10ஆம் வகுப்பு அறிவியல் - கார்பனும் அதன் சேர்மங்களும்

கார்பனும் அதன் சேர்மங்களும் பற்றி

நடுத்தரம் ~90 நிமிடப் படிப்பு

கார்பன் என்பது நமது அன்றாட வாழ்வில் பிரிக்க முடியாத மிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்த ஒரு வேதித் தனிமமாகும். நாம் தினமும் உண்ணும் உணவுகள், அணியும் உடைகள், நோய் தீர்க்கும் மருந்துகள் மற்றும் வாகனங்களில் பயன்படும் எரிபொருள்கள் வரை அனைத்திலும் கார்பன் அல்லது அதன் பல்வேறு சேர்மங்கள் முதன்மையாக நிறைந்துள்ளன. தனிம வரிசை அட்டவணையில் உள்ள மற்ற அனைத்துத் தனிமங்களை விடவும் கார்பன் உருவாக்கும் சேர்மங்களின் எண்ணிக்கை மிக அதிகமாகும். கார்பனின் தனித்துவமான நான்முக இணைப்புத் திறன், சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்கும் தன்மை மற்றும் சங்கிலித் தொடராக்கம் ஆகிய சிறப்புப் பண்புகளே புவியில் ஐந்து மில்லியனுக்கும் அதிகமான கரிமச் சேர்மங்கள் இயற்கையாகவும் செயற்கையாகவும் உருவாக முதன்மைக் காரணமாக அமைகின்றன.

இப்பாடத்தில் கரிமச் சேர்மங்களை அவற்றின் கார்பன் சங்கிலி வடிவமைப்பு மற்றும் அவற்றில் உள்ள அணுக்களின் அடிப்படையில் வகைப்படுத்தும் முறைகள் விரிவாக விளக்கப்பட்டுள்ளன. கார்பனும் ஹைட்ரஜனும் மட்டுமே இணைந்து உருவாகும் ஆல்கேன்கள், ஆல்கீன்கள் மற்றும் ஆல்கைன்கள் போன்ற ஹைட்ரோகார்பன்கள் பற்றியும், ஆல்கஹால், ஆல்டிஹைடு, கீட்டோன், கார்பாக்ஸிலிக் அமிலம் போன்ற முக்கிய வினைச்செயல் தொகுதிகள் குறித்தும் இங்கு தெளிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது. மேலும், கோடிக்கணக்கான கரிமச் சேர்மங்களுக்குத் துல்லியமாகப் பெயரிட உதவும் சர்வதேச வேதியியல் அமைப்பான IUPAC முறையின் பல்வேறு அடிப்படை விதிகளையும், மூலச்சொல், முன்னொட்டு மற்றும் பின்னொட்டுகளைப் பயன்படுத்தி பெயரிடும் முறைகளையும் மாணவர்கள் எளிதாகக் கற்றுக்கொள்ளலாம்.

தொழிற்சாலைகளிலும் அன்றாட வாழ்விலும் பெருமளவில் பயன்படக்கூடிய எத்தனால் மற்றும் எத்தனாயிக் அமிலம் ஆகிய முக்கியமான கரிமச் சேர்மங்களின் தயாரிப்பு முறைகள், இயற்பியல் பண்புகள் மற்றும் வேதிப்பண்புகள் இப்பாடத்தில் ஆழமாக ஆராயப்படுகின்றன. கரும்புச் சாற்றின் கழிவுப்பாகிலிருந்து நொதித்தல் முறையில் எத்தனால் தயாரிக்கும் விதம் விரிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது. அத்துடன், துணிகளைச் சுத்தப்படுத்தப் பயன்படும் சோப்புகள் மற்றும் டிடர்ஜெண்டுகளின் வேதி இயைபு, சோப்பு மூலக்கூறுகளின் நீரை விரும்பும் தலைப்பகுதி மற்றும் நீரை வெறுக்கும் வாலப்பகுதி ஆகியவற்றின் மூலம் அழுக்குகள் நீக்கப்படும் மைசெல்லி பொறிமுறை மற்றும் கடின நீரில் சோப்புகளின் வரம்புகள் ஆகியவை தெளிவாக விளக்கப்பட்டிருக்கின்றன.

