{SiC} + 2\text{CO}
CaO+3C→तापCaC2+CO \text{CaO} + 3\text{C} \xrightarrow{\text{ताप}} \text{CaC}_2 + \text{CO}

बालुवा र कार्बनबाट बनाइने सिलिकन कार्बाइड (SiC) झन्डै हिराजत्तिकै कडा हुन्छ। स्यान्डपेपर (घोट्ने कागज) र सान लगाउने चक्कामा हुने खस्रा दाना यही हो।

4. बाफसँग प्रतिक्रिया

करिब 1,000 °C मा रातो हुने गरी तताइएको कार्बन (कोक) माथि पानीको बाफ पठाउँदा कार्बन मोनोअक्साइड र हाइड्रोजन बन्छन्:

C+H2O→1000 ∘CCO+H2 \text{C} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{1000\,^\circ\text{C}} \text{CO} + \text{H}_2

कार्बन मोनोअक्साइड र हाइड्रोजनको यस मिश्रणलाई वाटर ग्यास भनिन्छ। दुवै ग्यास बल्ने भएकाले उद्योगमा वाटर ग्यासलाई इन्धनका रूपमा प्रयोग गरिन्छ। एमोनिया र रासायनिक मल बनाउन चाहिने हाइड्रोजन पनि यसैबाट लिइन्छ (एकाइ 19)।

वाटर ग्यास भनेको के हो?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

प्राङ्गारिक र अप्राङ्गारिक यौगिक

हाम्रो वरिपरि पाइने केही यौगिकमा कार्बन हुन्छ भने केहीमा हुँदैन। रसायनशास्त्रमा यौगिकलाई दुई समूहमा बाँडिन्छ।

प्राङ्गारिक यौगिक

मिथेन, इथेन, मिथानोल, युरिया, इन्सुलिन, प्रोटिन, कार्बोहाइड्रेट, तेल आदि प्राङ्गारिक यौगिक हुन्। हाइड्रोकार्बन (कार्बन र हाइड्रोजन मात्र भएका यौगिक) र तिनबाट बनेका यौगिकलाई प्राङ्गारिक यौगिक भनिन्छ। झन्डै हरेक प्राङ्गारिक यौगिकमा कार्बन हाइड्रोजनसँग जोडिएको हुन्छ र परमाणुहरू कोभ्यालेन्ट बन्डद्वारा जोडिएका हुन्छन्। प्राङ्गारिक यौगिकमा कार्बन हाइड्रोजन र अरू कार्बनसँग मात्र होइन, प्रायः अक्सिजन, नाइट्रोजन, हेलोजन (जस्तै क्लोरिन), सल्फर र फस्फोरससँग पनि जोडिएको हुन्छ। केही प्राङ्गारिक यौगिकमा त धातु पनि हुन्छ (क्लोरोफिलमा म्याग्नेसियम हुन्छ)।

कार्बनडाइअक्साइड, कार्बन मोनोअक्साइड, कार्बोनेट, बाइकार्बोनेट र कार्बाइडको व्यवहार खनिजको जस्तो हुन्छ। त्यसैले कार्बन भए पनि यिनलाई अप्राङ्गारिक यौगिकमा गनिन्छ।

धेरैजसो प्राङ्गारिक यौगिक पानीमा घुल्दैनन्। घिउ, मैन, पेट्रोल र मटितेलका अणुहरूले पानीका अणुसँग हाइड्रोजन बन्ड (एक विशेष किसिमको आकर्षण) बनाउन सक्दैनन्। त्यसैले यी पानीमा उत्रिन्छन् र पानीसँग मिसिँदैनन्। पानीसँग हाइड्रोजन बन्ड बनाउन सक्ने चिनी र अल्कोहल जस्ता प्राङ्गारिक यौगिक भने पानीमा घुल्छन्। धेरैजसो प्राङ्गारिक यौगिक इथर, कार्बन टेट्राक्लोराइड, बेन्जिन, पेट्रोल र मटितेल जस्ता प्राङ्गारिक घोलकमा घुल्छन्।

