माध्यम चुनें / Select Medium:

Eng (English) Beng (বাংলা) Hindi (हिन्दी)

WBB • कक्षा XII • Chemistry • अध्याय 6

अनुमानित समय: 45 Mins

प्रगति: अध्ययनरत

बहुलक (पॉलिमर्स)

बहुलक (Polymers) उच्च आण्विक द्रव्यमान (10^3 से 10^7 u) वाले वे वृहदाकार अणु (मैक्रोमोलेक्यूल्स) हैं, जिनका निर्माण सरल संरचनात्मक इकाइयों, जिन्हें एकलक (Monomers) कहा जाता है, के सहसंयोजक आबंधों द्वारा बारंबार जुड़ने से होता है। बहुलकीकरण की यह प्रक्रिया संश्लेषित पदार्थों और आधुनिक औद्योगिक रसायन विज्ञान के बीच एक मजबूत सेतु का कार्य करती है। बहुलकों की विविधता उनकी विभिन्न संरचनात्मक आकृतियों से उत्पन्न होती है, जिनमें उच्च घनत्व पॉलीथीन जैसी रैखिक श्रृंखलाएं, निम्न घनत्व पॉलीथीन जैसी शाखित संरचनाएं, तथा बैकेलाइट व मेलैमीन जैसी त्रिविम तिर्यक-बद्ध (क्रॉस-लिंक्ड) जालक्रम संरचनाएं सम्मिलित हैं। बहुलक संश्लेषण मुख्य रूप से दो मूलभूत क्रियाविधियों द्वारा संपन्न होता है: योगात्मक (श्रृंखला-वृद्धि) बहुलकन, जो मुक्त मूलकों, कार्बधनायनों, कार्बऋणायनों या ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक के माध्यम से आगे बढ़ता है; तथा संघनन (पद-वृद्धि) बहुलकन, जिसमें जल या मेथेनॉल जैसे छोटे अणुओं के निष्कासन के साथ बहुक्रियाशील एकलक परस्पर जुड़ते हैं। बहुलकों के भौतिक व यांत्रिक गुण उनके अंतराण्विक बलों पर निर्भर करते हैं, जिनके आधार पर इन्हें प्रत्यास्थलक (इलास्टोमर), रेशे (फाइबर), तापसुघट्य (थर्मोप्लास्टिक) तथा तापदृढ़ (थर्मोसेटिंग) में वर्गीकृत किया जाता है। प्राकृतिक रबर (सिस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन) को सल्फर वल्कनीकरण द्वारा उच्च प्रत्यास्थता और सामर्थ्य प्रदान किया जाता है। अजैव-निम्नीकरणीय प्लास्टिक से उत्पन्न पर्यावरणीय संकट के समाधान हेतु PHBV तथा नायलॉन-2-नायलॉन-6 जैसे जैव-निम्नीकरणीय बहुलकों का विकास किया गया है। यह अध्याय पश्चिम बंगाल उच्च माध्यमिक शिक्षा परिषद (WBCHSE) कक्षा 12 रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के पूर्ण संरेखण में तैयार किया गया है।

अध्याय CBT ऑनलाइन टेस्ट दें सभी अध्याय देखें

प्रस्तावना अध्याय अवधारणाएँ सूत्र एवं अभिक्रियाएँ हल उदाहरण सामान्य गलतियाँ अध्याय सारांश स्व-मूल्यांकन अभ्यास टेस्ट दें

यह अध्याय क्यों महत्वपूर्ण है

बहुलक आधुनिक औद्योगिक सभ्यता, जैव-प्रौद्योगिकी, अंतरिक्ष विज्ञान, चिकित्सा उपकरण निर्माण तथा इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग की आधारशिला हैं। निम्न घनत्व पॉलीथीन (LDPE) और उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDPE) के संरचनात्मक अंतर को समझकर वैज्ञानिक लचीली पैकेजिंग से लेकर अत्यंत मजबूत औद्योगिक पाइपों तक विभिन्न उत्पाद तैयार करते हैं। नोबेल पुरस्कार विजेता ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक (TiCl4 + triethylaluminum) की खोज ने सामान्य ताप व दाब पर रैखिक और उच्च गलनांक वाले पॉलीओलिफिन के निर्माण में क्रांति ला दी। पदार्थ विज्ञान में तापदृढ़ बैकेलाइट का नियंत्रित क्रॉस-लिंकिंग यह प्रदर्शित करता है कि कैसे अपरिवर्तनीय सहसंयोजक जालक्रम विद्युत कुचालकता और उत्कृष्ट ऊष्मारोधी गुण प्रदान करते हैं। चार्ल्स गुडइयर द्वारा रबर का सल्फर वल्कनीकरण पूरे वैश्विक ऑटोमोबाइल टायर उद्योग की रीढ़ है, जो रबर की श्रृंखलाओं को स्थायी फिसलन से रोकता है। औषध उद्योग में PHBV जैसे जैव-निम्नीकरणीय पॉलिएस्टर का उपयोग घुलनशील सर्जिकल टांकों और नियंत्रित औषध विमोचन कैप्सूल में किया जाता है, जो शरीर में हानिरहित जैविक पदार्थों में विघटित हो जाते हैं। WBCHSE बोर्ड परीक्षा में यह अध्याय स्पष्ट क्रियाविधियों, एकलक पहचान तथा आण्विक द्रव्यमान गणनाओं के लिए अत्यंत व्यवस्थित और सर्वाधिक अंकदायी अध्यायों में से एक है।

अध्याय रूपरेखा एवं प्रगति

1 Module 1: बहुलकों का वर्गीकरण — स्र...

2 Module 2: योगात्मक बहुलकन की क्रिया...

3 Module 3: महत्वपूर्ण औद्योगिक योगात...

4 Module 4: संघनन (पद-वृद्धि) बहुलक —...

5 Module 5: प्राकृतिक व संश्लेषित रबर...

6 Module 6: जैव-निम्नीकरणीय बहुलक एवं...

सम्पूर्ण सैद्धांतिक एवं वैचारिक अध्ययन

Module 1: बहुलकों का वर्गीकरण — स्रोत, संरचना, संश्लेषण विधि एवं आण्विक बल

1. बहुलक की परिभाषा एवं मूलभूत शब्दावली

बहुलक (ग्रीक शब्द Poly = अनेक तथा Meros = भाग/इकाई) उच्च आण्विक द्रव्यमान (10³ से 10⁷ u) वाले वे वृहदाकार यौगिक हैं, जो सैकड़ों अथवा हजारों पुनरावृत्त संरचनात्मक इकाइयों के सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़ने से बनते हैं। इन सरल प्रारंभिक इकाइयों को एकलक (Monomers) कहा जाता है, तथा एकलकों के बहुलक में परिवर्तित होने की रासायनिक प्रक्रिया को बहुलकीकरण (Polymerization) कहते हैं।

किसी बहुलक अणु में उपस्थित पुनरावृत्त एकलक इकाइयों की कुल संख्या को बहुलकन की कोटि (Degree of Polymerization - DP) कहा जाता है। महत्वपूर्ण संकल्पना: सभी बहुलक वृहदअणु (Macromolecules) होते हैं, परंतु सभी वृहदअणु बहुलक नहीं होते। उदाहरण के लिए, क्लोरोफिल तथा हीमोग्लोबिन वृहदअणु हैं, परंतु इनमें पुनरावृत्त एकलक इकाइयां नहीं होतीं, अतः ये बहुलक नहीं हैं।