நீங்கள் கற்பவை

• கார்பனின் சங்கிலித் தொடராக்கம் மற்றும் நான்முக இணைப்புத் திறன் ஆகியவற்றின் முக்கியத்துவத்தை விளக்குதல்.
• கரிமச் சேர்மங்களை அவற்றின் கார்பன் சங்கிலி கட்டமைப்பு மற்றும் பிணைப்புகளின் அடிப்படையில் வகைப்படுத்துதல்.
• ஆல்கேன்கள், ஆல்கீன்கள் மற்றும் ஆல்கைன்கள் ஆகியவற்றின் பொதுவான மூலக்கூறு வாய்ப்பாடுகளைத் தருவித்தல்.
• IUPAC பெயரிடுதல் விதிகளைப் பயன்படுத்தி பல்வேறு கரிமச் சேர்மங்களுக்கு முறைப்படி பெயரிடுதல்.
• எத்தனால் மற்றும் எத்தனாயிக் அமிலம் தயாரிக்கும் முறைகள் மற்றும் அவற்றின் வேதிப்பண்புகளை விவரித்தல்.
• சோப்பு மற்றும் டிடர்ஜெண்டுகளின் தூய்மையாக்கல் பொறிமுறையையும் கடின நீரில் அவற்றின் செயல்பாடுகளையும் ஒப்பிடுதல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• வேதிப் பிணைப்புகள் மற்றும் சகப்பிணைப்பு உருவாக்கம் பற்றிய அடிப்படை அறிவு.
• தனிம வரிசை அட்டவணை மற்றும் தனிமங்களின் எலக்ட்ரானிக் அமைப்புகள் பற்றிய புரிதல்.
• அமிலங்கள், காரங்களின் பொதுவான பண்புகள் மற்றும் நடுநிலையாக்கல் வினை பற்றிய அறிவு.

கார்பனும் அதன் சேர்மங்களும் — விரிவான விளக்கம்

கார்பனும் அதன் சேர்மங்களும் - பாடக் மேலோட்டம்

கார்பனின் சிறப்புப் பண்புகள்

கார்பன் அனைத்து கரிமச் சேர்மங்களின் மூலக்கூறு அமைப்பிற்கும் அடிப்படையாக விளங்குகிறது. கார்பன் அணுக்கள் தங்களுக்குள்ளேயே அல்லது பிற அணுக்களுடன் வலுவான சகப்பிணைப்புகள் மூலம் பிணைந்து நீண்ட சங்கிலித் தொடர்களை உருவாக்கும் தனித்துவமான பண்பு சங்கிலித் தொடராக்கம் எனப்படுகிறது. மேலும், கார்பனின் வெளிக்கூட்டில் நான்கு எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதால், அது பிற அணுக்களுடன் நான்கு சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்கும் நான்முக இணைப்புத் திறனைப் பெற்றுள்ளது. இவற்றுடன் ஒற்றைப் பிணைப்பு தவிர இரட்டை மற்றும் முப்பிணைப்புகளை உருவாக்கும் ஆற்றலும், ஒரே மூலக்கூறு வாய்ப்பாட்டைக் கொண்டு வேறுபட்ட அமைப்புகளையும் பண்புகளையும் பெறும் மாற்றியப் பண்பும் கார்பன் கோடிக்கணக்கான கரிமச் சேர்மங்களை உருவாக்க முதன்மைக் காரணமாகும்.

கரிமச் சேர்மங்களின் வகைப்பாடு

கரிமச் சேர்மங்கள் அவற்றின் கார்பன் சங்கிலி அமைப்பின் அடிப்படையில் திறந்த சங்கிலிச் சேர்மங்கள் அல்லது வளையமற்ற சேர்மங்கள் என்றும், மூடிய சங்கிலிச் சேர்மங்கள் அல்லது வளையச் சேர்மங்கள் என்றும் பிரிக்கப்படுகின்றன. திறந்த சங்கிலிச் சேர்மங்களில் கார்பன்-கார்பன் அணுக்களுக்கு இடையே ஒற்றைப் பிணைப்பு மட்டும் இருந்தால் அவை நிறைவுற்ற சேர்மங்கள் எனவும், இரட்டை அல்லது முப்பிணைப்புகள் இருந்தால் நிறைவுறாச் சேர்மங்கள் எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன. வளையச் சேர்மங்கள் கார்பன் அணுக்களை மட்டுமே வளையத்தில் கொண்டிருந்தால் கார்போ வளையச் சேர்மங்கள் என்றும், கார்பனுடன் நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் போன்ற பிற அணுக்களையும் வளையத்தில் கொண்டிருந்தால் பல்லின வளையச் சேர்மங்கள் என்றும் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