अप्राङ्गारिक यौगिक

प्राङ्गारिक यौगिकबाहेकका सबै यौगिक अप्राङ्गारिक यौगिक हुन्। यी सबै किसिमका तत्त्वबाट बन्छन्, यिनमा कार्बन हुनैपर्छ भन्ने छैन। धेरैजसो अप्राङ्गारिक यौगिकमा इलेक्ट्रोभ्यालेन्ट (आयोनिक) बन्ड हुन्छ, केहीमा कोभ्यालेन्ट बन्ड हुन्छ भने केहीमा दुवै हुन्छन्। अप्राङ्गारिक अम्ल, क्षार र लवण अप्राङ्गारिक यौगिक हुन्। कार्बनका अक्साइड, कार्बोनेट, बाइकार्बोनेट र कार्बाइड पनि अप्राङ्गारिक यौगिक नै हुन्।

पानीमा अप्राङ्गारिक यौगिक आयोनमा छुट्टिन्छन्। यसलाई आयोनीकरण भनिन्छ। त्यसैले धेरैजसो अप्राङ्गारिक यौगिक पानीमा घुल्छन्, जस्तै सोडियम क्लोराइड (NaCl), हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) र सोडियम हाइड्रोअक्साइड (NaOH)। तर सबै घुल्दैनन्। सिल्भर क्लोराइड (AgCl), बेरियम सल्फेट (BaSO₄) र क्याल्सियम कार्बोनेट (CaCO₃, चुनढुङ्गा) पानीमा झन्डै घुल्दैनन्।

प्राङ्गारिक कि अप्राङ्गारिक?

हरेक यौगिक प्राङ्गारिक हो कि अप्राङ्गारिक, छान्नुहोस्। कार्बन भए पनि अप्राङ्गारिक नै हुने यौगिकमा ध्यान दिनुहोस्।

यौगिक 1 / 16 · अङ्क 0

मिथेन
CH4

के मिथेन प्राङ्गारिक हो कि अप्राङ्गारिक?

प्राङ्गारिक र अप्राङ्गारिक यौगिकबिच भिन्नता

भिन्नताका आधार प्राङ्गारिक यौगिक अप्राङ्गारिक यौगिक
भौतिक अवस्था ठोस, तरल र ग्यास तिनै अवस्थामा पाइन्छन् धेरैजसो ठोस; केही तरल (पानी, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल) र केही ग्यास (CO₂, H₂S)
रासायनिक बन्ड कोभ्यालेन्ट बन्ड धेरैजसो इलेक्ट्रोभ्यालेन्ट (आयोनिक) बन्ड; कहिलेकाहीँ कोभ्यालेन्ट
आयोनीकरण धेरैजसो आयोनमा छुट्टिँदैनन् धेरैजसो पानीमा आयोनमा छुट्टिन्छन्
घुलनशीलता धेरैजसो पानीमा घुल्दैनन् तर प्राङ्गारिक घोलकमा घुल्छन् धेरैजसो पानीमा घुल्छन् तर प्राङ्गारिक घोलकमा घुल्दैनन्
पग्लिने र उम्लिने तापक्रम कम बढी
ज्वलनशीलता धेरैजसो सजिलै बल्छन् (घिउ, तेल, पेट्रोल, LPG) धेरैजसो बल्दैनन् (नुन, चुनढुङ्गा)

दैनिक जीवनमा प्राङ्गारिक यौगिकका उपयोगिता

बिहान उठेदेखि नै हाम्रो वरिपरि जताततै प्राङ्गारिक यौगिक हुन्छन्:

