1. కార్బన్ రూపాంతరాలు – వజ్రం, గ్రాఫైట్, ఫుల్లరీన్ (Allotropes of Carbon)
ఒకే మూలకం వేర్వేరు భౌతిక రూపాల్లో ఉండటాన్ని రూపాంతరత (Allotropy) అంటారు. కార్బన్ అనేక రూపాంతరాలు కలిగి ఉంది. ఇవి పరీక్షల్లో ఎక్కువగా వచ్చే అంశం.
ముఖ్య విషయాలు
- వజ్రం (Diamond): ప్రకృతిలో అత్యంత కఠినమైన పదార్థం. విద్యుత్ వాహకం కాదు (ఎలక్ట్రాన్లు స్వేచ్ఛగా ఉండవు). ఆభరణాలు, గాజు కోసే పనిముట్లు, డ్రిల్ బిట్లలో వాడతారు. ప్రతి కార్బన్ పరమాణువు నాలుగు ఇతర పరమాణువులతో బంధిస్తుంది.
- గ్రాఫైట్ (Graphite):
- మెత్తగా, జారుడుగా ఉంటుంది
- విద్యుత్ వాహకం (అలోహాల్లో అరుదైన లక్షణం). పెన్సిల్ 'సీసం', విద్యుత్ ఎలక్ట్రోడ్లు, కందెన (Lubricant), అణు రియాక్టర్లలో మోడరేటర్గా వాడతారు.
- ఫుల్లరీన్ (Fullerene): C₆₀ – ఫుట్బాల్ ఆకారం. బక్మిన్స్టర్ ఫుల్లరీన్ అని కూడా అంటారు. కనుగొన్నవారు క్రోటో, స్మాలీ, కర్ల్ (1985).
- గ్రాఫీన్ (Graphene):
- గ్రాఫైట్ యొక్క ఒకే పొర
- అత్యంత పలుచని, బలమైన, వాహక పదార్థం.
- అస్ఫటిక రూపాలు (Amorphous): బొగ్గు (Coal), కోక్, చార్కోల్ (కట్టెబొగ్గు), మసి (Lamp black).
- కార్బన్ ప్రత్యేకత:
- చతుః సంయోజకత (Tetravalency): నాలుగు బంధాలు ఏర్పరుస్తుంది.
- శృంఖలనం (Catenation): కార్బన్ పరమాణువులు ఒకదానితో ఒకటి కలిసి పొడవైన గొలుసులు ఏర్పరుస్తాయి. అందుకే అసంఖ్యాక కార్బన్ సమ్మేళనాలు ఉన్నాయి.
2. హైడ్రోకార్బన్లు – ఆల్కేన్లు, ఆల్కీన్లు, ఆల్కైన్లు (Hydrocarbons)
కార్బన్, హైడ్రోజన్ అనే రెండు మూలకాలు మాత్రమే ఉన్న సమ్మేళనాలను హైడ్రోకార్బన్లు అంటారు. బంధాల రకాన్ని బట్టి ఇవి మూడు రకాలుగా ఉంటాయి.
ముఖ్య విషయాలు
- ఆల్కేన్లు (Alkanes):
- అన్ని బంధాలు ఏక బంధాలు (సంతృప్త)
- సాధారణ సూత్రం CₙH₂ₙ₊₂.
- మీథేన్ (CH₄), ఈథేన్ (C₂H₆), ప్రొపేన్ (C₃H₈), బ్యూటేన్ (C₄H₁₀).
- మీథేన్ను మార్ష్ గ్యాస్ అంటారు
- బయోగ్యాస్, సహజ వాయువు (CNG) లో ప్రధాన భాగం.
- ఆల్కీన్లు (Alkenes):
- ఒక ద్వి బంధం (C=C)
- సూత్రం CₙH₂ₙ. ఉదా: ఈథీన్ (ఇథిలీన్) – పండ్లు పక్వానికి రావడానికి వాడతారు, పాలిథీన్ తయారీకి ముడి పదార్థం.
- ఆల్కైన్లు (Alkynes):
- ఒక త్రి బంధం (C≡C)
- సూత్రం CₙH₂ₙ₋₂. ఉదా: ఈథైన్ (ఎసిటిలీన్) – వెల్డింగ్, గ్యాస్ కటింగ్లో వాడతారు.
- LPG: ప్రధానంగా బ్యూటేన్, ప్రొపేన్ మిశ్రమం. లీకేజీ గుర్తించడానికి ఇథైల్ మెర్కాప్టాన్ అనే వాసన పదార్థం కలుపుతారు.
- సంతృప్త, అసంతృప్త:
- ఏక బంధాలు మాత్రమే ఉంటే సంతృప్త
- ద్వి/త్రి బంధాలు ఉంటే అసంతృప్త సమ్మేళనాలు.
