कार्बन और उसके यौगिक (Carbon and Its Compounds)

• हीरा: प्रत्येक कार्बन परमाणु एक कठोर त्रि-आयामी टेट्राहेड्रल जाली में चार पड़ोसी कार्बन परमाणुओं के साथ चार मजबूत सहसंयोजक एकल बंधन बनाने के लिए अपने सभी चार वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है। क्योंकि विद्युत आवेश ले जाने के लिए कोई स्वतंत्र या डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन नहीं बचा है, हीरा एक पूर्ण विद्युत इन्सुलेटर है।
• ग्रेफाइट: प्रत्येक कार्बन परमाणु एक सपाट हेक्सागोनल प्लेनर परत में केवल तीन अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ बंधता है। चौथा वैलेंस इलेक्ट्रॉन हेक्सागोनल विमानों में मुक्त और डेलोकलाइज्ड रहता है। एक लागू विद्युत वोल्टेज के तहत, ये मोबाइल डेलोकलाइज्ड इलेक्ट्रॉन आसानी से परतों में बह जाते हैं, जिससे ग्रेफाइट एक उत्कृष्ट विद्युत कंडक्टर बन जाता है।

• एक बंद, बिना हवादार कमरे में, जलता हुआ कोयला तेजी से उपलब्ध ऑक्सीजन का उपभोग करता है।
• जैसे ही ऑक्सीजन का स्तर गिरता है, कोयला अधूरे दहन के तहत जलता है, जिससे बड़ी मात्रा में कार्बन मोनोऑक्साइड गैस ($\text{CO}$) उत्पन्न होती है:

$$2\text{C} + \text{O}_2\text{ (limited)} \to 2\text{CO}$$

• कार्बन मोनोऑक्साइड एक रंगहीन, गंधहीन, गैर-परेशान करने वाला " मौन है किलर".
• जब साँस ली जाती है, तो $\text{CO}$ रक्त के हीमोग्लोबिन से $250$ ऑक्सीजन से अधिक मजबूती से जुड़ जाता है, जिससे कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन नामक एक स्थिर, गैर-विघटनकारी कॉम्प्लेक्स बनता है।
• यह रक्त को मस्तिष्क और शरीर के ऊतकों तक महत्वपूर्ण ऑक्सीजन के परिवहन से रोकता है, जिससे दर्द रहित उनींदापन, गहरी कोमा और घातक श्वासावरोध होता है। नींद.

• चरण 1 (दूधिया रंग में बदलना):
जब $\text{CO}_2$ को पहली बार साफ चूने के पानी ($\text{Ca(OH)}_2$) में डाला जाता है, तो कैल्शियम कार्बोनेट ($\text{CaCO}_3$) का एक अघुलनशील सफेद अवक्षेप बनता है, जो घोल को दूधिया रंग में बदल देता है:

$$\mathbf{\text{Ca(OH)}_2\text{ (aq)} + \text{CO}_2\text{ (g)} \to \text{CaCO}_3 \downarrow \text{ (white ppt)} + \text{H}_2\text{O (l)}}$$

• चरण 2 (अतिरिक्त के साथ दूधियापन का विघटन) $\text{CO}_2$):
जब $\text{CO}_2$ को लंबे समय तक लगातार बुलबुला किया जाता है, तो दूधिया अवक्षेप आगे प्रतिक्रिया करता है और पूरी तरह से घुल जाता है, जिससे घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट ($\text{Ca(HCO}_3)_2$) बनता है, एक क्रिस्टल-स्पष्ट समाधान बहाल होता है:

$$\mathbf{\text{CaCO}_3\text{ (s)} + \text{H}_2\text{O (l)} + \text{CO}_2\text{ (g)} \to \text{Ca(HCO}_3)_2\text{ (aq) [clear, soluble]}}$$