ஹைட்ரோகார்பன்கள் மற்றும் படிவரிசைச் சேர்மங்கள்

கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜன் ஆகிய இரு தனிமங்கள் மட்டுமே இணைந்து உருவாகும் கரிமச் சேர்மங்கள் ஹைட்ரோகார்பன்கள் எனப்படும். இவை ஆல்கேன்கள், ஆல்கீன்கள் மற்றும் ஆல்கைன்கள் என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. ஒரே பொதுவான மூலக்கூறு வாய்ப்பாட்டையும், ஒத்த வேதிப்பண்புகளையும் கொண்ட கரிமச் சேர்மங்களின் வரிசை படிவரிசைச் சேர்மங்கள் எனப்படும். இதில் அடுத்தடுத்த இரு சேர்மங்கள் $CH_2$ என்ற தொகுதியாலும் 14 amu மூலக்கூறு நிறையாலும் வேறுபடுகின்றன. படிவரிசையில் மூலக்கூறு நிறை அதிகரிக்கும் போது அடர்த்தி, உருகுநிலை மற்றும் கொதிநிலை போன்ற இயற்பியல் பண்புகளில் சீரான அதிகரிப்பும் மாற்றமும் காணப்படுகிறது.

வினைச்செயல் தொகுதிகள் மற்றும் IUPAC பெயரிடுதல்

ஒரு கரிமச் சேர்மத்தின் குறிப்பிட்ட வேதிப்பண்புகளைத் தீர்மானிக்கும் அணு அல்லது அணுக்களின் தொகுதி வினைச்செயல் தொகுதி எனப்படும். ஆல்கஹால் (-OH), ஆல்டிஹைடு (-CHO), கீட்டோன் (-CO-), மற்றும் கார்பாக்ஸிலிக் அமிலம் (-COOH) ஆகியவை முக்கிய வினைச்செயல் தொகுதிகளாகும். உலகளவில் கரிமச் சேர்மங்களுக்குத் துல்லியமாகப் பெயரிட சர்வதேச வேதியியல் அமைப்பான IUPAC முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. இம்முறையில் கார்பன் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கும் மூலச்சொல், நிறைவுற்ற தன்மையைக் குறிக்கும் முதன்மைப் பின்னொட்டு மற்றும் வினைச்செயல் தொகுதியைக் குறிக்கும் இரண்டாம் நிலை பின்னொட்டு ஆகியவை வரிசையாகப் பயன்படுத்தப்பட்டு முறைப்படி பெயரிடப்படுகிறது.

முக்கிய கரிமச் சேர்மங்கள்: எத்தனால் மற்றும் எத்தனாயிக் அமிலம்

தொழிற்சாலைகளிலும் அன்றாட வாழ்விலும் பெருமளவில் பயன்படும் முக்கிய ஆல்கஹாலான எத்தனால், கரும்புச் சாற்றின் கழிவுப்பாகை இன்வர்டேஸ் மற்றும் சைமேஸ் போன்ற உயிரியல் நொதிகளின் முன்னிலையில் நொதித்தலுக்கு உட்படுத்தி தயாரிக்கப்படுகிறது. எத்தனால் சோடியத்துடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியேற்றுகிறது. எத்தனாயிக் அமிலம் அல்லது அசிட்டிக் அமிலம் ஒரு பலவீனமான அமிலமாகும். இது ஆல்கஹாலுடன் அடர் கந்தக அமிலத்தின் முன்னிலையில் வினைபுரிந்து பழமணமுள்ள எஸ்டரைத் தரும் எஸ்டராக்கல் வினைக்கு உட்படுகிறது. மேலும் கார்பனேட்டுகள் மற்றும் பைகார்பனேட்டுகளுடன் வினைபுரிந்து கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவை நுரைத்து பொங்கி வெளியேற்றுகிறது.