- దహనం: హైడ్రోకార్బన్ + ఆక్సిజన్ → CO₂ + నీరు + ఉష్ణం. ఆక్సిజన్ తక్కువైతే విషపూరిత కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO) వస్తుంది.
- ద్రవీభవన:
- హైడ్రోకార్బన్లు సాధారణంగా నీటిలో కరగవు
- ఉష్ణ వాహకాలు కావు.
3. క్రియాత్మక సమూహాలు, ఇథనాల్, ఎసిటిక్ ఆమ్లం (Functional Groups, Ethanol)
కార్బన్ సమ్మేళనంలో రసాయన లక్షణాలను నిర్ణయించే ప్రత్యేక పరమాణు సమూహాన్ని క్రియాత్మక సమూహం (Functional Group) అంటారు.
ముఖ్య విషయాలు
- క్రియాత్మక సమూహాలు:
- ఆల్కహాల్ (–OH): ఇథనాల్
- ఆల్డిహైడ్ (–CHO): ఫార్మాల్డిహైడ్
- కీటోన్ (>C=O): ఎసిటోన్
- కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లం (–COOH): ఎసిటిక్ ఆమ్లం
- ఇథనాల్ (C₂H₅OH): సాధారణ ఆల్కహాల్. చక్కెరల కిణ్వనం (Fermentation) ద్వారా ఈస్ట్ సహాయంతో తయారవుతుంది.
- ఉపయోగాలు: ఔషధాలు, ద్రావణి, పెట్రోల్లో కలిపే ఇంధనం (ఇథనాల్ బ్లెండింగ్).
- డీనేచర్డ్ ఆల్కహాల్: తాగకుండా ఉండటానికి మిథనాల్ వంటివి కలిపిన ఇథనాల్.
- మిథనాల్ (CH₃OH):
- విషపూరితం
- తాగితే అంధత్వం, మరణం కలగవచ్చు.
- ఎసిటిక్ ఆమ్లం (CH₃COOH): వెనిగర్లో ఉంటుంది (సుమారు 5–8%). శుద్ధ ఎసిటిక్ ఆమ్లం చల్లని వాతావరణంలో మంచులా గడ్డకడుతుంది – దీన్ని గ్లేషియల్ ఎసిటిక్ ఆమ్లం (Glacial Acetic Acid) అంటారు.
- ఎస్టర్లు (Esters):
- ఆమ్లం + ఆల్కహాల్ చర్యలో ఏర్పడతాయి
- తీపి వాసన కలిగి ఉంటాయి. సుగంధ ద్రవ్యాలు, ఐస్క్రీమ్ ఫ్లేవర్లలో వాడతారు.
- సబ్బు తయారీ: ఎస్టర్లను క్షారంతో చర్య జరిపిస్తే సబ్బు వస్తుంది – దీన్ని సాపోనిఫికేషన్ అంటారు.
4. పెట్రోలియం & దాని భాగాలు (Petroleum and Fractions)
భూమి లోపల లభించే ముడి చమురు (Crude Oil) అనేక హైడ్రోకార్బన్ల మిశ్రమం. దీన్ని 'ద్రవ బంగారం' (Black Gold) అంటారు. రిఫైనరీలో అంశిక స్వేదనం ద్వారా దీనిలోని భాగాలను వేరు చేస్తారు.
ముఖ్య విషయాలు
- అంశిక స్వేదనం (Fractional Distillation): మరుగు స్థానాల తేడా ఆధారంగా భాగాలుగా విడగొట్టడం.
- భాగాలు (తేలికైన నుండి భారమైన వాటికి):
- పెట్రోలియం వాయువు (LPG)
- పెట్రోల్ (గ్యాసోలిన్) – వాహన ఇంధనం
- నాఫ్తా – రసాయన పరిశ్రమలు
- కిరోసిన్ – దీపం, జెట్ విమాన ఇంధనం
- డీజిల్ – బస్సులు, లారీలు, రైళ్లు
- కందెన నూనె (Lubricating Oil)
- పారఫిన్ మైనం – కొవ్వొత్తులు, వాసెలిన్
- బిటుమెన్ (తారు) – రోడ్ల నిర్మాణం (చివరి భాగం)
- పెట్రోకెమికల్స్: పెట్రోలియం నుండి ప్లాస్టిక్లు, ఎరువులు, కృత్రిమ నారలు, డిటర్జెంట్లు తయారవుతాయి.
- ఆక్టేన్ సంఖ్య (Octane Number):
- పెట్రోల్ నాణ్యత కొలమానం
- ఎక్కువ ఉంటే 'నాకింగ్' తక్కువ. డీజిల్ నాణ్యతను సీటేన్ సంఖ్య సూచిస్తుంది.
- CNG (Compressed Natural Gas):
- ప్రధానంగా మీథేన్
- పెట్రోల్, డీజిల్ కంటే తక్కువ కాలుష్యం.