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• कैटेनेशन: कार्बन परमाणुओं की एक दूसरे के साथ मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाने की अनूठी संपत्ति, लंबी निरंतर श्रृंखलाओं, शाखाओं वाले नेटवर्क और मनमाने आकार के बंद रिंगों में जुड़ना।
• टेट्रावैलेंसी: विशेषता कार्बन की संयोजन क्षमता ($Z = 6$, विन्यास $2, 4$) जिसमें चार वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसे एक स्थिर ऑक्टेट कॉन्फ़िगरेशन प्राप्त करने के लिए अन्य परमाणुओं के साथ चार सहसंयोजक बंधन बनाने की आवश्यकता होती है।

• प्रयोगशाला तैयारी: संगमरमर के चिप्स (कैल्शियम कार्बोनेट) पर पतला हाइड्रोक्लोरिक एसिड की क्रिया द्वारा:

$$\mathbf{\text{CaCO}_3\text{ (s)} + 2\text{HCl (aq)} \to \text{CaCl}_2\text{ (aq)} + \text{H}_2\text{O (l)} + \text{CO}_2\text{ (g)} \uparrow}$$

• पतला सल्फ्यूरिक एसिड ($\text{H}_2\text{SO}_4$) क्यों नहीं?
पतला $\text{H}_2\text{SO}_4$ शुरू में संगमरमर के चिप्स के साथ प्रतिक्रिया करके अघुलनशील कैल्शियम सल्फेट बनाता है ($\text{CaSO}_4$):

$$\text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{CaSO}_4 \downarrow + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow$$

अघुलनशील $\text{CaSO}_4$ संगमरमर के चिप्स की सतह पर एक अभेद्य परत बनाता है, जो आगे एसिड संपर्क को अवरुद्ध करता है और प्रतिक्रिया को तुरंत समाप्त कर देता है!

1. गैर-ज्वलनशील और गैर-समर्थक: कार्बन डाइऑक्साइड पूरी तरह से गैर-दहनशील है और जैविक ईंधन के दहन का समर्थन नहीं करता है।
   2। हवा से भारी: $\text{CO}_2$ का वाष्प घनत्व $22$ है (वायुमंडलीय वायु से लगभग $1.5$ गुना अधिक सघन)। जब आग पर छोड़ा जाता है, तो यह डूब जाता है और जलते हुए ईंधन के ऊपर एक भारी दमघोंटू कंबल बना देता है, जिससे ऑक्सीजन विस्थापित हो जाती है और दहन वायु की लौ खत्म हो जाती है।

• फुलरीन: 1985 में खोजे गए कार्बन परमाणुओं के गोलाकार, खोखले पिंजरे जैसे समूहों से युक्त शुद्ध कार्बन का एक तीसरा क्रिस्टलीय अपरूप।
• बकमिनस्टरफुलरीन ($C_{60}$):
बिल्कुल से बने खोखले गोलाकार पिंजरे से बना है $60$ कार्बन परमाणु एक सॉकर बॉल (जियोडेसिक गुंबद) की तरह व्यवस्थित होते हैं।
सतह में $20$ नियमित हेक्सागोन्स और $12$ नियमित पेंटागन एक साथ जुड़े हुए होते हैं। इसका नाम वास्तुकार बकमिंस्टर फुलर के नाम पर रखा गया है।

• ग्रीनहाउस प्रभाव: प्राकृतिक वार्मिंग प्रक्रिया जहां सौर शॉर्टवेव दृश्यमान प्रकाश पृथ्वी की सतह को गर्म करने के लिए वायुमंडल में प्रवेश करता है, लेकिन पुन: विकिरणित **लॉन्गवेव अवरक्त थर्मल विकिरण को कुछ वायुमंडलीय गैसों द्वारा अवशोषित और फंसाया जाता है, जिससे ग्रह रहने योग्य रहता है।
• ग्लोबल वार्मिंग: जीवाश्म ईंधन के दहन से अत्यधिक उत्सर्जन ग्रीनहाउस गैस सांद्रता को बढ़ाता है, अत्यधिक थर्मल ऊर्जा को फंसाता है और वैश्विक औसत तापमान को बढ़ाता है।
• दो प्रमुख ग्रीनहाउस गैसें:
1. कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$)
2. मीथेन ($\text{CH}_4$) (जलवाष्प और नाइट्रस ऑक्साइड भी)।