சோப்புகள் மற்றும் டிடர்ஜெண்டுகள்

உயர் கொழுப்பு அமிலங்களின் சோடியம் அல்லது பொட்டாசியம் உப்புக்கள் சோப்புகள் எனப்படுகின்றன. சோப்பு மூலக்கூறில் நீரை விரும்பும் முனைவுள்ள தலைப்பகுதியும், நீரை வெறுக்கும் முனைவற்ற வாலப்பகுதியும் உள்ளன. துணிகளில் உள்ள எண்ணெய்ப் பசையான அழுக்குகளை வாலப்பகுதி பிணைத்துக்கொண்டு, நீரில் மைசெல்லி என்ற அமைப்பை உருவாக்கி அழுக்கை நீக்குகிறது. கடின நீரில் உள்ள கால்சியம் மற்றும் மெக்னீசியம் அயனிகளுடன் சோப்புகள் வினைபுரிந்து நுரை தராமல் வீழ்படிவை உருவாக்குவது இதன் வரம்பாகும். ஆனால் சல்போனிக் அமிலங்களின் சோடியம் உப்புக்களான டிடர்ஜெண்டுகள் கடின நீரிலும் சிறப்பாகச் செயல்பட்டு வீழ்படிவை உருவாக்காமல் அழுக்குகளைச் சிறப்பாக நீக்குகின்றன.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• ஆல்கீன்கள் மற்றும் ஆல்கைன்களை நிறைவுற்ற ஹைட்ரோகார்பன்கள் எனக் கருதுவது தவறாகும்; இரட்டை அல்லது முப்பிணைப்புகளைக் கொண்ட இவை நிறைவுறா ஹைட்ரோகார்பன்கள் ஆகும்.
• படிவரிசைச் சேர்மங்களில் அடுத்தடுத்த உறுப்பினர்கள் CH3 தொகுதியால் வேறுபடுகின்றன என நினைப்பது தவறு; அவை CH2 தொகுதியால் மட்டுமே வேறுபடுகின்றன.
• IUPAC பெயரிடும்போது வினைச்செயல் தொகுதிக்கு தொலைவிலுள்ள கார்பனிலிருந்து எண்ணிடுவது தவறு; வினைச்செயல் தொகுதிக்கு குறைந்த எண் வருமாறு கார்பன் சங்கிலியை எண்ணிட வேண்டும்.
• எத்தனாயிக் அமிலம் ஒரு வலிமைமிக்க அமிலம் எனக் கருதுவது தவறு; இது நீரில் பகுதி அளவே அயனியுறும் பலவீனமான கரிம அமிலமாகும்.
• கடின நீரில் சோப்புகள் நன்றாக நுரை தரும் என எண்ணுவது தவறு; கடின நீரில் உள்ள கால்சியம், மெக்னீசியம் அயனிகளுடன் சோப்பு வினைபுரிந்து நுரை தராமல் வீழ்படிவையே தரும்.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

கார்பனின் சங்கிலித் தொடராக்கம் என்றால் என்ன?

ஒரு தனிமத்தின் அணுக்கள் தங்களுக்குள்ளேயே தொடர்ச்சியாக பிணைந்து நீண்ட சங்கிலித் தொடர் மூலக்கூறுகளை உருவாக்கும் திறன் சங்கிலித் தொடராக்கம் எனப்படும். கார்பன் அணுக்கள் பிற கார்பன் அணுக்களுடன் வலுவான சகப்பிணைப்புகளை அமைத்து நேரான, கிளைத்த அல்லது வளையச் சங்கிலி அமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. இப்பண்பே புவியில் கோடிக்கணக்கான கரிமச் சேர்மங்கள் இயற்கையாகவும் செயற்கையாகவும் உருவாக முதன்மைக் காரணமாக அமைகிறது.

நிறைவுற்ற மற்றும் நிறைவுறா ஹைட்ரோகார்பன்கள் வேறுபாடு என்ன?

கார்பன் அணுக்களுக்கு இடையே ஒற்றைப் பிணைப்பு மட்டுமே இருந்தால் அவை நிறைவுற்ற ஹைட்ரோகார்பன்கள் அல்லது ஆல்கேன்கள் எனப்படும். கார்பன் அணுக்களுக்கு இடையே ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட இரட்டை அல்லது முப்பிணைப்புகள் இருந்தால் அவை நிறைவுறா ஹைட்ரோகார்பன்கள் எனப்படும். ஆல்கீன்கள் மற்றும் ஆல்கைன்கள் நிறைவுறாச் சேர்மங்களுக்குச் சிறந்த எடுத்துக்காட்டுகளாகும். நிறைவுறா சேர்மங்கள் புரோமின் நீரின் நிறத்தை மாற்றும் திறன் கொண்டவை.

படிவரிசைச் சேர்மங்கள் என்றால் என்ன அவற்றின் சிறப்பியல்புகள் யாவை?

