కార్బన్ & దాని సమ్మేళనాలు (Carbon and its Compounds)

ఆహారం, బట్టలు, మందులు, పుస్తకాలు, జీవులు – ఇవన్నీ కార్బన్ అనే బహుముఖ మూలకంపై ఆధారపడినవే. రోజూ వాడే వస్తువులను లోహం, గాజు/మట్టి, ఇతరాలు అని వర్గీకరిస్తే "ఇతరాలు"లో ఎక్కువ భాగం కార్బన్ సమ్మేళనాలే.

కార్బన్ సమ్మేళనాన్ని మండిస్తే కార్బన్ డైఆక్సైడ్ ఏర్పడుతుంది; ఇదే కార్బన్ ఉనికిని నిర్ధారించే పరీక్ష.

• ప్రకృతిలో కార్బన్ పరిమాణం చాలా తక్కువ:
  1. భూపటలంలో (earth's crust) కార్బన్ కేవలం 0.02% – ఖనిజాల రూపంలో (కార్బొనేట్లు, హైడ్రోజన్ కార్బొనేట్లు, బొగ్గు, పెట్రోలియం).
  2. వాతావరణంలో కార్బన్ డైఆక్సైడ్ 0.03%.
  3. ఇంత తక్కువ ఉన్నా కార్బన్ ప్రాముఖ్యత అపారం; జీవ నిర్మాణాలన్నీ కార్బన్ ఆధారితాలే.
• అయానిక్ సమ్మేళనాలతో పోలిక:
  1. అయానిక్ సమ్మేళనాలకు ద్రవీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు ఎక్కువ
  2. ద్రావణంలో లేదా కరిగిన స్థితిలో విద్యుత్తును ప్రసరింపజేస్తాయి.
• కార్బన్ సమ్మేళనాల ధర్మాలు:
  1. చాలావరకు విద్యుత్ అవాహకాలు (poor conductors).
  2. ద్రవీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు అయానిక్ సమ్మేళనాలతో పోలిస్తే తక్కువ.
  3. కారణం: అణువుల మధ్య ఆకర్షణ బలాలు (అంతర అణు బలాలు) బలహీనం; బంధం అయాన్లను ఏర్పరచదు.
• పట్టిక 4.1 – కొన్ని సమ్మేళనాల ద్ర.స్థా / బా.స్థా (కెల్విన్లో):
  1. ఎసిటిక్ ఆమ్లం (CH₃COOH): 290 K / 391 K.
  2. క్లోరోఫామ్ (CHCl₃): 209 K / 334 K.
  3. ఇథనాల్ (CH₃CH₂OH): 156 K / 351 K.
  4. మీథేన్ (CH₄): 90 K / 111 K.
• గమనిక:
  1. మీథేన్ బా.స్థా 111 K కాబట్టి గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాయువు
  2. ఇథనాల్ (351 K) ద్రవం
  3. ఎసిటిక్ ఆమ్లం ద్ర.స్థా 290 K (గది ఉష్ణోగ్రత కంటే కొంచెం తక్కువ).

కార్బన్‌కు బాహ్య కర్పరంలో 4 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. జడవాయు (noble gas) విన్యాసం రావాలంటే 4 ఎలక్ట్రాన్లు పొందడమో, వదులుకోవడమో జరగాలి. ఇదెందుకు సాధ్యం కాదో, అందుకు బదులు కార్బన్ ఏం చేస్తుందో ఈ నోట్‌లో చూద్దాం.

• కార్బన్ అయాన్లు ఎందుకు ఏర్పరచదు? (పరమాణు సంఖ్య 6, ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం 2, 4):
• 4 ఎలక్ట్రాన్లు పొందితే C⁴⁻ ఏర్పడుతుంది
• 6 ప్రోటాన్లున్న కేంద్రకం 10 ఎలక్ట్రాన్లను పట్టుకోవడం కష్టం.
• 4 ఎలక్ట్రాన్లు కోల్పోతే C⁴⁺ ఏర్పడుతుంది
• 6 ప్రోటాన్లు కేవలం 2 ఎలక్ట్రాన్లను పట్టుకుని ఉండే స్థితికి చాలా శక్తి కావాలి.
• పరిష్కారం:
  1. కార్బన్ తన బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లను ఇతర కార్బన్ పరమాణువులతో లేదా ఇతర మూలకాల పరమాణువులతో పంచుకుంటుంది (sharing). పంచుకున్న ఎలక్ట్రాన్లు రెండు పరమాణువుల బాహ్య కర్పరాలకు చెందినవిగా లెక్కవేస్తారు
  2. దీనితో రెండూ జడవాయు విన్యాసం పొందుతాయి.
• సమయోజనీయ బంధం (Covalent bond): రెండు పరమాణువుల మధ్య ఒక ఎలక్ట్రాన్ జతను పంచుకోవడం వల్ల ఏర్పడే బంధం.
• హైడ్రోజన్ (H₂):
  1. హైడ్రోజన్ పరమాణు సంఖ్య 1
  2. K కర్పరంలో ఒక ఎలక్ట్రాన్, మరొకటి కావాలి. రెండు పరమాణువులు తలా ఒక ఎలక్ట్రాన్ ఇచ్చి ఒక జతను పంచుకుంటాయి – ఇది ఒంటి బంధం (single bond). రెండూ హీలియం విన్యాసం (K కర్పరంలో 2) పొందుతాయి. ఒంటి బంధాన్ని రెండు పరమాణువుల మధ్య ఒక గీతగా చూపుతారు.
• క్లోరిన్ (Cl₂): పరమాణు సంఖ్య 17 (విన్యాసం 2, 8, 7), సంయోజకత 1. రెండు Cl పరమాణువులు ఒక జతను పంచుకుని ఒంటి బంధంతో Cl₂ ఏర్పరుస్తాయి.
• ఆక్సిజన్ (O₂):
  1. పరమాణు సంఖ్య 8
  2. L కర్పరంలో 6 ఎలక్ట్రాన్లు, ఆక్టెట్‌కు 2 కావాలి. ప్రతి O పరమాణువు 2 ఎలక్ట్రాన్లు ఇచ్చి రెండు జతలను పంచుకుంటుంది – ద్విబంధం (double bond).
• నైట్రోజన్ (N₂): పరమాణు సంఖ్య 7 (విన్యాసం 2, 5), సంయోజకత 3. ప్రతి N పరమాణువు 3 ఎలక్ట్రాన్లు ఇచ్చి మూడు జతలను పంచుకుంటుంది – త్రిబంధం (triple bond).
• నీరు (H₂O): ఆక్సిజన్ రెండు H లతో రెండు ఒంటి బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది. అమ్మోనియా (NH₃): నైట్రోజన్ మూడు H లతో మూడు ఒంటి బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది. (రెండింటిలోనూ ద్వి/త్రిబంధాలు ఉండవు.)
• ఎలక్ట్రాన్ చుక్కల నిర్మాణం (electron dot structure)లో బాహ్య కర్పర ఎలక్ట్రాన్లను మాత్రమే చుక్కలు లేదా క్రాస్ గుర్తులతో చూపుతారు.

కార్బన్ సమ్మేళనాల్లో అతి సరళమైనది మీథేన్. జీవవాయువు (bio-gas), సంపీడిత సహజ వాయువు (CNG)లో ప్రధాన భాగం ఇదే; ఇంధనంగా విస్తృతంగా వాడతారు.