2. बहुलकों का चतुर्विध व्यवस्थित वर्गीकरण (WBCHSE Board Framework)

WBCHSE पाठ्यक्रम के अनुसार बहुलकों को चार प्राथमिक आधारों पर वर्गीकृत किया गया है:

A. स्रोत या उत्पत्ति के आधार पर (Based on Source/Origin):

प्राकृतिक बहुलक (Natural Polymers): जो सीधे प्रकृति में पेड़-पौधों व जंतुओं से प्राप्त होते हैं। उदाहरण: सेलुलोस, स्टार्च, प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल, प्राकृतिक रबर (सिस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन)।
अर्ध-संश्लेषित बहुलक (Semi-Synthetic Polymers): प्राकृतिक बहुलकों के भौतिक या यांत्रिक गुणों में रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा सुधार करके तैयार किए जाते हैं। उदाहरण: सेलुलोस डाइऐसीटेट (रेयॉन / कृत्रिम रेशम), सेलुलोस नाइट्रेट (गन कॉटन), वल्कनीकृत रबर।
संश्लेषित बहुलक (Synthetic Polymers): जो प्रयोगशाला या उद्योगों में पेट्रोरसायनों से पूर्णतः संश्लेषित किए जाते हैं। उदाहरण: पॉलीथीन, नायलॉन 6,6, डेक्रॉन, बैकेलाइट, ब्यूना-S।

B. संरचना के आधार पर (Based on Structure of Polymers):

रैखिक बहुलक (Linear Polymers): इनमें एकलक इकाइयां सीधी और लंबी श्रृंखलाओं में जुड़ी होती हैं। ये श्रृंखलाएं एक-दूसरे के निकट व्यवस्थित होकर सघन संकुलन (close packing) बनाती हैं, जिससे इनका घनत्व, गलनांक तथा तन्यता सामर्थ्य (tensile strength) उच्च होता है। उदाहरण: उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDPE), नायलॉन 6,6, PVC, पॉलिएस्टर।
शाखित श्रृंखला बहुलक (Branched Chain Polymers): इनमें मुख्य रैखिक श्रृंखला पर विभिन्न लंबाई की पार्श्व शाखाएं निकली होती हैं। शाखाओं की उपस्थिति के कारण श्रृंखलाएं परस्पर सघन संकुलित नहीं हो पातीं, जिससे इनका घनत्व तथा गलनांक निम्न होता है। उदाहरण: निम्न घनत्व पॉलीथीन (LDPE), ग्लाइकोजन, ऐमिलोपेक्टिन।
तिर्यक-बद्ध या जालक्रम बहुलक (Cross-linked / Network Polymers): ये सामान्यतः द्वि-क्रियात्मक या त्रि-क्रियात्मक एकलकों से बनते हैं, जिनमें विभिन्न रैखिक श्रृंखलाओं के मध्य प्रबल सहसंयोजक बंधों का त्रिविम जाल (3D Network) बन जाता है। ये अत्यधिक कठोर, भंगुर तथा गर्म करने पर अप्रतिवर्ती रूप से जम जाते हैं। उदाहरण: बैकेलाइट, मेलैमीन-फॉर्मैल्डिहाइड रेजिन, वल्कनीकृत रबर।

C. बहुलकन की विधि के आधार पर (Based on Mode of Polymerization):

योगात्मक या श्रृंखला-वृद्धि बहुलक (Addition / Chain-Growth): असंतृप्त एकलकों (द्विबंध या त्रिबंध युक्त) के बिना किसी लघु अणु के निष्कासन के बारंबार जुड़ने से बनते हैं। बहुलक का मूलानुपाती सूत्र एकलक के समान ही रहता है। उदाहरण: पॉलीथीन, पॉलीप्रोपाइलीन, टेफ्लॉन, PVC।
संघनन या पद-वृद्धि बहुलक (Condensation / Step-Growth): दो भिन्न द्वि-क्रियात्मक या बहु-क्रियात्मक एकलकों की पुनरावृत्त संघनन अभिक्रिया से बनते हैं, जिसमें जल (H₂O), अमोनिया (NH₃), मेथेनॉल (CH₃OH) या HCl जैसे छोटे अणुओं का निष्कासन होता है। उदाहरण: नायलॉन 6,6, टेरिलीन, ग्लिप्टल, बैकेलाइट।

D. आण्विक बलों के आधार पर (Based on Molecular Forces):

बहुलकों के यांत्रिक गुण (तन्यता, प्रत्यास्थता, कठोरता) अंतराण्विक आकर्षण बलों की प्रकृति और तीव्रता पर निर्भर करते हैं:

वर्ग	आण्विक बल की प्रकृति	प्रमुख विशेषताएं	उदाहरण
1. प्रत्यास्थलक (Elastomers)	दुर्बलतम वान्डर वाल्स बल (Weakest van der Waals)	खींचने पर तन जाते हैं और बल हटाने पर मूल आकार ग्रहण कर लेते हैं; कुछ तिर्यक-बंध उपस्थित होते हैं।	प्राकृतिक रबर, ब्यूना-S, ब्यूना-N, निओप्रीन
2. रेशे (Fibres)	प्रबलतम अंतराण्विक बल (H-आबंध या द्विध्रुव-द्विध्रुव)	उच्च तन्यता सामर्थ्य, उच्च मापांक (modulus), धागे बनाने योग्य, उच्च क्रिस्टलीयता।	नायलॉन 6,6, डेक्रॉन (टेरिलीन), सिल्क
3. तापसुघट्य (Thermoplastics)	मध्यवर्ती बल (इलास्टोमर से अधिक, रेशों से कम)	गर्म करने पर मुलायम तथा ठंडा करने पर कठोर होते हैं; बारंबार पिघलाकर सांचों में ढाले जा सकते हैं (पुनर्चक्रणीय)।	पॉलीथीन, पॉलीस्टाइरीन, PVC, टेफ्लॉन
4. तापदृढ़ (Thermosetting)	व्यापक त्रिविम सहसंयोजक क्रॉस-लिंक्स	गर्म करने पर अपरिवर्तनीय रासायनिक क्रॉस-लिंकिंग द्वारा स्थायी कठोर हो जाते हैं; दोबारा नहीं पिघलते (गैर-पुनर्चक्रणीय)।	बैकेलाइट, मेलैमीन, यूरिया-फॉर्मैल्डिहाइड रेजिन

अंतराण्विक बलों का बढ़ता क्रम (Board Question):
प्रत्यास्थलक (Elastomers) < तापसुघट्य बहुलक (Thermoplastics) < रेशे (Fibres)
उदाहरण: प्राकृतिक रबर < पॉलीथीन < नायलॉन 6,6।

Module 2: योगात्मक बहुलकन की क्रियाविधि — मुक्त मूलक, आयनिक एवं ज़ीग्लर-नाटा समन्वय