ஒரே பொதுவான மூலக்கூறு வாய்ப்பாட்டையும், ஒத்த வேதிப்பண்புகளையும் கொண்ட கரிமச் சேர்மங்களின் வரிசை படிவரிசைச் சேர்மங்கள் எனப்படும். இதன் அடுத்தடுத்த உறுப்பினர்கள் CH2 என்ற தொகுதியால் வேறுபடுகின்றன. ஒரே பொதுவான தயாரிப்பு முறையைக் கொண்ட இச்சேர்மங்களின் மூலக்கூறு நிறை அதிகரிக்கும் போது அடர்த்தி, உருகுநிலை மற்றும் கொதிநிலை போன்ற இயற்பியல் பண்புகளில் சீரான மாற்றம் காணப்படுகிறது.

கழிவிலிருந்து எத்தனால் எவ்வாறு தயாரிக்கப்படுகிறது?

கரும்புச் சாற்றிலிருந்து சர்க்கரையைப் படிகமாக்கிய பின் மீதமுள்ள கழிவுப்பாகு நீர் சேர்த்து நீர்க்கப்படுகிறது. இதனுடன் ஈஸ்ட் சேர்க்கப்படும் போது, அதில் உள்ள இன்வர்டேஸ் நொதி சர்க்கரையை குளுக்கோஸ் மற்றும் பிரக்டோஸாக மாற்றுகிறது. பின்னர் சைமேஸ் நொதி குளுக்கோஸை நொதித்தலுக்கு உட்படுத்தி எத்தனால் மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடாக மாற்றுகிறது. இக்கலவையை காய்ச்சி வடிப்பதன் மூலம் எத்தனால் பெறப்படுகிறது.

எஸ்டராக்கல் வினை என்றால் என்ன?

ஒரு கார்பாக்ஸிலிக் அமிலமும் ஆல்கஹாலும் அடர் கந்தக அமிலத்தின் முன்னிலையில் வினைபுரிந்து நறுமணமுள்ள எஸ்டர் என்ற சேர்மத்தை உருவாக்கும் வினை எஸ்டராக்கல் வினை எனப்படும். உதாரணமாக, எத்தனாயிக் அமிலம் எத்தனாலுடன் அடர் கந்தக அமிலத்தின் முன்னிலையில் சூடுபடுத்தப்படும் போது இனிமையான பழமணமுடைய எத்தில் எத்தனாயேட் என்ற எஸ்டர் மற்றும் நீர் உருவாகின்றன. இவ்வினை வாசனைத் திரவியங்கள் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது.

சோப்பின் தூய்மையாக்கல் பொறிமுறை எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

சோப்பு மூலக்கூறில் நீரை விரும்பும் முனைவுள்ள தலைப்பகுதியும் நீரை வெறுக்கும் முனைவற்ற வாலப்பகுதியும் உள்ளன. துணிகளைச் சுத்தப்படுத்தும்போது நீரை வெறுக்கும் வாலப்பகுதி துணியில் உள்ள எண்ணெய்ப் பசையான அழுக்குடன் பிணைந்து கொள்கிறது. நீரை விரும்பும் தலைப்பகுதி நீரை நோக்கி அமைவதால் நீரில் மைசெல்லி என்ற கோள வடிவ கட்டமைப்பு உருவாகிறது. இதன் மூலம் அழுக்கு நீரில் தொங்கல் நிலையில் மிதந்து எளிதாக அடித்துச் செல்லப்படுகிறது.

கடின நீரில் சோப்பை விட டிடர்ஜெண்டுகள் ஏன் சிறந்தது?

கடின நீரில் கால்சியம் மற்றும் மெக்னீசியம் அயனிகள் நிறைந்துள்ளன. சோப்பைப் பயன்படுத்தும்போது இவ்வயனிகள் சோப்புடன் வினைபுரிந்து கரையாத வீழ்படிவை உருவாக்குவதால் சோப்பினால் நுரையைத் தர முடிவதில்லை. ஆனால் சல்போனிக் அமிலங்களின் சோடியம் உப்புக்களான டிடர்ஜெண்டுகள் கடின நீரில் உள்ள கால்சியம் மற்றும் மெக்னீசியம் அயனிகளுடன் கரையும் சேர்மங்களையே உருவாக்குகின்றன. இதனால் டிடர்ஜெண்டுகள் வீழ்படிவை உருவாக்காமல் கடின நீரிலும் சிறப்பாக நுரைத்து அழுக்கை நீக்குகின்றன.