  1. खाना: दाल, भात, तरकारी, माछा, मासु, दुध, दही र फलफूलमा कार्बोहाइड्रेट, प्रोटिन, चिल्लो पदार्थ र भिटामिन हुन्छन्। यी सबै प्राङ्गारिक यौगिक हुन्।
  2. लत्ताकपडा: कपास, सिल्क, ऊन र जुट प्राकृतिक प्राङ्गारिक पदार्थ हुन् भने नाइलन, पोलिएस्टर र एक्रिलिक कारखानामा बनाइने प्राङ्गारिक यौगिक हुन्।
  3. औषधी: पारासिटामोलदेखि एन्टिबायोटिकसम्म धेरैजसो औषधी प्राङ्गारिक यौगिक हुन्।
  4. ऊर्जा: पेट्रोल, डिजेल, मटितेल, LPG र स्पिरिट प्राङ्गारिक इन्धन हुन्। यिनलाई सवारी साधन, भान्सा र बत्तीमा प्रयोग गरिन्छ।
  5. कृषि: धान, दाल, तरकारी र फलफूलजस्ता बाली कार्बोहाइड्रेट, प्रोटिन र भिटामिनबाट बनेका हुन्छन्। किसानले प्रयोग गर्ने धेरै कीटनाशक र झारनाशक विषादी तथा पशुदाना पनि प्राङ्गारिक नै हुन्।
  6. सौन्दर्य सामग्री: साबुन, स्याम्पु, क्रिम, लिपस्टिक र अत्तर धेरैजसो प्राङ्गारिक यौगिकबाट बनेका हुन्छन्।

प्लास्टिक, कागज, रबर, रङ (पेन्ट), रङ्ग्याउने पदार्थ र कलमको मसी पनि प्राङ्गारिक यौगिक नै हुन्।

अभ्यास

1. सही उत्तर छान्नुहोस्

क. तलकामध्ये कार्बनको गुण कुन हो?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

ख. कार्बनयुक्त यौगिकको प्रयोगबाट पोलिथिन बन्नु तलकामध्ये कार्बनको कुन गुणसँग सम्बन्धित छ?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

ग. तलकामध्ये प्राङ्गारिक यौगिकको समूह कुन हो?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

घ. दाउरा बालेर खाना पकाउँदा भाँडाको बाहिरी सतहमा कालो मोसो जम्मा हुन्छ। यसबाट के प्रमाणित हुन्छ?

किन भनेर हेर्न एउटा उत्तर छान्नुहोस्।

2. फरक लेख्नुहोस्

क.

ग्राफाइट र हिरा

उत्तर
ग्राफाइट हिरा
हरेक कार्बन परमाणु अरू तीनओटासँग षड्भुजका चेप्टा तहमा जोडिएको हुन्छ। हरेक कार्बन परमाणु अरू चारओटासँग कडा त्रिआयामिक (3-D) जालोमा जोडिएको हुन्छ।
हरेक परमाणुमा एउटा स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन हुने भएकाले यो विद्युत्को सुचालक हो। स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन नहुने भएकाले यो विद्युत्को कुचालक हो।
यसका तह एकमाथि अर्को चिप्लिने भएकाले यो नरम र चिप्लो हुन्छ। प्रकृतिमा पाइने सबैभन्दा कडा पदार्थ हो।
कालो-खरानी रङको र अपारदर्शी हुन्छ, यसमा धमिलो चमक हुन्छ। रङहीन र पारदर्शी हुन्छ, काटेपछि टल्किन्छ।
घनत्व करिब 2.2 g/cm³ हुन्छ। घनत्व करिब 3.5 g/cm³ हुन्छ।
पेन्सिल, ड्राइ सेल र लुब्रिकेन्टमा प्रयोग हुन्छ। गरगहना तथा सिसा काट्न र चट्टान छेड्न प्रयोग हुन्छ।
ख.

प्राङ्गारिक यौगिक र अप्राङ्गारिक यौगिक

उत्तर
प्राङ्गारिक यौगिक अप्राङ्गारिक यौगिक
कार्बन हुन्छ र त्यो झन्डै सधैँ हाइड्रोजनसँग जोडिएको हुन्छ। कार्बन हुन पनि सक्छ, नहुन पनि सक्छ।
परमाणु कोभ्यालेन्ट बन्डले जोडिएका हुन्छन्। धेरैजसोमा आयोनिक (इलेक्ट्रोभ्यालेन्ट) बन्ड हुन्छ।
धेरैजसो पानीमा घुल्दैनन् तर प्राङ्गारिक घोलकमा घुल्छन्। धेरैजसो पानीमा घुल्छन् तर प्राङ्गारिक घोलकमा घुल्दैनन्।
पग्लिने र उम्लिने तापक्रम कम हुन्छ। पग्लिने र उम्लिने तापक्रम बढी हुन्छ।
धेरैजसो सजिलै बल्छन्। धेरैजसो बल्दैनन्।
उदाहरण: मिथेन, चिनी, युरिया, घिउ। उदाहरण: खाने नुन, पानी, चुनढुङ्गा, कार्बनडाइअक्साइड।

3. कारण लेख्नुहोस्

क.