1. मुक्त मूलक योगात्मक बहुलकन की क्रियाविधि (Free Radical Addition Polymerization)

ऐल्कीनों अथवा डाइईनों का योगात्मक बहुलकन सामान्यतः मुक्त मूलक उत्पादक प्रारम्भकों जैसे बेंजॉयल परॉक्साइड (C₆H₅COO)₂, ऐसीटिल परॉक्साइड या टर्शियरी-ब्यूटिल परॉक्साइड की उपस्थिति में प्रकाश अथवा ऊष्मा द्वारा संपन्न होता है। यह प्रक्रम तीन स्पष्ट पदों में पूर्ण होता है:

पद 1: श्रृंखला प्रारम्भन पद (Chain Initiation Step):

बेंजॉयल परॉक्साइड समअपघटनी विदलन (homolytic fission) द्वारा फेनिल मुक्त मूलक उत्पन्न करता है, जो एथीन के द्विबंध पर आक्रमण कर एक नया बड़ा मुक्त मूलक बनाता है:

    C6H5-CO-O-O-CO-C6H5 → 2 C6H5-COO• → 2 C6H5• + 2 CO2 ↑

    C6H5• + CH2=CH2 → C6H5-CH2-CH2•

पद 2: श्रृंखला संचरण पद (Chain Propagation Step):

निर्मित प्राथमिक मूलक एथीन के अन्य अणुओं पर क्रमिक रूप से आक्रमण करता है, जिससे तीव्र गति से श्रृंखला की लंबाई बढ़ती जाती है:

    C6H5-CH2-CH2• + CH2=CH2 → C6H5-CH2-CH2-CH2-CH2•

    ... n CH2=CH2 → C6H5-(CH2-CH2)n-CH2-CH2•

पद 3: श्रृंखला समापन पद (Chain Termination Step):

बढ़ती हुई श्रृंखलाएं दो प्रमुख विधियों द्वारा मुक्त मूलक को नष्ट कर स्थिर बहुलक अणु बनाती हैं:

(a) संयुग्मन / युग्मन द्वारा (By Combination / Coupling): दो बढ़ती हुई मुक्त मूलक श्रृंखलाएं परस्पर जुड़ जाती हैं:
2 R-(CH₂-CH₂)_n-CH₂-CH₂^• → R-(CH₂-CH₂)_n-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-(CH₂-CH₂)_n-R
(b) असमानुपातन द्वारा (By Disproportionation): एक श्रृंखला से हाइड्रोजन परमाणु का दूसरी श्रृंखला पर स्थानांतरण होता है, जिससे एक संतृप्त तथा एक असंतृप्त बहुलक अणु बनता है।

2. आयनिक बहुलकन (Ionic Polymerization)

आयनिक बहुलकन में मध्यवर्ती स्पीशीज कार्बधनायन या कार्बऋणायन होती है:

धनायनिक बहुलकन (Cationic Polymerization): यह लूइस अम्लों (जैसे BF₃, AlCl₃, H₂SO₄) द्वारा प्रेरित होता है। यह उन एकलकों के लिए उपयुक्त है जिनमें इलेक्ट्रॉन-दाता समूह (EDG, जैसे -CH₃, -OCH₃) उपस्थित हों, जो मध्यवर्ती कार्बधनायन को स्थायित्व प्रदान करते हैं (उदाहरण: आइसोब्यूटिलीन से पॉलीआइसोब्यूटिलीन का निर्माण)।
ऋणायनिक बहुलकन (Anionic Polymerization): यह प्रबल क्षारकों (जैसे NaNH₂, n-BuLi) द्वारा प्रेरित होता है। यह उन एकलकों के लिए अनुकूल है जिनमें इलेक्ट्रॉन-आकर्षी समूह (EWG, जैसे -CN, -NO₂, -COOR) जुड़े हों, जो मध्यवर्ती कार्बऋणायन को स्थिर करते हैं (उदाहरण: ऐक्रिलोनाइट्राइल से PAN का निर्माण)।

3. ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक एवं समन्वय बहुलकन (Ziegler-Natta Coordination Polymerization)

कार्ल ज़ीग्लर तथा जूलियो नाटा ने टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड और ट्राइऐथिलऐलुमिनियम के मिश्रण [TiCl₄ + Al(C₂H₅)₃] की खोज की, जिसे ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक कहते हैं।

ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक के क्रांतिकारी लाभ (WBCHSE High Yield):

मृदु परिस्थितियां (Mild Conditions): एथीन का बहुलकन केवल 333–343 K ताप तथा 6–7 वायुमंडलीय दाब पर ही संपन्न हो जाता है।
अशाखित रैखिक बहुलक: कोई मुक्त मूलक शाखन नहीं होता, जिससे शुद्ध रैखिक उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDPE) प्राप्त होती है।
त्रिविम-विशिष्टता (Stereospecificity): प्रोपीन जैसे असममित ऐल्कीनों के बहुलकन पर आइसोटैक्टिक (Isotactic) बहुलक बनते हैं, जिनमें सभी पार्श्व समूह त्रिविम में एक ही ओर विन्यासित होते हैं।

Module 3: महत्वपूर्ण औद्योगिक योगात्मक बहुलक — LDPE, HDPE, टेफ्लॉन, PAN एवं सहबहुलक

1. निम्न घनत्व पॉलीथीन (LDPE) बनाम उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDPE) का विस्तृत तुलनात्मक अध्ययन

पॉलीथीन एथीन (CH₂=CH₂) का योगात्मक बहुलक है। निर्माण की परिस्थितियों एवं उत्प्रेरक के आधार पर यह दो पूर्णतः भिन्न रूपों में बनता है:

तुलनात्मक गुण	निम्न घनत्व पॉलीथीन (LDPE)	उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDPE)
1. निर्माण की परिस्थितियां	उच्च दाब (1000–2000 atm) तथा 350–570 K ताप	निम्न दाब (6–7 atm) तथा 333–343 K ताप
2. प्रयुक्त उत्प्रेरक	डाइऑक्सीजन (0.03–0.1%) या परॉक्साइड प्रारम्भक	ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक [TiCl₄ + Al(C₂H₅)₃]
3. बहुलक संरचना	अत्यधिक शाखित श्रृंखलाएं (खुला संकुलन)	रैखिक श्रृंखलाएं (अत्यंत सघन व नियमित संकुलन)
4. घनत्व व गलनांक	कम घनत्व (0.91–0.93 g/cm³), गलनांक ~384 K	उच्च घनत्व (0.96–0.97 g/cm³), गलनांक ~403 K
5. यांत्रिक गुण	नरम, लचीला, पारभासी, तन्यता सामर्थ्य कम	कठोर, दृढ़, उच्च तन्यता सामर्थ्य, उत्कृष्ट रासायनिक रोधी
6. औद्योगिक उपयोग	निचोड़ने योग्य बोतलें (squeeze bottles), खिलौने, लचीली थैलियां, विद्युत केबलों का आवरण	बाल्टियां, डस्टबिन, पानी के पाइप, बोतलें, औद्योगिक कंटेनर

2. अन्य प्रमुख योगात्मक बहुलक (Structure, Monomer & Applications)