• మీథేన్ (CH₄): కార్బన్ చతుస్సంయోజకం (tetravalent) – దానికి 4 బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి. హైడ్రోజన్ సంయోజకత 1. కార్బన్ తన 4 ఎలక్ట్రాన్లను 4 H పరమాణువులతో పంచుకుని 4 ఒంటి బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది. కార్బన్‌కు 8 (ఆక్టెట్), ప్రతి H కు 2 ఎలక్ట్రాన్లు వస్తాయి.
• కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO₂) నిర్మాణం (పాఠ్యాంశ ప్రశ్న): కార్బన్ రెండు ఆక్సిజన్‌లతో రెండు ద్విబంధాలు ఏర్పరుస్తుంది (O=C=O). C కి 4, ప్రతి O కి 2 జతలు పంచబడి అన్నీ ఆక్టెట్ పొందుతాయి. (ఇది ప్రామాణిక నిర్మాణం.)
• సల్ఫర్ అణువు (S₈):
  1. ఎనిమిది సల్ఫర్ పరమాణువులు వలయంగా కలిసి ఉంటాయి
  2. ప్రతి S పరమాణువు పొరుగు రెండు S లతో ఒంటి బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది. (S కు 6 బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు, 2 కావాలి.)
• సమయోజనీయ సమ్మేళనాల స్వభావం:
  1. అణువు లోపల పరమాణువుల మధ్య బంధాలు బలమైనవి.
  2. కానీ అణువుల మధ్య (అంతర అణు) బలాలు బలహీనం.
  3. అందువల్ల ద్రవీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు తక్కువ.
  4. ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణువుల మధ్య పంచబడతాయి కాబట్టి ఆవేశ కణాలు (అయాన్లు) ఏర్పడవు; అందుకే విద్యుత్ ప్రసరణ సరిగా ఉండదు.
• CH₃Cl లో బంధం (పాఠ్యాంతర ప్రశ్న): C కి 4 బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు
• మూడు H, ఒక Cl లతో నాలుగు జతలు పంచుకుంటుంది. Cl (2, 8, 7) ఒక జతను పంచుకుని ఆక్టెట్ పొందుతుంది. అన్నీ ఒంటి బంధాలు
• నాలుగు పరమాణువులూ జడవాయు విన్యాసం పొందుతాయి.

కార్బన్ ప్రకృతిలో వివిధ భౌతిక ధర్మాలున్న వేర్వేరు రూపాల్లో లభిస్తుంది; వీటిని రూపాంతరాలు (Allotropes) అంటారు. వజ్రం, గ్రాఫైట్ రెండూ కార్బన్ పరమాణువులతోనే తయారైనా, పరమాణువులు ఒకదానికొకటి బంధించబడే పద్ధతి వేరు.

• వజ్రం (Diamond): ప్రతి కార్బన్ పరమాణువు మరో 4 కార్బన్ పరమాణువులతో బంధించబడి దృఢమైన త్రిమితీయ (3-D) నిర్మాణం ఏర్పడుతుంది. తెలిసిన అత్యంత కఠిన పదార్థం.
• గ్రాఫైట్ (Graphite): ప్రతి కార్బన్ పరమాణువు ఒకే తలంలో 3 కార్బన్లతో బంధించబడి షడ్భుజాకార అమరిక (hexagonal array) ఏర్పడుతుంది. ఒక బంధం ద్విబంధం కావడం వల్ల కార్బన్ సంయోజకత (4) తృప్తి చెందుతుంది. ఇలాంటి షడ్భుజ పొరలు ఒక దానిపై ఒకటి అమరి గ్రాఫైట్ ఏర్పడుతుంది.
• భౌతిక ధర్మాలలో తేడా:
  1. రెండింటి రసాయన ధర్మాలు ఒకటే. కానీ వజ్రం అత్యంత కఠినం
  2. గ్రాఫైట్ నున్నగా, జారేదిగా ఉంటుంది. అంతేకాక గ్రాఫైట్ మంచి విద్యుత్ వాహకం – మిగతా అలోహాల్లా కాదు.
• కృత్రిమ వజ్రాలు:
  1. స్వచ్ఛమైన కార్బన్‌ను చాలా ఎక్కువ పీడనం, ఉష్ణోగ్రతలకు గురిచేస్తే వజ్రాలను తయారుచేయవచ్చు. ఇవి చిన్నవిగా ఉంటాయి
  2. సహజ వజ్రాల నుండి వేరు చేయలేము.
• ఫుల్లరీన్లు (Fullerenes): కార్బన్ రూపాంతరాల మరో తరగతి. మొదట గుర్తించినది C-60 – 60 కార్బన్ పరమాణువులు ఫుట్‌బాల్ ఆకారంలో అమరి ఉంటాయి.
• పేరు వెనుక కథ:
  1. ఈ అణువు అమెరికన్ ఆర్కిటెక్ట్ బక్‌మిన్‌స్టర్ ఫుల్లర్ (Buckminster Fuller) రూపొందించిన జియోడెసిక్ గోపురాన్ని పోలి ఉండటంతో "ఫుల్లరీన్" అని పేరు పెట్టారు
  2. C-60 ను బక్‌మిన్‌స్టర్ ఫుల్లరీన్ అంటారు.

కార్బన్ సమ్మేళనాల సంఖ్య లక్షలు – మిగతా అన్ని మూలకాల సమ్మేళనాలన్నీ కలిపినా ఇవే ఎక్కువ. దీనికి కారణం సమయోజనీయ బంధం స్వభావంతో కార్బన్‌లో కనిపించే రెండు ప్రత్యేక లక్షణాలు.

• శృంఖలన (Catenation): కార్బన్ ఇతర కార్బన్ పరమాణువులతో బంధాలు ఏర్పరచి పెద్ద అణువులను ఇచ్చే విశిష్ట సామర్థ్యం.
• పొడవైన గొలుసులు, శాఖలున్న గొలుసులు, వలయాలుగా అమరవచ్చు.
• C–C మధ్య ఒంటి, ద్వి లేదా త్రిబంధాలు ఉండవచ్చు.
• C–C బంధం చాలా బలమైనది, కాబట్టి స్థిరం.
• సిలికాన్ హైడ్రోజన్‌తో 7–8 పరమాణువుల వరకు గొలుసులు ఇస్తుంది, కానీ అవి చాలా చర్యాశీలం
• కార్బన్‌లా ఇంకే మూలకం శృంఖలనం చూపదు.
• చతుస్సంయోజకత (Tetravalency):
  1. కార్బన్ సంయోజకత 4. కాబట్టి 4 ఇతర కార్బన్లతో లేదా ఏకసంయోజక మూలకాల పరమాణువులతో బంధాలు ఏర్పరచగలదు. ఆక్సిజన్, హైడ్రోజన్, నైట్రోజన్, సల్ఫర్, క్లోరిన్ మొదలైన వాటితో సమ్మేళనాలు ఇస్తుంది
  2. కార్బన్‌తో పాటు ఉండే ఇతర మూలకాలను బట్టి ధర్మాలు మారతాయి.
• కార్బన్ బంధాలు ఎందుకు బలం? కార్బన్ పరమాణు పరిమాణం చిన్నది
• కాబట్టి కేంద్రకం పంచుకున్న ఎలక్ట్రాన్ జతలను గట్టిగా పట్టుకుంటుంది. పెద్ద పరమాణువుల బంధాలు చాలా బలహీనం.
• సంతృప్త సమ్మేళనాలు (Saturated): కార్బన్ల మధ్య ఒంటి బంధాలు మాత్రమే ఉన్నవి.
• అసంతృప్త సమ్మేళనాలు (Unsaturated): కార్బన్ల మధ్య ద్వి లేదా త్రిబంధాలు ఉన్నవి.
• కర్బన సమ్మేళనాలు (Organic compounds):
  1. శృంఖలన, చతుస్సంయోజకత కలిసి అసంఖ్యాక సమ్మేళనాలను ఇస్తాయి. ఇవి మొదట ప్రకృతి పదార్థాల నుండి సేకరించారు
  2. జీవ వ్యవస్థలోనే తయారవుతాయని, దానికి "జీవశక్తి (vital force)" అవసరమని భావించేవారు.
• ఫ్రెడరిక్ వోహ్లర్ (Friedrich Wöhler), 1828: అమ్మోనియం సయనేట్ నుండి యూరియాను తయారుచేసి ఈ భావన తప్పని నిరూపించాడు.
• సేంద్రియ రసాయన శాస్త్ర పరిధి: కార్బైడ్‌లు, కార్బన్ ఆక్సైడ్‌లు, కార్బొనేట్, హైడ్రోజన్ కార్బొనేట్ లవణాలు తప్ప మిగతా కార్బన్ సమ్మేళనాలను ఇందులో అధ్యయనం చేస్తారు.