जाडो याममा कोठाको झ्याल ढोका थुनेर भित्र कोइला वा दाउरा जलाउनुहुँदैन।

उत्तर

थुनिएको कोठामा आगो बल्दा अक्सिजन छिट्टै सकिन्छ। अक्सिजन थोरै हुँदा कार्बनको अपूर्ण दहन हुन्छ र कार्बन मोनोअक्साइड बन्छ (2C + O₂ → 2CO)। कार्बन मोनोअक्साइडको रङ र गन्ध हुँदैन। यो रगतको हेमोग्लोबिनसँग अक्सिजनभन्दा धेरै बलियोसँग जोडिन्छ। त्यसपछि रगतले अक्सिजन बोक्न सक्दैन र कोठाका मानिस बेहोस भएर निद्रामै मर्न सक्छन्। (आगोबाट कोठामा कार्बनडाइअक्साइड र धुवाँ पनि भरिन्छ।) त्यसैले कोठामा ताजा हावा आउने बाटो हुनैपर्छ।

ख.

ग्राफाइटको धुलोलाई ड्राइ लुब्रिकेन्टका रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।

उत्तर

ग्राफाइटमा कार्बन परमाणु चेप्टा तहमा मिलेका हुन्छन्। तहहरू एकअर्कासँग कमजोर बलले मात्र अडिएका हुने भएकाले सजिलै एकमाथि अर्को चिप्लिन्छन्। त्यसैले ग्राफाइटको धुलो लगाउँदा सतह चिप्लो हुन्छ र घर्षण घट्छ। तेलजस्तो नभई यो सुख्खा हुने भएकाले यसमा धुलो टाँसिँदैन र उच्च तापक्रममा पनि यसले काम गर्छ।

ग.

ग्राफाइट र हिरा दुवै कार्बनका एलोट्रप हुन्। ग्राफाइटमा विद्युत् प्रवाह हुन्छ तर हिरामा हुँदैन।

उत्तर

ग्राफाइटमा हरेक कार्बन परमाणुले अरू तीनओटा कार्बन परमाणुसँग मात्र कोभ्यालेन्ट बन्ड बनाउँछ। त्यसैले यसका चारओटा बाहिरी इलेक्ट्रोनमध्ये एउटा स्वतन्त्र हुन्छ। यी स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन तहभरि चल्न सक्छन् र विद्युत् धारा बोक्छन्। हिरामा हरेक कार्बन परमाणुले चारओटै बाहिरी इलेक्ट्रोन प्रयोग गरेर अरू चारओटा कार्बन परमाणुसँग बन्ड बनाउँछ। त्यसैले हिरामा स्वतन्त्र इलेक्ट्रोन हुँदैनन् र विद्युत् धारा बग्न सक्दैन।

घ.

अप्राङ्गारिक यौगिकहरूको पग्लिने र उम्लिने तापक्रम प्राङ्गारिक यौगिकको भन्दा बढी हुन्छ।

उत्तर

धेरैजसो अप्राङ्गारिक यौगिक आयोनिक हुन्छन्। तिनका धनात्मक र ऋणात्मक आयोन बलियो विद्युतीय आकर्षणले मणिभमा अडिएका हुन्छन्। यो आकर्षण तोड्न धेरै ताप ऊर्जा चाहिन्छ। प्राङ्गारिक यौगिक भने कोभ्यालेन्ट हुन्छन् र छुट्टाछुट्टै अणुबाट बनेका हुन्छन्। ती अणु एकअर्कासँग कमजोर बलले मात्र अडिएका हुने भएकाले तिनलाई छुट्ट्याउन थोरै ऊर्जा भए पुग्छ। त्यसैले प्राङ्गारिक यौगिक कम तापक्रममै पग्लिन्छन् र उम्लिन्छन्।

ङ.