A. टेफ्लॉन (PTFE - Polytetrafluoroethene):

एकलक: टेट्राफ्लुओरोएथीन (CF₂=CF₂)।
समीकरण: n CF₂=CF₂ → [-CF₂-CF₂-]_n (परसल्फेट उत्प्रेरक, उच्च दाब)।
गुण: रासायनिक रूप से पूर्णतः अक्रिय, अम्लों, क्षारों व प्रबल ऑक्सीकारकों से अप्रभावित, उच्च ऊष्मीय स्थायित्व।
उपयोग: नॉन-स्टिक बर्तनों की कोटिंग, तेल सील, गास्केट तथा रासायनिक संक्षारण-रोधी पाइप बनाने में।

B. पॉलीऐक्रिलोनाइट्राइल (PAN / ऑरलॉन / एक्रीलन):

एकलक: ऐक्रिलोनाइट्राइल या विनाइल साइनाइड (CH₂=CH-CN)।
समीकरण: n CH₂=CH-CN → [-CH₂-CH(CN)-]_n (परॉक्साइड उत्प्रेरक)।
गुण: ऊन के समान रेशेदार, धूप व कीट-रोधी।
उपयोग: व्यावसायिक ऊन के विकल्प के रूप में स्वेटर, शॉल, कंबल तथा कालीन बनाने में।

C. पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC):

एकलक: विनाइल क्लोराइड (CH₂=CH-Cl)।
समीकरण: n CH₂=CH-Cl → [-CH₂-CH(Cl)-]_n。
उपयोग: रेनकोट, हैंडबैग, विनाइल फ्लोरिंग, पानी के पाइप तथा बिजली के तारों के इंसुलेशन में।

3. समबहुलक (Homopolymers) बनाम सहबहुलक (Copolymers)

समबहुलक (Homopolymer): केवल एक ही प्रकार की एकलक इकाइयों के बहुलकन से बनने वाले बहुलक। उदाहरण: पॉलीथीन (केवल एथीन), टेफ्लॉन (केवल CF₂=CF₂), PVC, नायलॉन 6।
सहबहुलक (Copolymer): दो या दो से अधिक भिन्न प्रकार के एकलकों के परस्पर बहुलकन से बनने वाले बहुलक। उदाहरण: ब्यूना-S (1,3-ब्यूटाडाईन + स्टाइरीन), ब्यूना-N (1,3-ब्यूटाडाईन + ऐक्रिलोनाइट्राइल), नायलॉन 6,6, डेक्रॉन।

Module 4: संघनन (पद-वृद्धि) बहुलक — पॉलीऐमाइड, पॉलिएस्टर, फीनॉल-फॉर्मैल्डिहाइड एवं मेलैमीन

1. पॉलीऐमाइड्स (Polyamides): नायलॉन 6,6 एवं नायलॉन 6

पॉलीऐमाइड्स वे संघनन बहुलक हैं जिनकी मुख्य श्रृंखला में ऐमाइड आबंध (-CO-NH-) की पुनरावृत्ति होती है। इन्हें सामान्यतः नायलॉन कहा जाता है:

A. नायलॉन 6,6 (Nylon 6,6):

एकलक: हेक्सामेथिलीनडाइऐमीन [H₂N-(CH₂)₆-NH₂] तथा ऐडिपिक अम्ल [HOOC-(CH₂)₄-COOH]।
समीकरण:
n H₂N-(CH₂)₆-NH₂ + n HOOC-(CH₂)₄-COOH → [-NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₄-CO-]_n + 2n H₂O
परिस्थितियां: उच्च दाब तथा 553 K ताप।
नामकरण का कारण: '6,6' यह दर्शाता है कि इसके दोनों एकलकों (डाइऐमीन तथा डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल) में 6-6 कार्बन परमाणु उपस्थित हैं।
गुण व उपयोग: उच्च तन्यता सामर्थ्य (प्रबल अंतराण्विक H-आबंध के कारण)। उपयोग: पैराशूट, रस्सियां, टूथब्रश के ब्रिसल, वस्त्र निर्माण।

B. नायलॉन 6 (Nylon 6):

एकलक: ε-कैप्रोलैक्टम (7-सदस्यीय चक्रीय ऐमाइड)।
समीकरण: ε-कैप्रोलैक्टम को जल के साथ 533–543 K पर गर्म करने पर वलय खुल जाती है और नायलॉन 6 बनता है:
n (Caprolactam) → [-NH-(CH₂)₅-CO-]_n
उपयोग: टायर कॉर्ड, वस्त्र, पर्वतारोहण रस्सियां।

2. पॉलिएस्टर (Polyesters): टेरिलीन (डेक्रॉन) एवं ग्लिप्टल

डाइकार्बोक्सिलिक अम्लों तथा डाइऑलों के संघनन से एस्टर आबंध (-COO-) युक्त पॉलिएस्टर बनते हैं:

A. टेरिलीन या डेक्रॉन (Terylene / Dacron):

एकलक: एथिलीन ग्लाइकॉल (HO-CH₂-CH₂-OH) तथा टेरेफ्थैलिक अम्ल (1,4-बेंजीनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल)।
समीकरण:
n HO-CH₂-CH₂-OH + n p-HOOC-C₆H₄-COOH → [-O-CH₂-CH₂-O-CO-C₆H₄-CO-]_n + 2n H₂O
उत्प्रेरक: जिंक ऐसीटेट - ऐंटिमनी ट्राइऑक्साइड, ताप 420–460 K।
गुण व उपयोग: सिलवट-रोधी (crease-resistant), कीड़ों व नमी से अप्रभावित। उपयोग: सूती रेशों के साथ टेरीकॉट तथा ऊन के साथ टेरीवूल वस्त्र, सेफ्टी बेल्ट।

B. ग्लिप्टल (Glyptal / Alkyd Resin):

एकलक: एथिलीन ग्लाइकॉल तथा थैलिक अम्ल (1,2-बेंजीनडाइकार्बोक्सिलिक अम्ल)।
उपयोग: पेंट, लैकर तथा वार्निश निर्माण में।

3. फीनॉल-फॉर्मैल्डिहाइड रेजिन (बैकेलाइट एवं नोवोलैक)

फीनॉल और फॉर्मैल्डिहाइड (HCHO) की अम्ल (H⁺) या क्षार (OH^-) उत्प्रेरक की उपस्थिति में संघनन अभिक्रिया द्वारा यह प्राप्त होता है:

प्रारंभिक उत्पाद: ऑर्थो- तथा पैरा-हाइड्रॉक्सीमेथिलफीनॉल व्युत्पन्न बनते हैं।
नोवोलैक (Novolac): o-हाइड्रॉक्सीमेथिलफीनॉल अणुओं के रैखिक संघनन से बनने वाला रैखिक बहुलक नोवोलैक कहलाता है। इसका उपयोग पेंटों में किया जाता है।
बैकेलाइट (Bakelite): जब नोवोलैक को अतिरिक्त फॉर्मैल्डिहाइड के साथ गर्म किया जाता है, तो व्यापक तिर्यक-बंधन (Cross-linking) होकर एक कठोर, अगलनीय त्रिविम जालक्रम बहुलक बनता है, जिसे बैकेलाइट कहते हैं।
बैकेलाइट के गुण व उपयोग: उत्कृष्ट विद्युत कुचालक तथा ऊष्मारोधी। उपयोग: बिजली के स्विच, प्लग, कंघी, फोन बॉडी तथा बर्तनों के हत्थे (handles) बनाने में।