సరళ కార్బన్ సమ్మేళనాల నిర్మాణాన్ని దశలవారీగా గీయవచ్చు: మొదట కార్బన్ పరమాణువులను ఒంటి బంధంతో కలపాలి; తర్వాత మిగిలిన సంయోజకతలను హైడ్రోజన్‌లతో తృప్తి పరచాలి.

• ఈథేన్ (C₂H₆) నిర్మాణం:
• దశ 1: C–C ఒంటి బంధం.
• దశ 2:
  1. ప్రతి కార్బన్‌కు 3 సంయోజకతలు మిగులుతాయి
  2. ప్రతి దానికి 3 H లు కలుస్తాయి.
• మొత్తం 7 సమయోజనీయ బంధాలు (1 C–C + 6 C–H).
• ప్రొపేన్ (C₃H₈): అన్ని పరమాణువుల సంయోజకతలు ఒంటి బంధాలతోనే తృప్తి చెందుతాయి.
• సంతృప్త సమ్మేళనాలు:
  1. ఒంటి బంధాలు మాత్రమే ఉన్నవి
  2. సాధారణంగా అంత చర్యాశీలత ఉండవు.
• ఈథీన్ (C₂H₄):
  1. దశ 1: C–C ఒంటి బంధం.
  2. దశ 2: ప్రతి కార్బన్‌కు ఒక సంయోజకత మిగిలి ఉంటుంది (రెండేసి H లు కలిసిన తర్వాత).
  3. దశ 3: రెండు కార్బన్ల మధ్య ద్విబంధం ఏర్పడితే మాత్రమే అన్నీ తృప్తి చెందుతాయి.
• ఈథైన్ (C₂H₂):
  1. రెండు కార్బన్ల మధ్య త్రిబంధం అవసరం
  2. ప్రతి కార్బన్‌కు ఒక H.
• అసంతృప్త సమ్మేళనాలు:
  1. కార్బన్‌ల మధ్య ద్వి లేదా త్రిబంధాలు ఉన్నవి
  2. ఇవి సంతృప్త సమ్మేళనాల కంటే ఎక్కువ చర్యాశీలం.
• పంచుకున్న ఎలక్ట్రాన్ జతల లెక్క:
  1. ఈథేన్ – 7 (1 C–C + 6 C–H)
  2. ఈథీన్ – 6 (C=C లో 2 + 4 C–H)
  3. ఈథైన్ – 5 (C≡C లో 3 + 2 C–H).

కార్బన్ పరమాణువులు పొడవైన గొలుసులుగా (chains), శాఖలతో కూడిన గొలుసులుగా (branched) లేదా వలయాలుగా (rings) కలిసి ఉండవచ్చు. ఇవన్నీ సంతృప్తమైనవి కావచ్చు, అసంతృప్తమైనవి కూడా కావచ్చు.

• పట్టిక 4.2 – సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్ల ఫార్ములాలు:
  1. 1 కార్బన్: మీథేన్ CH₄.
  2. 2: ఈథేన్ C₂H₆.
  3. 3: ప్రొపేన్ C₃H₈.
  4. 4: బ్యూటేన్ C₄H₁₀.
  5. 5: పెంటేన్ C₅H₁₂.
  6. 6: హెక్సేన్ C₆H₁₄.
• నిర్మాణ సదృశకాలు (Structural isomers): ఒకే అణుఫార్ములా కానీ వేర్వేరు నిర్మాణాలున్న సమ్మేళనాలు.
• ఉదాహరణ C₄H₁₀: 4 కార్బన్ల సరళ గొలుసు (బ్యూటేన్) మరియు 3 కార్బన్ల గొలుసుకు ఒక కార్బన్ శాఖగా ఉన్న నిర్మాణం (శాఖా గొలుసు).
• పాఠ్యాంతర ప్రశ్న: పెంటేన్ (C₅H₁₂)కు 3 నిర్మాణ సదృశకాలు గీయవచ్చు (n-పెంటేన్, 2-మిథైల్ బ్యూటేన్, 2,2-డైమిథైల్ ప్రొపేన్) – ఇది ప్రామాణిక వాస్తవం.
• వలయ సమ్మేళనాలు:
  1. సైక్లోహెక్సేన్ (C₆H₁₂): ఆరు కార్బన్ల వలయం, అన్నీ ఒంటి బంధాలు (సంతృప్తం).
  2. బెంజీన్ (C₆H₆): ఆరు కార్బన్ల వలయం, ఒకటి విడిచి ఒకటి ద్విబంధాలు (అసంతృప్తం).
  3. సైక్లోపెంటేన్ (పాఠ్య ప్రశ్న): ఫార్ములా C₅H₁₀ (ఐదు కార్బన్ల వలయం, ప్రతి C కి 2 H).
• హైడ్రోకార్బన్లు (Hydrocarbons): కార్బన్, హైడ్రోజన్ మాత్రమే ఉన్న సమ్మేళనాలు.
• ఆల్కేన్లు (Alkanes): సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు.
• ఆల్కీన్లు (Alkenes): ఒకటి లేదా ఎక్కువ ద్విబంధాలున్న అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు.
• ఆల్కైన్లు (Alkynes): ఒకటి లేదా ఎక్కువ త్రిబంధాలున్నవి.

కార్బన్ హైడ్రోజన్‌తో మాత్రమే కాక హాలోజన్లు, ఆక్సిజన్, నైట్రోజన్, సల్ఫర్ వంటి ఇతర మూలకాలతో కూడా బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది. హైడ్రోకార్బన్ గొలుసులో ఒకటి లేదా ఎక్కువ హైడ్రోజన్‌లను ఇలాంటి మూలక పరమాణువులు భర్తీ చేయవచ్చు; కార్బన్ సంయోజకత మాత్రం తృప్తి చెందే ఉంటుంది.