चुलामा दाउरा बाल्दा कहिले कालो धुवाँ आउँछ भने कहिले कम धुवाँ आएर आगो राम्रोसँग बल्छ।

उत्तर

दाउरामा कार्बनका यौगिक हुन्छन्। आगोले पर्याप्त हावा पाउँदा (सुख्खा दाउरा, धेरै नखाँदिएको, हावा राम्ररी छिर्ने चुलो) कार्बन पूरै बलेर रङहीन कार्बनडाइअक्साइड बन्छ र धुवाँ थोरै आउँछ। हावा नपुग्दा (काँचो दाउरा, खाँदेर राखिएको दाउरा, हावा नछिर्ने चुलो) कार्बन पूरै बल्दैन। यसको केही भाग नबलेको कार्बनका ससाना कणका रूपमा बाहिर निस्किन्छ। यिनै कणलाई हामी कालो धुवाँ (ध्वाँसो) का रूपमा देख्छौँ। यस्तो बेला कार्बन मोनोअक्साइड पनि बन्छ।

4. तलका प्रश्नको उत्तर लेख्नुहोस्

क.

कार्बनमा हुने क्याटिनेसन र एलोट्रपी गुणलाई उदाहरणसहित परिभाषित गर्नुहोस्।

उत्तर

कार्बनका परमाणु एकअर्कासँग कोभ्यालेन्ट बन्डद्वारा जोडिएर लामा सिक्री, हाँगा भएका सिक्री र घेरा बनाउने गुणलाई क्याटिनेसन भनिन्छ। उदाहरण: ब्युटेन (4 कार्बन परमाणुको सिक्री), पेन्टेन (5), पोलिथिन र PVC (हजारौँ)।
कुनै तत्त्व फरक भौतिक गुण तर उस्तै रासायनिक गुण भएका दुई वा बढी रूपमा पाइने गुणलाई एलोट्रपी भनिन्छ र ती रूपलाई एलोट्रप भनिन्छ। एलोट्रपमा परमाणु फरक तरिकाले मिलेका हुन्छन्। उदाहरण: हिरा, ग्राफाइट र फुलरिन (कार्बनका मणिभ एलोट्रप) तथा कोइला, गोल र ध्वाँसो (धुलो एलोट्रप)।

ख.

चिनीलाई निरन्तर तताउँदै जाँदा एउटा कालो पदार्थ प्राप्त हुन्छ। यसबाट के निष्कर्ष निकाल्न सकिन्छ?

उत्तर

यो कालो पदार्थ सुगर चारकोल अर्थात् कार्बन नै हो। यसबाट चिनीमा कार्बन हुन्छ भन्ने निष्कर्ष निकाल्न सकिन्छ। तताउँदा चिनी (C₁₂H₂₂O₁₁) मा भएका हाइड्रोजन र अक्सिजन पानीको बाफ बनेर उड्छन् र कार्बन बाँकी रहन्छ।

ग.

मणिभ हुने तथा धुलो हुने कार्बनका एलोट्रपका दुई दुईओटा उदाहरण लेख्नुहोस्।

उत्तर

मणिभ: हिरा, ग्राफाइट (फुलरिन र ग्राफिन पनि)।

धुलो: गोल, ध्वाँसो वा ल्याम्प ब्ल्याक (कोइला र कोक पनि)।

घ.

कार्बन जल्दा कार्बन मोनोअक्साइड वा कार्बनडाइअक्साइड बन्ने अवस्था उल्लेख गरी सम्बन्धित रासायनिक समीकरण लेख्नुहोस्।

उत्तर

कार्बन प्रशस्त अक्सिजनमा बल्दा (पूर्ण दहन) कार्बनडाइअक्साइड बन्छ:
C + O₂ → CO₂ + ताप
कार्बन थोरै अक्सिजनमा बल्दा (अपूर्ण दहन) कार्बन मोनोअक्साइड बन्छ:
2C + O₂ → 2CO + ताप

ङ.