4. मेलैमीन-फॉर्मैल्डिहाइड रेजिन (Melamine-Formaldehyde Resin)

एकलक: मेलैमीन (2,4,6-ट्राइऐमीनो-1,3,5-ट्राइएज़ीन) तथा फॉर्मैल्डिहाइड (HCHO)।
इनके संघनन से एक रेजिन मध्यवर्ती बनता है, जो आगे बहुलकीकृत होकर अटूट क्रॉकरी (unbreakable crockery, कप, प्लेट) बनाने के काम आता है।

Module 5: प्राकृतिक व संश्लेषित रबर एवं वल्कनीकरण — संरचना, गुणधर्म एवं रासायनिक समीकरण

1. प्राकृतिक रबर की रासायनिक संरचना (Structure of Natural Rubber)

प्राकृतिक रबर रबर के वृक्ष (Hevea brasiliensis) से प्राप्त लेटेक्स (Latex) से प्राप्त किया जाता है। रासायनिक दृष्टि से प्राकृतिक रबर सिस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन (cis-1,4-polyisoprene) का रैखिक बहुलक है।

एकलक: आइसोप्रीन (2-मेथिलब्यूटा-1,3-डाईन / CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂)।
सिस-विन्यास (cis-isomerism): प्रत्येक द्विबंध पर दोनों -CH₂- समूह एक ही ओर (cis स्थिति) में उपस्थित होते हैं। इस सिस-ज्यामिति के कारण श्रृंखलाएं प्रभावी रूप से संकुलित नहीं हो पातीं और कुंडलित स्प्रिंग के समान रहती हैं, जो दुर्बल वान्डर वाल्स बलों द्वारा बंधी होती हैं। इसी कारण प्राकृतिक रबर में उच्च प्रत्यास्थता (elasticity) होती है।
गुट्टा-परचा (Gutta-percha): यह आइसोप्रीन का ट्रांस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन समावयवी है। ट्रांस-संरचना में श्रृंखलाएं सघन रूप से संकुलित हो जाती हैं, जिसके कारण गुट्टा-परचा कठोर, दृढ़ तथा गैर-प्रत्यास्थ होता है।

2. रबर का वल्कनीकरण (Vulcanization of Rubber)

कच्चा प्राकृतिक रबर उच्च ताप (>335 K) पर नरम व चिपचिपा तथा निम्न ताप (<283 K) पर भंगुर हो जाता है, जल अवशोषित करता है तथा कार्बनिक विलायकों में घुल जाता है। इन कमियों को दूर करने के लिए चार्ल्स गुडइयर (1839) ने वल्कनीकरण (Vulcanization) का आविष्कार किया।

वल्कनीकरण की प्रक्रिया एवं क्रियाविधि:

कच्चे रबर को 3–5% तात्विक सल्फर तथा जिंक ऑक्साइड (ZnO) उत्प्रेरक के साथ 373–415 K ताप पर गर्म किया जाता है। सल्फर परमाणु पॉलीआइसोप्रीन श्रृंखलाओं की द्विबंध वाली सक्रिय ऐलिलिक स्थितियों (allylic positions) पर क्रिया करके श्रृंखलाओं के मध्य डाइसल्फाइड (-S-S-) सेतु बंध (Cross-links) स्थापित कर देते हैं।

वल्कनीकरण के प्रभाव:

रबर की तन्यता सामर्थ्य, प्रत्यास्थता एवं घर्षण प्रतिरोध में अत्यधिक वृद्धि होती है।
यह व्यापक ताप परिसर (273–373 K) में अपनी प्रत्यास्थता बनाए रखता है।
यह कार्बनिक विलायकों में अघुलनशील हो जाता है तथा जल अवशोषण नगण्य हो जाता है।
टायर रबर: लगभग 5% सल्फर युक्त होता है; जबकि कठोर रबर (एबोनाइट) में 30% तक सल्फर मिलाया जाता है।

3. प्रमुख संश्लेषित रबर (Synthetic Rubbers)

संश्लेषित रबर	एकलक घटक	रासायनिक संरचना सूत्र	प्रमुख उपयोग
1. निओप्रीन (Neoprene)	क्लोरोप्रीन (2-क्लोरोब्यूटा-1,3-डाईन)	[-CH₂-C(Cl)=CH-CH₂-]_n	कन्वेयर बेल्ट, गास्केट, पेट्रोल ले जाने वाले लचीले पाइप
2. ब्यूना-S (Buna-S / SBR)	75% 1,3-ब्यूटाडाईन + 25% स्टाइरीन (सोडियम उत्प्रेरक)	[-CH₂-CH=CH-CH₂-CH(C₆H₅)-CH₂-]_n	ऑटोमोबाइल टायर, जूतों के तलवे, केबल इंसुलेशन
3. ब्यूना-N (Buna-N / NBR)	1,3-ब्यूटाडाईन + ऐक्रिलोनाइट्राइल	[-CH₂-CH=CH-CH₂-CH(CN)-CH₂-]_n	तेल सील, टैंक लाइनिंग, स्नेहक प्रतिरोधी पाइप

Module 6: जैव-निम्नीकरणीय बहुलक एवं आण्विक द्रव्यमान — PHBV, औसत द्रव्यमान (Mn, Mw) एवं PDI

1. अजैव-निम्नीकरणीय प्लास्टिक एवं पर्यावरणीय संकट

पारंपरिक योगात्मक बहुलक जैसे पॉलीथीन, PVC तथा पॉलीस्टाइरीन केवल मजबूत कार्बन-कार्बन (C-C) सहसंयोजक बंधों से बने होते हैं। पर्यावरण में उपस्थित जीवाणुओं या उनके एन्जाइमों के पास इन अक्रिय C-C बंधों को तोड़ने की क्षमता नहीं होती, जिसके कारण ये सैकड़ों वर्षों तक अपघटित नहीं होते और मृदा प्रदूषण, जलीय परितंत्र के विनाश तथा माइक्रोप्लास्टिक संकट का कारण बनते हैं।

2. जैव-निम्नीकरणीय बहुलक (Biodegradable Polymers)

वे बहुलक जो पर्यावरण में मृदा जीवाणुओं द्वारा प्राकृतिक एंजाइमी जल-अपघटन से हानिरहित उप-उत्पादों (जल, CO₂, प्राकृतिक बायोमास) में विघटित हो जाते हैं, उन्हें जैव-निम्नीकरणीय बहुलक कहते हैं। इनमें मुख्य श्रृंखला में एस्टर या ऐमाइड क्रियात्मक समूह उपस्थित होते हैं:

A. PHBV (पॉली-β-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट-co-β-हाइड्रॉक्सीवैलेरेट):

प्रकृति: जैव-निम्नीकरणीय एलिफैटिक पॉलिएस्टर सहबहुलक।
एकलक: 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटैनोइक अम्ल [CH₃-CH(OH)-CH₂-COOH] तथा 3-हाइड्रॉक्सीपेन्टेनॉइक अम्ल [CH₃-CH₂-CH(OH)-CH₂-COOH]।
समीकरण:
[-O-CH(CH₃)-CH₂-CO-O-CH(CH₂CH₃)-CH₂-CO-]_n
महत्व: 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटैनोइक अम्ल खंड बहुलक को कठोरता प्रदान करता है, जबकि 3-हाइड्रॉक्सीपेन्टेनॉइक अम्ल खंड लचीलापन देता है।
उपयोग: आर्थोपेडिक उपकरणों, नियंत्रित औषध विमोचन कैप्सूल (capsule coatings) तथा विशेष पैकेजिंग में।

B. नायलॉन-2-नायलॉन-6 (Nylon-2-Nylon-6):

प्रकृति: जैव-निम्नीकरणीय पॉलीऐमाइड सहबहुलक।
एकलक: ग्लाइसिन [H₂N-CH₂-COOH] तथा ε-ऐमीनोकैप्रोइक अम्ल [H₂N-(CH₂)₅-COOH]।
समीकरण: [-NH-CH₂-CO-NH-(CH₂)₅-CO-]_n + 2n H₂O
उपयोग: घुलनशील सर्जिकल धागे (sutures) बनाने में।

3. बहुलकों का आण्विक द्रव्यमान एवं बहुपरिक्षेपण सूचकांक (PDI)

बहुलकन के दौरान सभी श्रृंखलाओं की लंबाई एक समान नहीं बढ़ती, इसलिए किसी बहुलक प्रतिदर्श में भिन्न-भिन्न आण्विक द्रव्यमान वाली श्रृंखलाएं होती हैं। अतः बहुलकों के आण्विक द्रव्यमान को हमेशा सांख्यिकीय औसत के रूप में व्यक्त किया जाता है:

A. संख्या-औसत आण्विक द्रव्यमान (Number-Average Molecular Mass, ¯M_n):

यह प्रतिदर्श में उपस्थित कुल अणुओं के द्रव्यमान तथा कुल अणुओं की संख्या का अनुपात होता है:
¯M_n = ∑(N_i × M_i) / ∑N_i
मापन विधि: यह अणुओं की संख्या पर निर्भर करता है, अतः इसका मापन अणुसंख्य गुणधर्मों (Colligative properties) विशेषकर परासरण दाब (Osmotic pressure) विधि द्वारा किया जाता है।

B. भार-औसत आण्विक द्रव्यमान (Weight-Average Molecular Mass, ¯M_w):

यह प्रत्येक अंश के द्रव्यमान भाग पर आधारित औसत होता है:
¯M_w = ∑(N_i × M_i²) / ∑(N_i × M_i)
मापन विधि: इसका निर्धारण प्रकाश प्रकीर्णन (Light scattering) तथा परा-अपकेंद्रण (Ultracentrifugation / Sedimentation) विधियों द्वारा किया जाता है।

C. बहुपरिक्षेपण सूचकांक (Polydispersity Index - PDI):
भार-औसत आण्विक द्रव्यमान तथा संख्या-औसत आण्विक द्रव्यमान के अनुपात को PDI कहते हैं:
PDI = ¯M_w / ¯M_n

प्राकृतिक बहुलकों हेतु (मोनोडिस्पर्स): प्राकृतिक प्रोटीन और DNA में सभी अणु समान आण्विक द्रव्यमान के होते हैं, अतः ¯M_w = ¯M_n, इसलिए PDI = 1 होता है।
संश्लेषित बहुलकों हेतु (पॉलीडिस्पर्स): श्रृंखलाओं की लंबाई भिन्न होने के कारण हमेशा ¯M_w > ¯M_n होता है, अतः PDI > 1 होता है। PDI का मान 1 से जितना अधिक होगा, प्रतिदर्श में आण्विक द्रव्यमानों का फैलाव उतना ही अधिक होगा।

महत्वपूर्ण रासायनिक सूत्र, अभिक्रियाएँ एवं समीकरण

संख्या-औसत आण्विक द्रव्यमान सूत्र

$$ar{M}_n = rac{\sum N_i M_i}{\sum N_i}$$

यह प्रतिदर्श के कुल द्रव्यमान को कुल अणुओं की संख्या से भाग देने पर प्राप्त होता है। इसका मापन परासरण दाब जैसे अणुसंख्य गुणधर्मों द्वारा किया जाता है।

भार-औसत आण्विक द्रव्यमान सूत्र

$$ar{M}_w = rac{\sum N_i M_i^2}{\sum N_i M_i} = rac{\sum m_i M_i}{\sum m_i}$$

यह अणुओं के द्रव्यमान अंश पर आधारित औसत है। इसका मापन प्रकाश प्रकीर्णन तथा परा-अपकेंद्रण विधियों द्वारा किया जाता है।

बहुपरिक्षेपण सूचकांक संबंध

$$ext{PDI} = rac{ar{M}_w}{ar{M}_n} \ge 1$$

प्राकृतिक मोनोडिस्पर्स जैव-बहुलकों (प्रोटीन, DNA) हेतु PDI = 1 होता है, जबकि संश्लेषित बहुलकों के लिए श्रृंखला लंबाई असमान होने के कारण PDI > 1 होता है।

बहुलकन की कोटि संबंध

$$ext{DP} = rac{ar{M}_n}{M_0}$$

बहुलकन की कोटि (DP) किसी बहुलक श्रृंखला में उपस्थित पुनरावृत्त एकलक इकाइयों की संख्या को दर्शाती है, जहाँ M_0 एकलक इकाई का आण्विक द्रव्यमान है।

ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक समन्वय संघटन

$$ext{Catalyst} = ext{TiCl}_4 + ext{Al(C}_2 ext{H}_5)_3$$

टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड और ट्राइऐथिलऐलुमिनियम का यह मिश्रण 333-343 K और 6-7 atm पर बिना किसी मुक्त मूलक शाखन के रैखिक HDPE का निर्माण करता है।

प्राकृतिक रबर संरचना संबंध

$$ext{Monomer} = ext{CH}_2= ext{C(CH}_3)- ext{CH}= ext{CH}_2 \;\Longrightarrow\; [- ext{CH}_2- ext{C(CH}_3)= ext{CH}- ext{CH}_2-]_n \; ( ext{all-} extit{cis})$$

प्राकृतिक रबर सिस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन है जिसमें दुर्बल वान्डर वाल्स बल होते हैं। सल्फर वल्कनीकरण द्वारा ऐलिलिक कार्बन पर -S-S- सेतु बंध बनते हैं।

अवधारणात्मक हल उदाहरण एवं अनुप्रयोग (Solved Examples)

उदाहरण 1

(a) प्राकृतिक रबर के एकलक का नाम तथा IUPAC नाम लिखिए। (b) योगात्मक एवं संघनन बहुलकन में कोई एक प्रमुख अंतर लिखिए।

विस्तृत समाधान / उत्तर:

(a) प्राकृतिक रबर का एकलक:
सामान्य नाम: आइसोप्रीन
IUPAC नाम: 2-मेथिलब्यूटा-1,3-डाईन [2-Methylbuta-1,3-diene]
संरचना सूत्र: CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂

(b) योगात्मक बनाम संघनन बहुलकन में मुख्य अंतर:
योगात्मक बहुलकन में असंतृप्त एकलक बिना किसी छोटे अणु के निष्कासन के बारंबार जुड़ते हैं, अतः बहुलक और एकलक का मूलानुपाती सूत्र समान होता है (उदा. पॉलीथीन)।
संघनन बहुलकन में बहुक्रियाशील एकलक परस्पर जुड़ते हैं और जल (H₂O), अमोनिया या मेथेनॉल जैसे छोटे अणुओं का निष्कासन होता है (उदा. नायलॉन 6,6)।

उदाहरण 2

(a) ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक का रासायनिक संघटन क्या है? (b) ज़ीग्लर-नाटा विधि द्वारा निर्मित पॉलीथीन (HDPE) का घनत्व एवं गलनांक LDPE की तुलना में उच्च क्यों होता है? (c) इसका एक प्रमुख उपयोग लिखिए।

विस्तृत समाधान / उत्तर:

(a) ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक का संघटन:
यह टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड तथा ट्राइऐथिलऐलुमिनियम का समन्वय संकुल मिश्रण है:
TiCl₄ + Al(C₂H₅)₃

(b) उच्च घनत्व एवं गलनांक का कारण:
ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक एथीन का समन्वय बहुलकन करता है, जिससे पूरी तरह से अशाखित रैखिक बहुलक श्रृंखलाएं बनती हैं। ये सीधी श्रृंखलाएं क्रिस्टलीय जाल में एक-दूसरे के अत्यधिक निकट आकर अत्यंत सघन संकुलन (close packing) बनाती हैं। सघन संकुलन के कारण अंतराण्विक वान्डर वाल्स आकर्षण बल प्रबल हो जाते हैं, जिससे HDPE का घनत्व (0.96-0.97 g/cm³) और गलनांक (~403 K) अत्यधिक शाखित LDPE की तुलना में काफी उच्च होता है।

(c) प्रमुख उपयोग:
कठोर बाल्टियां, डस्टबिन, औद्योगिक संक्षारण-रोधी पाइप तथा रासायनिक भंडारण बोतलें बनाने में।

उदाहरण 3

एक बहुलक प्रतिदर्श में तीन भिन्न आण्विक द्रव्यमान अंश उपस्थित हैं: - 100 अणुओं का आण्विक द्रव्यमान 10,000 u है - 200 अणुओं का आण्विक द्रव्यमान 20,000 u है - 100 अणुओं का आण्विक द्रव्यमान 30,000 u है प्रतिदर्श के लिए (i) संख्या-औसत आण्विक द्रव्यमान (ar{M}_n), (ii) भार-औसत आण्विक द्रव्यमान (ar{M}_w), तथा (iii) बहुपरिक्षेपण सूचकांक (PDI) की गणना कीजिए।

विस्तृत समाधान / उत्तर:

चरण 1: संख्या-औसत आण्विक द्रव्यमान (ar{M}_n) की गणना:
सूत्र: ar{M}_n = rac{\sum N_i M_i}{\sum N_i}
\sum N_i M_i = (100 imes 10,000) + (200 imes 20,000) + (100 imes 30,000)
            = 1,000,000 + 4,000,000 + 3,000,000 = 8,000,000 u
\sum N_i = 100 + 200 + 100 = 400
ar{M}_n = rac{8,000,000}{400} = 20,000 u

चरण 2: भार-औसत आण्विक द्रव्यमान (ar{M}_w) की गणना:
सूत्र: ar{M}_w = rac{\sum N_i M_i^2}{\sum N_i M_i}
\sum N_i M_i^2 = [100 imes (10,000)^2] + [200 imes (20,000)^2] + [100 imes (30,000)^2]
            = (100 imes 10^8) + (200 imes 4 imes 10^8) + (100 imes 9 imes 10^8)
            = 10^{10} + 8 imes 10^{10} + 9 imes 10^{10} = 18 imes 10^{10} u^2
ar{M}_w = rac{18 imes 10^{10}}{8 imes 10^6} = rac{180,000}{8} = 22,500 u

चरण 3: बहुपरिक्षेपण सूचकांक (PDI) की गणना:
PDI = rac{ar{M}_w}{ar{M}_n} = rac{22,500}{20,000} = 1.125
निष्कर्ष: चूंकि PDI > 1 (1.125), अतः यह एक विषमपरिक्षेपित (polydisperse) संश्लेषित बहुलक प्रतिदर्श है।

उदाहरण 4

(a) तापसुघट्य (Thermoplastic) तथा तापदृढ़ (Thermosetting) बहुलकों में चार प्रमुख अंतर लिखिए। (b) कच्चे रबर के वल्कनीकरण की प्रक्रिया समझाइए। वल्कनीकरण से रबर के भौतिक गुणों में क्या परिवर्तन आते हैं?

विस्तृत समाधान / उत्तर:

(a) तापसुघट्य बनाम तापदृढ़ बहुलकों में अंतर:

गुण	तापसुघट्य बहुलक	तापदृढ़ बहुलक
1. ऊष्मा का प्रभाव	गर्म करने पर मुलायम तथा ठंडा करने पर कठोर हो जाते हैं।	गर्म करने पर अपरिवर्तनीय रूप से कठोर हो जाते हैं; दोबारा नहीं पिघलते।
2. संरचना	रैखिक या अल्प-शाखित बहुलक श्रृंखलाएं।	त्रिविम तिर्यक-बद्ध (3D cross-linked) जालक्रम संरचना।
3. पुनर्चक्रण	इन्हें बार-बार पिघलाकर सांचों में ढाला जा सकता है (पुनर्चक्रणीय)।	इन्हें दोबारा नहीं ढाला जा सकता (गैर-पुनर्चक्रणीय)।
4. उदाहरण	पॉलीथीन, PVC, पॉलीस्टाइरीन, टेफ्लॉन।	बैकेलाइट, मेलैमीन-फॉर्मैल्डिहाइड रेजिन।

(b) रबर का वल्कनीकरण:
कच्चे प्राकृतिक रबर को 3–5% तात्विक सल्फर तथा ZnO की उपस्थिति में 373–415 K ताप पर गर्म किया जाता है। सल्फर परमाणु पॉलीआइसोप्रीन की द्विबंध युक्त सक्रिय ऐलिलिक स्थितियों पर रासायनिक अभिक्रिया करके श्रृंखलाओं के मध्य डाइसल्फाइड (-S-S-) तिर्यक-बंध बना देते हैं।
गुणों में सुधार:
- रबर की तन्यता सामर्थ्य तथा प्रत्यास्थता में भारी वृद्धि होती है।
- यह उच्च ताप पर चिपचिपा और निम्न ताप पर भंगुर नहीं होता (तापमान सीमा 273-373 K तक स्थिर)।
- कार्बनिक विलायकों के प्रति अघुलनशील हो जाता है और जल अवशोषण क्षमता घट जाती है।

उदाहरण 5

(a) नायलॉन 6,6 के निर्माण का रासायनिक समीकरण दीजिए। इसे '6,6' नाम क्यों दिया गया है? (b) PHBV क्या है? इसके एकलकों के नाम व संरचना लिखिए तथा इसके जैव-निम्नीकरणीय होने का कारण स्पष्ट कीजिए।