• విజాతి పరమాణువు (Heteroatom): హైడ్రోజన్ స్థానంలో వచ్చి చేరిన ఇతర మూలక పరమాణువు.
• క్రియాత్మక సమూహం (Functional group): విజాతి పరమాణువు లేదా ఆ పరమాణువులున్న సమూహం. కార్బన్ గొలుసు పొడవు, స్వభావంతో సంబంధం లేకుండా సమ్మేళనానికి ప్రత్యేక ధర్మాలను ఇస్తుంది.
• పట్టిక 4.3 – ముఖ్య క్రియాత్మక సమూహాలు:
  1. హాలో ఆల్కేన్ (క్లోరో/బ్రోమో ఆల్కేన్): –Cl, –Br (హైడ్రోజన్ పరమాణువుకు ప్రతిస్థాపకాలు).
  2. ఆల్కహాల్: –OH.
  3. ఆల్డిహైడ్: –CHO (ప్రామాణిక ఫార్ములా).
  4. కీటోన్: >C=O (కార్బొనిల్ సమూహం; గొలుసు మధ్యలో ఉంటుంది).
  5. కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లం: –COOH.
  6. ఆక్సిజన్ విజాతి పరమాణువుగా ఉన్న నాలుగు తరగతులు: ఆల్కహాల్, ఆల్డిహైడ్, కీటోన్, కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లం; హాలోజన్ (Cl/Br) తరగతి: హాలో ఆల్కేన్.
• సమూహం ఎలా జతవుతుంది? సమూహం యొక్క "స్వేచ్ఛా సంయోజకత (free valency)" (ఒక గీతగా చూపుతారు) ద్వారా కార్బన్ గొలుసుకు, హైడ్రోజన్‌ను భర్తీ చేస్తూ అంటుకుంటుంది.
• ఉదాహరణ: ఆల్కహాల్ సమూహం –OH ఉన్న CH₃OH, C₂H₅OH, C₃H₇OH, C₄H₉OH అన్నింటి రసాయన ధర్మాలు ఒకేలా ఉంటాయి – గొలుసు పొడవు ఎంతైనా.

ఒకే క్రియాత్మక సమూహం కార్బన్ గొలుసులోని హైడ్రోజన్‌ను భర్తీ చేసి ఏర్పడే సమ్మేళనాల శ్రేణిని సజాతీయ శ్రేణి (Homologous series) అంటారు. కార్బన్ గొలుసులు వివిధ పొడవుల్లో ఏర్పడగలగడం వల్లే ఇది సాధ్యం.

• నిర్వచనం: ఒకే క్రియాత్మక సమూహం ఉన్న, వరుస సభ్యుల మధ్య –CH₂– తేడా ఉన్న సమ్మేళనాల శ్రేణి.
• ఉదాహరణ (ఆల్కహాల్ శ్రేణి): CH₃OH, C₂H₅OH, C₃H₇OH, C₄H₉OH – రసాయన ధర్మాలు చాలా సారూప్యం. వీటి తేడా (CH₃OH→C₂H₅OH, C₂H₅OH→C₃H₇OH, C₃H₇OH→C₄H₉OH) ప్రతిసారీ –CH₂– యూనిట్.
• ఆల్కేన్ శ్రేణిలో భేదం: CH₄ – C₂H₆ – C₃H₈ – C₄H₁₀: ప్రతి వరుస జంట మధ్య –CH₂– తేడా.
• అణు ద్రవ్యరాశి భేదం: C = 12 u, H = 1 u కాబట్టి CH₂ = 12 + 2 = 14 u. ప్రతి వరుస సభ్యుల మధ్య 14 u తేడా.
• ఆల్కీన్ శ్రేణి: ఈథీన్ C₂H₄ తో మొదలై C₃H₆, C₄H₈, C₅H₁₀ ... వీటి మధ్య కూడా –CH₂– తేడా.
• సాధారణ ఫార్ములాలు:
  1. ఆల్కేన్లు: CₙH₂ₙ₊₂ (n = 1, 2, 3 ...).
  2. ఆల్కీన్లు: CₙH₂ₙ (n = 2, 3, 4 ...).
  3. ఆల్కైన్లు: CₙH₂ₙ₋₂ (n = 2, 3, 4 ...).
• ధర్మాల క్రమమార్పు (gradation):
  1. అణు ద్రవ్యరాశి పెరిగే కొద్దీ ద్రవీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు పెరుగుతాయి
  2. ద్రావణీయత వంటి భౌతిక ధర్మాలు కూడా క్రమంగా మారతాయి.
• రసాయన ధర్మాలు: పూర్తిగా క్రియాత్మక సమూహం మీదే ఆధారపడతాయి కాబట్టి శ్రేణి అంతా ఒకేలా ఉంటాయి.

సజాతీయ శ్రేణిలోని సమ్మేళనాల పేర్లు మూల కార్బన్ గొలుసు పేరు మీద ఆధారపడతాయి; క్రియాత్మక సమూహ స్వభావాన్ని చూపేందుకు దానికి ముందు "పూర్వపదం (prefix)" లేదా తర్వాత "ప్రత్యయం (suffix)" కలుపుతారు.

• పేరు పెట్టే దశలు:
  1. 1. సమ్మేళనంలోని కార్బన్ల సంఖ్యను గుర్తించాలి (మూడు కార్బన్లు ఉంటే ప్రొపేన్).
  2. 2. క్రియాత్మక సమూహం ఉంటే దాన్ని పేరులో పూర్వపదం లేదా ప్రత్యయంగా సూచించాలి.
  3. 3. ప్రత్యయం అచ్చు (a, e, i, o, u)తో మొదలైతే, కార్బన్ గొలుసు పేరులోని చివరి "e" ను తొలగించి ప్రత్యయం కలపాలి. ఉదా: ప్రొపేన్ – "e" + "one" = ప్రొపనోన్ (propanone).
  4. 4. గొలుసు అసంతృప్తమైతే చివరి "ane" స్థానంలో "ene" (ద్విబంధం) లేదా "yne" (త్రిబంధం) వస్తుంది. ప్రొపీన్ (propene), ప్రొపైన్ (propyne).
• పట్టిక 4.4 – పూర్వపదాలు, ప్రత్యయాలు:
  1. హాలో ఆల్కేన్: ప్రిఫిక్స్ chloro, bromo – క్లోరోప్రొపేన్, బ్రోమోప్రొపేన్.
  2. ఆల్కహాల్: ప్రత్యయం "ol" – ప్రొపనాల్ (Propanol).
  3. ఆల్డిహైడ్: ప్రత్యయం "al" – ప్రొపనల్ (Propanal).
  4. కీటోన్: ప్రత్యయం "one" – ప్రొపనోన్ (Propanone).
  5. కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లం: ప్రత్యయం "oic acid" – ప్రొపనోయిక్ ఆమ్లం (Propanoic acid).
  6. ఆల్కీన్: ప్రత్యయం "ene" – ప్రొపీన్ (Propene).
  7. ఆల్కైన్: ప్రత్యయం "yne" – ప్రొపైన్ (Propyne).
• పాఠ్య ప్రశ్నల జవాబులు:
  1. CH₃–CH₂–Br పేరు బ్రోమోఈథేన్ (Bromoethane).
  2. ఇథనోయిక్ ఆమ్లం = CH₃COOH (2 కార్బన్లు); బ్యూటనోన్ = 4 కార్బన్ల కీటోన్ (CH₃COCH₂CH₃); హెక్సనల్ (Hexanal) = 6 కార్బన్ల ఆల్డిహైడ్ (హెక్సేన్ – e + al).
  3. బ్రోమోపెంటేన్‌కు నిర్మాణ సదృశకాలు సాధ్యమే (Br స్థానం మారడం వల్ల, గొలుసు శాఖల వల్ల).
• మొదటి సభ్యుల పేర్లు (ఆల్కహాల్): మిథనాల్, ఇథనాల్, ప్రొపనాల్, బ్యూటనాల్.