वाटर ग्यास भनेको के हो?

उत्तर

कार्बन मोनोअक्साइड र हाइड्रोजन ग्यासको मिश्रणलाई वाटर ग्यास भनिन्छ। करिब 1,000 °C मा रातो हुने गरी तताइएको कार्बन (कोक) माथि पानीको बाफ पठाएर यो बनाइन्छ: C + H₂O → CO + H₂। उद्योगमा यसलाई इन्धनका रूपमा र हाइड्रोजनको स्रोतका रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

च.

कार्बनलाई पानीको बाफसँग प्रतिक्रिया गराउँदा के बन्छ? उक्त प्रक्रियाको रासायनिक समीकरण लेख्नुहोस्।

उत्तर

करिब 1,000 °C मा तताइएको कार्बनमाथि बाफ पठाउँदा कार्बनले पानीबाट अक्सिजन लिएर कार्बन मोनोअक्साइड बनाउँछ र हाइड्रोजन ग्यास मुक्त हुन्छ। यस मिश्रणलाई वाटर ग्यास भनिन्छ।
C + H₂O → CO + H₂

छ.

रोहनले आफ्नो लुगामा लागेको ग्रिजलाई साबुनपानीले सफा गर्न सकेन। आमाले रोहनलाई ग्रिज भएको ठाउँमा अलिकति पेट्रोल राख्न सुझाउनुभयो। के रोहनको समस्या समाधान हुन्छ? रोहनको समस्याको कारण र समाधानको उपायलाई सम्बन्धित वैज्ञानिक तथ्यका आधारमा व्याख्या गर्नुहोस्।

उत्तर

हो, यसबाट रोहनको समस्या (धेरैजसो) समाधान हुन्छ।

कारण: ग्रिज एउटा प्राङ्गारिक यौगिक हो। यसका अणुहरूले पानीसँग हाइड्रोजन बन्ड बनाउन सक्दैनन्। त्यसैले धेरैजसो प्राङ्गारिक यौगिकजस्तै ग्रिज पनि पानीमा घुल्दैन र पानीमा मात्र धोएर यो हटेन।

समाधान: प्राङ्गारिक यौगिक प्राङ्गारिक घोलकमा घुल्छन् र पेट्रोल त्यस्तै एउटा घोलक हो। पेट्रोलमा ग्रिज घुल्छ, अनि त्यसलाई पखालेर हटाउन सकिन्छ। (ड्राइ क्लिनिङमा पनि यसरी नै प्राङ्गारिक घोलक प्रयोग गरिन्छ।)

तर होसियारी अपनाउनुपर्छ: पेट्रोलमा एकदमै छिटो आगो लाग्छ र यसको बाफ हानिकारक हुन्छ। त्यसैले थोरै पेट्रोल मात्र, बाहिर खुला ठाउँमा, आगोबाट टाढा प्रयोग गर्नुपर्छ र पछि लुगा राम्ररी धुनुपर्छ। मटितेलले पनि काम गर्छ। डिटर्जेन्टका अणुको एउटा छेउ ग्रिजसँग र अर्को छेउ पानीसँग टाँसिने भएकाले दागमा अलिकति डिटर्जेन्ट दल्दा पनि दाग हट्छ।

ज.

तपाईँको दैनिक जीवनमा प्रयोग हुने चारओटा प्राङ्गारिक यौगिकका उदाहरण लेख्नुहोस्।

उत्तर
  1. खानामा चिनी (सुक्रोज) र स्टार्च (भातमा)।
  2. खाना पकाउने इन्धनका रूपमा LPG (ब्युटेन र प्रोपेन)।
  3. लुगामा कपास (सेलुलोज)।
  4. औषधीका रूपमा पारासिटामोल।

(अरू: पेट्रोल, मटितेल, घिउ र तेल, साबुन, प्लास्टिक, कागज, सिर्का।)