- కెలోరిఫిక్ విలువ: ఇంధనం యూనిట్ ద్రవ్యరాశి దహనంలో విడుదలయ్యే ఉష్ణం. హైడ్రోజన్ ఇంధనాలలో అత్యధిక కాలరిఫిక్ విలువ కలిగి ఉంటుంది.
5. పాలిమర్లు & ప్లాస్టిక్లు (Polymers and Plastics)
చిన్న అణువులు (మోనోమర్లు) వేల సంఖ్యలో కలిసి ఏర్పడిన పెద్ద అణువులను పాలిమర్లు అంటారు. 'పాలీ' అంటే అనేకం, 'మెర్' అంటే భాగం.
ముఖ్య విషయాలు
- సహజ పాలిమర్లు: పిండి పదార్థాలు (స్టార్చ్), సెల్యులోజ్, ప్రోటీన్లు, DNA, సహజ రబ్బరు.
- కృత్రిమ పాలిమర్లు: ప్లాస్టిక్లు, నైలాన్, పాలిస్టర్.
- థర్మోప్లాస్టిక్లు (Thermoplastics):
- వేడి చేస్తే మెత్తబడతాయి, చల్లారితే గట్టిపడతాయి
- మళ్లీ మళ్లీ ఆకారం మార్చవచ్చు.
- పాలిథీన్ (కవర్లు, సీసాలు), PVC (పైపులు, వైర్ కవచం), పాలిస్టైరిన్ (థర్మకోల్), PET (నీటి సీసాలు).
- టెఫ్లాన్ (PTFE): నాన్స్టిక్ పాత్రల పూత.
- థర్మోసెట్టింగ్ ప్లాస్టిక్లు (Thermosetting): ఒకసారి గట్టిపడితే మళ్లీ వేడి చేసినా మెత్తబడవు.
- బేకలైట్:
- మొదటి కృత్రిమ ప్లాస్టిక్ (బేక్లాండ్, 1907)
- స్విచ్లు, ప్లగ్గులు, పాత్రల హ్యాండిళ్లు.
- మెలమైన్: వంటగది సామాన్లు, అగ్ని నిరోధక పూతలు.
- సమస్యలు: ప్లాస్టిక్లు క్షీణించవు (Non-biodegradable) – పర్యావరణ కాలుష్యం. అందుకే వాడకం తగ్గించాలి, రీసైకిల్ చేయాలి.
- ప్లాస్టిక్ సంఖ్యలు: ఉత్పత్తులపై 1–7 సంఖ్యలతో ప్లాస్టిక్ రకాన్ని సూచిస్తారు.
6. కృత్రిమ నారలు & రబ్బరు (Synthetic Fibres and Rubber)
దుస్తుల కోసం వాడే నారలు సహజమైనవి, కృత్రిమమైనవి అని రెండు రకాలు. అలాగే రబ్బరు కూడా సహజ, కృత్రిమ రూపాల్లో లభిస్తుంది.
ముఖ్య విషయాలు
- సహజ నారలు: పత్తి (సెల్యులోజ్), ఉన్ని, పట్టు (ప్రోటీన్), జనపనార.
- కృత్రిమ నారలు:
- రేయాన్ (Rayon): సెల్యులోజ్ నుండి తయారయ్యే 'కృత్రిమ పట్టు'; అర్ధ-కృత్రిమ నార.
- నైలాన్ (Nylon): మొదటి పూర్తి కృత్రిమ నార (వాలెస్ కరోథర్స్, 1935). బలమైనది, తేలికైనది; పారాచూట్లు, తాళ్లు, బ్రష్ ముళ్లు, మేజోళ్ళు.
- పాలిస్టర్ (Terylene/Dacron): ముడతలు పడవు; దుస్తులు, PET సీసాలు.
- యాక్రిలిక్: ఉన్నిలా ఉంటుంది; స్వెటర్లు, దుప్పట్లు.
- సహజ రబ్బరు: రబ్బరు చెట్టు (హెవియా) నుండి వచ్చే పాల వంటి ద్రవం (లేటెక్స్) నుండి తయారవుతుంది. ఇది ఐసోప్రీన్ పాలిమర్. భారత్లో కేరళలో ఎక్కువగా సాగు.
- వల్కనీకరణ (Vulcanisation):
- రబ్బరును సల్ఫర్తో వేడి చేస్తే బలంగా, సాగే గుణం ఎక్కువగా మారుతుంది
- చార్లెస్ గుడ్ఇయర్ కనుగొన్నారు.
- కృత్రిమ రబ్బరు:
- నియోప్రీన్, బ్యూనా-S
- టైర్లు, పైపులు.
- పరీక్షించే విధానం:
- నైలాన్, పాలిస్టర్ మండితే కరుగుతాయి
- పత్తి కాగితంలా మండుతుంది
- ఉన్ని, పట్టు వెంట్రుక కాలిన వాసన ఇస్తాయి.