ఇంధనాల్లో చాలా భాగం కార్బన్ లేదా కార్బన్ సమ్మేళనాలే. కార్బన్ దాని అన్ని రూపాంతరాల్లోనూ ఆక్సిజన్‌లో మండి కార్బన్ డైఆక్సైడ్‌ను ఇస్తూ ఉష్ణం, కాంతిని విడుదల చేస్తుంది.

చాలా కార్బన్ సమ్మేళనాలు మండినప్పుడు కూడా ఎంతో ఉష్ణం, కాంతి వెలువడతాయి; ఇవి ఆక్సీకరణ చర్యలే.

• దహన చర్యలు:
  1. C + O₂ → CO₂ + ఉష్ణం + కాంతి.
  2. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + ఉష్ణం + కాంతి.
  3. CH₃CH₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O + ఉష్ణం + కాంతి.
• మంట స్వభావం (Activity 4.3):
  1. సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు సాధారణంగా శుభ్రమైన మంటతో మండుతాయి.
  2. అసంతృప్త కార్బన్ సమ్మేళనాలు (నాఫ్తలీన్, కర్పూరం వంటివి) పసుపు మంటతో, చాలా నల్లని పొగతో మండుతాయి; లోహపు పలకపై మసి (soot) పేరుకుంటుంది.
  3. గాలి సరఫరా పరిమితమైతే సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు కూడా అసంపూర్ణ దహనం చెంది మసి మంటనిస్తాయి.
• బన్సెన్ బర్నర్ (Activity 4.4):
  1. గాలి రంధ్రం మూసి ఉంటే పసుపు, మసి మంట
  2. తెరిచి తగినంత గాలి వస్తే నీలి మంట.
• గ్యాస్/కిరోసిన్ స్టవ్:
  1. గాలి చొరబడే రంధ్రాలుంటాయి
  2. ఆక్సిజన్ సమృద్ధి మిశ్రమం మండి శుభ్రమైన నీలి మంటనిస్తుంది. వంటపాత్ర అడుగు నల్లబడితే గాలి రంధ్రాలు మూసుకుపోయి, ఇంధనం పూర్తిగా మండక వృథా అవుతోందని అర్థం.
• బొగ్గు, పెట్రోలియంలో కొంత నైట్రోజన్, సల్ఫర్ ఉంటాయి
• మండినప్పుడు సల్ఫర్, నైట్రోజన్ ఆక్సైడ్లు ఏర్పడి పర్యావరణ ప్రధాన కాలుష్యకారకాలవుతాయి.
• మంట ఎందుకు కనిపిస్తుంది? వాయు పదార్థాలు మండినప్పుడు మాత్రమే మంట ఏర్పడుతుంది. కర్ర, బొగ్గు మండించినప్పుడు మొదట ఆవిరయ్యే అస్థిర పదార్థాలు మంటతో మండుతాయి
• తర్వాత బొగ్గు మంట లేకుండా ఎర్రగా మెరుస్తూ ఉష్ణమిస్తుంది (అంగీటిలో).
• దీపించే మంట (luminous flame):
  1. వాయు పదార్థ పరమాణువులు వేడెక్కి మెరిసినప్పుడు కనిపిస్తుంది
  2. ప్రతి మూలకం ఇచ్చే రంగు దాని విశిష్ట ధర్మం (ఉదా: రాగి తీగ). అసంపూర్ణ దహనంలో వచ్చే మసి కార్బనే
  3. కొవ్వొత్తి మంట పసుపుగా ఉండటానికి కారణం మెరిసే కార్బన్ (మసి) కణాలు (ఇది ప్రామాణిక వివరణ).

బొగ్గు, పెట్రోలియం జీవద్రవ్యం (biomass) నుండి ఏర్పడ్డాయి; వీటిని శిలాజ ఇంధనాలు (Fossil fuels) అంటారు. జీవ, భౌగోళిక ప్రక్రియలు లక్షల ఏళ్లు జరిగి ఇవి తయారవుతాయి.

• బొగ్గు (Coal): లక్షల సంవత్సరాల క్రితం జీవించిన చెట్లు, ఫెర్న్లు, ఇతర మొక్కల అవశేషాలు.
• భూకంపాలు, అగ్నిపర్వత విస్ఫోటనాలతో భూమిలోకి కూరుకుపోయి, మట్టి, రాతి పొరల కింద ఒత్తిడికి గురవుతాయి.
• నెమ్మదిగా కుళ్లి బొగ్గుగా మారతాయి.
• చమురు, వాయువు (Petroleum, natural gas): సముద్రంలో జీవించిన లక్షల సూక్ష్మ మొక్కలు, జంతువుల అవశేషాలు.
• అవి చనిపోయాక సముద్రపు అడుగుకు చేరి బురద (silt)తో కప్పబడతాయి.
• బ్యాక్టీరియా వాటిని అధిక పీడనంలో చమురు, వాయువుగా మారుస్తుంది.
• ఈ సమయంలో బురద నెమ్మదిగా శిలగా సంపీడితమవుతుంది.
• చమురు, వాయువు శిలలోని రంధ్రాలున్న భాగాల్లోకి చేరి, స్పాంజిలో నీరులా చిక్కుకుంటాయి.
• శిలాజ ఇంధనాలు అనే పేరు: ఇవి పూర్వ కాలపు జీవుల శిలాజ అవశేషాల నుండి ఏర్పడ్డాయి కాబట్టి (శిలాజం = fossil).
• ఇవి కార్బన్ సమ్మేళనాలు: మండించినప్పుడు CO₂, నీటితో పాటు ఉష్ణం ఇస్తాయి.

కార్బన్ సమ్మేళనాలు దహనంతో పాటు పలు ఇతర చర్యలు జరుపుతాయి. వాటిలో ముఖ్యమైనవి ఆక్సీకరణ, సంకలన (Addition), ప్రతిస్థాపన (Substitution) చర్యలు.

• ఆక్సీకరణ (Oxidation):
  1. కార్బన్ సమ్మేళనాలు దహనంలో సులభంగా ఆక్సీకరణం చెందుతాయి (పూర్తి ఆక్సీకరణ).
  2. ఆల్కహాల్‌లు కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలుగా మారే చర్యలు కూడా ఉన్నాయి: ఇథనాల్ → ఇథనోయిక్ ఆమ్లం.
  3. కృత్యం 4.5: ఇథనాల్‌ను వేడి నీటి తొట్టెలో కొద్దిగా వేడి చేసి 5% క్షార పొటాషియం పర్మాంగనేట్ చుక్కలుగా కలిపితే, మొదట ఊదా రంగు అదృశ్యమవుతుంది, ఎందుకంటే అది ఆల్కహాల్‌ను ఆక్సీకరణం చేయడంలో ఖర్చయిపోతుంది. ఆల్కహాల్ అంతా ఆక్సీకరణమయ్యాక ఇంకా కలిపితే మిగులు పర్మాంగనేట్ రంగు నిలిచి ఉంటుంది.
  4. ఆక్సీకరణ కారకాలు (Oxidising agents): ఇతర పదార్థాలకు ఆక్సిజన్‌ను చేర్చగల పదార్థాలు. క్షార పొటాషియం పర్మాంగనేట్, ఆమ్ల పొటాషియం డైక్రోమేట్ ఆల్కహాల్‌లను ఆమ్లాలుగా ఆక్సీకరణం చేస్తాయి.
  5. ప్రశ్న: ఇథనాల్ → ఇథనోయిక్ ఆమ్లం ఆక్సీకరణ ఎందుకు? ఎందుకంటే ఈ మార్పులో ఇథనాల్‌కు ఆక్సిజన్ చేరుతుంది.
• సంకలన చర్య (Addition reaction):
  1. అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు పల్లాడియం లేదా నికెల్ ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో హైడ్రోజన్‌ను కలుపుకుని సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లవుతాయి.
  2. ఉత్ప్రేరకాలు (Catalysts): తాము మారకుండా చర్య జరగడానికి లేదా చర్య రేటు మారడానికి కారణమయ్యే పదార్థాలు.
  3. హైడ్రోజనీకరణ (Hydrogenation): నికెల్ ఉత్ప్రేరకంతో వృక్ష నూనెలను హైడ్రోజనీకరించడం – వనస్పతి తయారీ వంటి పరిశ్రమ అనువర్తనం.
  4. వృక్ష నూనెల్లో పొడవైన అసంతృప్త కార్బన్ గొలుసులు; జంతు కొవ్వుల్లో సంతృప్త గొలుసులు ఉంటాయి. సంతృప్త కొవ్వు ఆమ్లాలు ఆరోగ్యానికి హానికరం; వంటకు అసంతృప్త కొవ్వు ఆమ్లాలున్న నూనెలు మంచివి.
• ప్రతిస్థాపన చర్య (Substitution reaction):
  1. సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు సాధారణంగా చర్యారహితం.
  2. సూర్యకాంతి సమక్షంలో మాత్రం క్లోరిన్ వాటితో వేగంగా చర్య జరిపి హైడ్రోజన్ పరమాణువులను ఒక్కొక్కటిగా భర్తీ చేస్తుంది.
  3. CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (సూర్యకాంతిలో).
  4. ఒక రకం పరమాణువు/సమూహం మరోదాని స్థానాన్ని ఆక్రమిస్తుంది కాబట్టి దీన్ని ప్రతిస్థాపన చర్య అంటారు. ఆల్కేన్ల ఉన్నత సజాతీయాల్లో అనేక ఉత్పన్నాలు ఏర్పడతాయి.
• ఈథైన్ + ఆక్సిజన్ (వెల్డింగ్):
  1. పాఠ్య ప్రశ్న – వెల్డింగ్‌కు ఈథైన్, ఆక్సిజన్ మిశ్రమం వాడతారు
  2. ఈథైన్, గాలి మిశ్రమం వాడరు. ఎందుకంటే అసంతృప్త ఈథైన్ గాలిలో అసంపూర్ణంగా మండి మసి మంటనిస్తుంది, తగినంత ఉష్ణం రాదు
  3. స్వచ్ఛమైన ఆక్సిజన్‌తో పూర్తిగా మండి అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత గల శుభ్రమైన మంట వస్తుంది (ప్రామాణిక వివరణ).

రోజువారీ జీవితంలో ముఖ్యమైన రెండు వాణిజ్య సమ్మేళనాలు ఇథనాల్, ఇథనోయిక్ ఆమ్లం. ఇథనాల్‌ను సాధారణంగా ఆల్కహాల్ అంటారు; ఇది మద్య పానీయాల్లోని క్రియాశీల పదార్థం.

• ధర్మాలు:
  1. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవం (ద్ర.స్థా 156 K, బా.స్థా 351 K)
  2. నీటిలో అన్ని నిష్పత్తుల్లో కరుగుతుంది
  3. మంచి ద్రావణి కాబట్టి టింక్చర్ అయోడిన్, దగ్గు మందులు, టానిక్‌లలో వాడతారు.
• సోడియంతో చర్య: 2Na + 2CH₃CH₂OH → 2CH₃CH₂O⁻Na⁺ + H₂.
• ఆల్కహాల్‌లు సోడియంతో చర్య జరిపి హైడ్రోజన్‌ను వెలువరుస్తాయి
• ఇథనాల్‌తో ఏర్పడే మరో ఉత్పన్నం సోడియం ఇథాక్సైడ్.
• (కృత్యం 4.6: ఉపాధ్యాయుని ప్రదర్శన – సంపూర్ణ ఆల్కహాల్‌లో బియ్యపు గింజంత సోడియం ముక్క వేయడం.) విడుదలైన వాయువు హైడ్రోజన్ – మండుతున్న పుల్ల దగ్గర పెడితే "పాప్" శబ్దంతో మండుతుంది (ప్రామాణిక పరీక్ష).
• నిర్జలీకరణం (Dehydration): 443 K వద్ద అధిక సాంద్ర సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో ఇథనాల్‌ను వేడి చేస్తే నీరు తొలగి ఈథీన్ ఏర్పడుతుంది: CH₃CH₂OH → (హాట్ సాంద్ర H₂SO₄) CH₂=CH₂ + H₂O. ఇక్కడ సాంద్ర H₂SO₄ నిర్జలీకరణ కారకం.
• జీవులపై ప్రభావం:
  1. ఎక్కువ మోతాదులో తీసుకుంటే జీవక్రియలు మందగించి, కేంద్ర నాడీ వ్యవస్థ నిస్తేజమవుతుంది: సమన్వయ లోపం, మానసిక గందరగోళం, మత్తు, నిరోధాలు తగ్గడం, చివరికి స్పృహ కోల్పోవడం.
  2. పలుచని ఇథనాల్ తాగడం కొద్దిగా మత్తు కలిగిస్తుంది; ఇది సమాజంలో ఉన్నా ఖండనీయం. స్వచ్ఛమైన ఇథనాల్ (absolute alcohol) కొద్ది మోతాదు కూడా ప్రాణాంతకం; దీర్ఘకాల సేవనంతో ఆరోగ్య సమస్యలు.
• మిథనాల్ ప్రమాదం:
  1. చాలా స్వల్ప మోతాదు కూడా మరణకారకం. కాలేయంలో మిథనాల్ (methanol) మిథనల్ (methanal)గా ఆక్సీకరణమవుతుంది
  2. ఇది కణ ఘటకాలతో వేగంగా చర్య జరిపి ప్రోటోప్లాజాన్ని గడ్డకట్టిస్తుంది (ఉడికించిన గుడ్డులా). ఆప్టిక్ నాడిని దెబ్బతీసి అంధత్వం కలిగిస్తుంది.
• డినేచర్డ్ ఆల్కహాల్ (Denatured alcohol):
  1. పారిశ్రామిక ద్రావణిగా వాడే ఇథనాల్ దుర్వినియోగం కాకుండా దానికి మిథనాల్ వంటి విష పదార్థాలు కలిపి తాగడానికి పనికిరాకుండా చేస్తారు
  2. సులభంగా గుర్తించేందుకు నీలి రంగు కలుపుతారు.
• ఇంధనంగా ఆల్కహాల్ (More to Know):
  1. చెరకు సూర్యకాంతిని రసాయన శక్తిగా మార్చే అత్యంత సమర్థ మొక్కల్లో ఒకటి. చెరకు రసంతో మొలాసిస్ తయారుచేసి దాన్ని కిణ్వనం (fermentation) చేసి ఆల్కహాల్ (ఇథనాల్) పొందుతారు. కొన్ని దేశాలు దీన్ని పెట్రోల్‌లో కలుపుతాయి
  2. సరిపడా గాలిలో మండినప్పుడు CO₂, నీరు మాత్రమే ఇవ్వడం వల్ల శుభ్రమైన ఇంధనం.

ఇథనోయిక్ ఆమ్లాన్ని సాధారణంగా ఎసిటిక్ ఆమ్లం అంటారు. ఇది కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాల వర్గానికి చెందింది.

• వెనిగర్ (Vinegar):
  1. నీటిలో 5–8% ఎసిటిక్ ఆమ్ల ద్రావణం
  2. ఊరగాయల్లో సంరక్షణిగా విస్తృతంగా వాడతారు.
• గ్లేషియల్ ఎసిటిక్ ఆమ్లం (Glacial acetic acid):
  1. స్వచ్ఛమైన ఇథనోయిక్ ఆమ్ల ద్రవీభవన స్థానం 290 K
  2. చల్లని ప్రాంతాల్లో శీతాకాలంలో ఘనీభవిస్తుంది, అందుకే ఈ పేరు.
• బలహీన ఆమ్లం:
  1. కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలు ఆమ్ల స్వభావం చూపుతాయి
  2. HCl వంటి ఖనిజ ఆమ్లాలు పూర్తిగా అయనీకరణం చెందుతాయి
  3. కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలు అలా కాక బలహీన ఆమ్లాలు. (కృత్యం 4.7: పలుచని ఎసిటిక్ ఆమ్లం, పలుచని HCl pH పోలిక – లిట్మస్ రెండింటినీ ఆమ్లంగా చూపుతుంది
  4. సార్వత్రిక సూచిక HCl ను ఎక్కువ బలమైనదిగా చూపుతుంది.)
• ఎస్టరీకరణ చర్య (Esterification): ఆమ్లం + ఆల్కహాల్ → ఎస్టర్ + నీరు (ఆమ్ల ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో).
• CH₃COOH + CH₃CH₂OH → (ఆమ్లం) CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O (ఎస్టర్: ఇథైల్ ఇథనోయేట్).
• కృత్యం 4.8: ఇథనాల్, గ్లేషియల్ ఎసిటిక్ ఆమ్లం, కొన్ని చుక్కల సాంద్ర H₂SO₄ ను నీటి తొట్టెలో ≥5 నిమిషాలు వేడిచేసి నీటిలో పోసి వాసన చూస్తే తీయని సువాసన.
• ఎస్టర్లు సాధారణంగా తీపి వాసన గల పదార్థాలు
• పరిమళ ద్రవ్యాలు, ఆహార రుచి కారకాల్లో వాడతారు.
• సాపోనిఫికేషన్ (Saponification): ఎస్టర్‌ను క్షారం అయిన సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌తో చర్య జరిపితే ఎస్టర్ తిరిగి ఆల్కహాల్, కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్ల సోడియం లవణంగా మారుతుంది: CH₃COOC₂H₅ + NaOH → C₂H₅OH + CH₃COONa. సబ్బు తయారీలో వాడతారు కాబట్టి ఈ పేరు. సబ్బులు పొడవైన గొలుసు కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాల సోడియం లేదా పొటాషియం లవణాలు.
• క్షారంతో చర్య:
  1. NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O (సోడియం ఇథనోయేట్ = సోడియం ఎసిటేట్ + నీరు)
  2. ఖనిజ ఆమ్లాల్లాగే.
• కార్బొనేట్లు, హైడ్రోజన్ కార్బొనేట్లతో చర్య (కృత్యం 4.9): లవణం, CO₂, నీరు ఏర్పడతాయి.
• 2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂.
• CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂.
• వెలువడే CO₂ ను తాజా సున్నపు నీటిలోకి పంపితే అది పాలలా మారుతుంది.
• ఆల్కహాల్, ఆమ్లం వేరుపరచడం:
  1. ప్రశ్న – NaHCO₃ వేసినప్పుడు బుసలు (CO₂) వస్తే అది ఆమ్లం (ఇథనోయిక్ ఆమ్లం)
  2. రాకపోతే ఆల్కహాల్. నీలి లిట్మస్ ఎరుపవుతే ఆమ్లం. భౌతిక తేడా: ఇథనాల్ ద్ర.స్థా 156 K, ఎసిటిక్ ఆమ్లం 290 K
  3. ఎసిటిక్ ఆమ్లానికి వెనిగర్ వంటి ఘాటు వాసన ఉంటుంది.

మురికి చాలావరకు జిడ్డు (oily) స్వభావం కలిగినది; నూనె నీటిలో కరగదు. సబ్బు ఈ మురికిని నీటిలోకి లాగి బట్టలను శుభ్రపరుస్తుంది.

• కృత్యం 4.10:
  1. రెండు పరీక్ష నాళికల్లో నీరు, ఒక చుక్క వంట నూనె
  2. B లో సబ్బు ద్రావణం చుక్కలు కలిపి గట్టిగా కుదిపితే – A లో నూనె త్వరగా వేరవుతుంది
  3. B లో నూనె నీటితో ఎమల్షన్‌గా ఉండి చాలా ఆలస్యంగా వేరవుతుంది.
• సబ్బు అణువు: పొడవైన గొలుసు కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లం యొక్క సోడియం/పొటాషియం లవణం. రెండు చివరలు వేర్వేరు ధర్మాలు:
• అయానిక్ చివర (శీర్షం) – నీటిని ఇష్టపడేది: హైడ్రోఫిలిక్ (hydrophilic).
• హైడ్రోకార్బన్ తోక – హైడ్రోకార్బన్లు/నూనెతో చర్య జరిపేది, నీటిని వద్దనేది: హైడ్రోఫోబిక్ (hydrophobic).
• నీటి ఉపరితలంపై: తోక నీటిలో కరగదు కాబట్టి సబ్బు అయానిక్ చివర నీటిలో ఉండి, తోక బయటకు చొచ్చుకుని ఉండేలా సర్దుకుంటుంది.
• నీటి లోపల – మైసెల్ (Micelle): అణువులు హైడ్రోకార్బన్ భాగాన్ని నీటికి దూరంగా ఉంచే విధంగా గుంపులుగా చేరతాయి: తోకలు గుంపు లోపలికి, అయానిక్ చివరలు బయటికి. ఇదే మైసెల్.
• శుభ్రం చేసే విధానం:
  1. జిడ్డు మురికి మైసెల్ మధ్యలో చేరుతుంది
  2. అయానిక్ ఉపరితలం నీటి వైపు ఉండటం వల్ల మురికి నీటిలో ఎమల్షన్‌గా లాగబడి సులభంగా కడుక్కుపోతుంది.
• మైసెల్ లక్షణాలు:
  1. అయాన్–అయాన్ వికర్షణ వల్ల అవి కలిసి అవక్షేపించవు, కొల్లాయిడ్‌గా ద్రావణంలో ఉంటాయి
  2. కాంతిని పరిక్షేపణం చేసేంత పెద్దవి కాబట్టి సబ్బు ద్రావణం మబ్బుగా కనిపిస్తుంది.
• ఇథనాల్ వంటి ద్రావణుల్లో మైసెల్ ఏర్పడదా? పాఠ్య ప్రశ్న: ఇథనాల్ ధ్రువ ద్రావణి అయినా హైడ్రోకార్బన్ తోకను కూడా కొంతవరకు కరిగించగలదు
• కాబట్టి సబ్బు అణువులు విడివిడిగా కరుగుతాయి, మైసెల్ ఏర్పడదు. హైడ్రోకార్బన్ ద్రావణిలో సబ్బు కరిగిస్తే ఉల్టా మైసెల్ (అయానిక్ చివరలు లోపల, తోకలు బయట) ఏర్పడుతుంది.
• ఆందోళన (agitation) ఎందుకు? బట్టలు బాదినప్పుడు, బ్రష్‌తో రుద్దినప్పుడు, వాషింగ్ మెషిన్‌లో తిప్పినప్పుడు మైసెల్ ద్వారా పట్టుకున్న మురికి బట్ట నుండి విడివడి నీటిలో కలుస్తుంది.

• కఠిన జలం (Hard water):
  1. కృత్యం 4.11: స్వేదన జలం/వర్షపు నీటిలో సబ్బు ద్రావణం కలిపి కుదిపితే ఎక్కువ నురుగు; కఠిన జలంలో (బోరు/చేతి పంపు) తక్కువ నురుగు, తెల్లని పెరుగులాంటి అవక్షేపం.
  2. కారణం: సబ్బు కాల్షియం, మెగ్నీషియం లవణాలతో చర్య జరిపి నీటిలో కరగని స్కమ్ (scum) ఏర్పరచడం. ఈ లవణాలే నీటి కాఠిన్యానికి కారణం; అందువల్ల ఎక్కువ సబ్బు కావాలి.
• డిటర్జెంట్లు (Detergents):
  1. సాధారణంగా సల్ఫోనిక్ ఆమ్లాల సోడియం లవణాలు లేదా క్లోరైడ్/బ్రోమైడ్ అయాన్లున్న అమ్మోనియం లవణాలు
  2. రెండింటికీ పొడవైన హైడ్రోకార్బన్ గొలుసు ఉంటుంది. వాటి ఆవేశిత చివరలు Ca, Mg అయాన్లతో కరగని అవక్షేపాలు ఏర్పరచవు కాబట్టి కఠిన జలంలోనూ పనిచేస్తాయి. షాంపూలు, బట్టలు శుభ్రం చేసే ఉత్పత్తులు తయారు చేయడానికి వాడతారు.
• సబ్బు, లిట్మస్:
  1. సబ్బు ద్రావణం ఎర్ర లిట్మస్‌ను నీలి రంగుగా మారుస్తుంది
  2. నీలి లిట్మస్‌లో మార్పు ఉండదు (క్షార స్వభావం – ప్రామాణిక వాస్తవం).
• గ్రూప్ కృత్యం (సబ్బు తయారీ): ఆముదం/పత్తి విత్తన/అవిసె/సోయా నూనె 20 mL కు 20% NaOH ద్రావణం 30 mL కలిపి మిశ్రమం చిక్కబడే వరకు కలియబెడుతూ వేడిచేసి, 5–10 g సాధారణ ఉప్పు కలిపి చల్లార్చితే సబ్బు ఏర్పడుతుంది.

కార్బన్, దాని సమ్మేళనాల అధ్యాయంలోని ముఖ్యాంశాలు, అభ్యాస ప్రశ్నల సరైన జవాబులు ఒకే చోట చేర్చిన పునశ్చరణ నోట్ ఇది.

• సారాంశం:
  1. కార్బన్ బహుముఖ మూలకం; జీవులన్నింటికీ, మనం వాడే చాలా వస్తువులకూ ఆధారం.
  2. సమ్మేళనాల వైవిధ్యానికి కారణం చతుస్సంయోజకత, శృంఖలన.
  3. సమయోజనీయ బంధం = రెండు పరమాణువులు ఎలక్ట్రాన్లు పంచుకుని బాహ్య కర్పరం పూర్తి చేసుకోవడం.
  4. కార్బన్ తనతో, హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్, సల్ఫర్, నైట్రోజన్, క్లోరిన్‌లతో బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది.
  5. కార్బన్ గొలుసులు సరళ, శాఖా, వలయ రూపాల్లో ఉంటాయి; ద్వి, త్రిబంధాలు కూడా ఉంటాయి.
  6. ఒకే క్రియాత్మక సమూహం, వేర్వేరు గొలుసు పొడవులతో సజాతీయ శ్రేణి ఏర్పడుతుంది.
  7. కార్బన్, దాని సమ్మేళనాలు ప్రధాన ఇంధన వనరులు.
  8. సబ్బులు, డిటర్జెంట్ల పనితీరుకు హైడ్రోఫోబిక్, హైడ్రోఫిలిక్ భాగాలే కారణం.
• అభ్యాస ప్రశ్నల జవాబులు:
  1. ఈథేన్ (C₂H₆)లో 7 సమయోజనీయ బంధాలు.
  2. బ్యూటనోన్ = 4 కార్బన్‌ల కీటోన్ సమూహ సమ్మేళనం.
  3. వంటపాత్ర అడుగు నల్లబడితే ఇంధనం పూర్తిగా మండటం లేదు.
  4. CH₃Cl: కార్బన్ 3 H లతో, 1 Cl తో ఒంటి బంధాలు పంచుకుని అన్నీ ఆక్టెట్/డ్యూయెట్ పొందుతాయి.
  5. ఎలక్ట్రాన్ చుక్కల నిర్మాణాలు: ఇథనోయిక్ ఆమ్లం, H₂S (S – 2 H ఒంటి బంధాలు), ప్రొపనోన్, F₂ (ఒంటి బంధం).
  6. ఇథనాల్ vs ఇథనోయిక్ ఆమ్లం: భౌతిక – ద్ర.స్థా 156 K / 290 K; రసాయన – ఆమ్లం NaHCO₃ తో CO₂ ఇస్తుంది, నీలి లిట్మస్‌ను ఎరుపు చేస్తుంది.
  7. ఇంధనాలుగా కార్బన్, సమ్మేళనాలు: మండినప్పుడు అధిక ఉష్ణం, కాంతి విడుదల.
  8. హైడ్రోజనీకరణ: అసంతృప్త సమ్మేళనానికి Ni/Pd ఉత్ప్రేరకంతో H₂ చేర్చడం; అనువర్తనం – వృక్ష నూనెల నుండి వనస్పతి తయారీ.
  9. సంకలన చర్య జరిపేవి (పాఠ్య ప్రశ్న 13): C₃H₆ (ఆల్కీన్), C₂H₂ (ఆల్కైన్) – C₂H₆, C₃H₈, CH₄ సంతృప్తాలు జరపవు.
  10. సంతృప్త–అసంతృప్త పరీక్ష (ప్రశ్న 14): అసంతృప్తాలు మసితో పసుపు మంట, సంతృప్తాలు శుభ్రమైన మంటతో మండుతాయి; అలాగే బ్రోమిన్ నీరు అసంతృప్తం వద్ద రంగు కోల్పోతుంది (ప్రామాణిక పరీక్ష).
  11. స్కమ్ ఏర్పాటు: సబ్బు + కఠిన జలంలోని Ca, Mg లవణాలు → కరగని స్కమ్.
• ప్రతిచర్య రకాలు:
  1. అసంతృప్త సమ్మేళనాల సాధారణ ప్రతిచర్య సంకలనం
  2. సంతృప్తాల సాధారణ చర్య ప్రతిస్థాపన (సూర్యకాంతి + Cl₂).