विस्तृत समाधान / उत्तर:

(a) नायलॉन 6,6 का निर्माण:
हेक्सामेथिलीनडाइऐमीन तथा ऐडिपिक अम्ल को 553 K ताप पर उच्च दाब में गर्म करने पर जल के निष्कासन के साथ नायलॉन 6,6 बनता है:
n H₂N-(CH₂)₆-NH₂ + n HOOC-(CH₂)₄-COOH → [-NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₄-CO-]_n + 2n H₂O
नामकरण का कारण: नायलॉन के पश्चात '6,6' यह प्रदर्शित करता है कि इसके दोनों एकलक घटकों—डाइऐमीन (हेक्सामेथिलीनडाइऐमीन) तथा डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल (ऐडिपिक अम्ल)—प्रत्येक में 6-6 कार्बन परमाणु उपस्थित हैं।

(b) PHBV (Poly-β-hydroxybutyrate-co-β-hydroxyvalerate):
यह एक जैव-निम्नीकरणीय एलिफैटिक पॉलिएस्टर सहबहुलक है।
एकलक:
1. 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटैनोइक अम्ल: CH₃-CH(OH)-CH₂-COOH
2. 3-हाइड्रॉक्सीपेन्टेनॉइक अम्ल: CH₃-CH₂-CH(OH)-CH₂-COOH
जैव-निम्नीकरणीय होने का कारण: PHBV की मुख्य बहुलक श्रृंखला में एस्टर आबंध (-COO-) उपस्थित होते हैं। पर्यावरण में मृदा में उपस्थित जीवाणु अपने एस्टरेज़ (esterase) एन्जाइमों द्वारा इन एस्टर आबंधों का आसानी से जल-अपघटन कर देते हैं, जिससे बहुलक पर्यावरण में हानिरहित प्राकृतिक उत्पादों (CO₂, H₂O) में टूट जाता है।

उदाहरण 6

(a) बेंजॉयल परॉक्साइड की उपस्थिति में एथीन के मुक्त मूलक योगात्मक बहुलकन की विस्तृत क्रियाविधि (प्रारम्भन, संचरण एवं समापन पद) लिखिए। [3 अंक] (b) निम्नलिखित बहुलकों में से प्रत्येक के एकलक का नाम तथा एक प्रमुख उपयोग लिखिए: [2 अंक] (i) निओप्रीन, (ii) टेरिलीन (डेक्रॉन), (iii) बैकेलाइट, (iv) मेलैमीन-फॉर्मैल्डिहाइड रेजिन।

विस्तृत समाधान / उत्तर:

(a) एथीन के मुक्त मूलक बहुलकन की क्रियाविधि:

1. श्रृंखला प्रारम्भन पद (Chain Initiation Step):
बेंजॉयल परॉक्साइड का समअपघटनी विदलन होने पर फेनिल मुक्त मूलक बनता है, जो एथीन से जुड़कर नया बड़ा मुक्त मूलक उत्पन्न करता है:
(C₆H₅COO)₂ → 2 C₆H₅COO^• → 2 C₆H₅^• + 2 CO₂ ↑
C₆H₅^• + CH₂=CH₂ → C₆H₅-CH₂-CH₂^•

2. श्रृंखला संचरण पद (Chain Propagation Step):
निर्मित मूलक क्रमिक रूप से अन्य एथीन अणुओं पर आक्रमण कर श्रृंखला का विस्तार करता है:
C₆H₅-CH₂-CH₂^• + CH₂=CH₂ → C₆H₅-(CH₂-CH₂)-CH₂-CH₂^•
... n CH₂=CH₂ → C₆H₅-(CH₂-CH₂)_n-CH₂-CH₂^•

3. श्रृंखला समापन पद (Chain Termination Step):
दो बढ़ती हुई मुक्त मूलक श्रृंखलाएं आपस में युग्मित होकर स्थिर पॉलीथीन अणु बनाती हैं:
2 C₆H₅-(CH₂-CH₂)_n-CH₂-CH₂^• → C₆H₅-(CH₂-CH₂)_n-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-(CH₂-CH₂)_n-C₆H₅

(b) बहुलकों के एकलक एवं उपयोग:

बहुलक	एकलक	प्रमुख उपयोग
(i) निओप्रीन	क्लोरोप्रीन (2-क्लोरोब्यूटा-1,3-डाईन)	कन्वेयर बेल्ट, गास्केट, तेल प्रतिरोधी पाइप।
(ii) टेरिलीन (डेक्रॉन)	एथिलीन ग्लाइकॉल + टेरेफ्थैलिक अम्ल	सिलवट-रोधी वस्त्र (टेरीकॉट, टेरीवूल), सेफ्टी बेल्ट।
(iii) बैकेलाइट	फीनॉल + फॉर्मैल्डिहाइड	बिजली के स्विच, प्लग, बर्तनों के हत्थे (हैंडल)।
(iv) मेलैमीन रेजिन	मेलैमीन + फॉर्मैल्डिहाइड	अटूट क्रॉकरी (unbreakable crockery, कप व प्लेट)।

सामान्य गलतियाँ एवं परीक्षक के जाल (Examiner Traps)

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

प्राकृतिक रबर और गुट्टा-परचा को एक ही पदार्थ या सामान्य समावयवी समझ लेना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

प्राकृतिक रबर सिस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन है, जिसमें कुंडलित श्रृंखलाओं के कारण उच्च प्रत्यास्थता होती है। इसके विपरीत गुट्टा-परचा ट्रांस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन है, जिसकी नियमित श्रृंखलाएं सघन क्रिस्टलीय संकुलन बनाती हैं, जिससे यह कठोर, दृढ़ व अप्रत्यास्थ होता है।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

LDPE और HDPE के निर्माण की परिस्थितियों तथा उत्प्रेरकों को आपस में मिला देना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

LDPE का निर्माण अत्यधिक उच्च दाब (1000-2000 atm) तथा परॉक्साइड प्रारम्भक द्वारा मुक्त मूलक बहुलकन से होता है, जिससे शाखित संरचना बनती है। HDPE का निर्माण निम्न दाब (6-7 atm) पर ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक [TiCl4 + Al(C2H5)3] द्वारा समन्वय क्रियाविधि से होता है, जिससे अशाखित रैखिक श्रृंखलाएं बनती हैं।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

नायलॉन 6 और नायलॉन 6,6 के एकलकों तथा बहुलकन के प्रकार में भ्रमित होना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

नायलॉन 6 केवल एक एकलक ε-कैप्रोलैक्टम (7-सदस्यीय चक्रीय रिंग) के वलय-विपाटन बहुलकन से बनने वाला समबहुलक है। नायलॉन 6,6 दो भिन्न एकलकों (हेक्सामेथिलीनडाइऐमीन तथा ऐडिपिक अम्ल) के संघनन से बनने वाला सहबहुलक है, जिसमें जल के अणु निष्कासित होते हैं।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

तापसुघट्य (Thermoplastic) और तापदृढ़ (Thermosetting) बहुलकों के पुनर्चक्रण में गलती करना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

तापसुघट्य बहुलकों (पॉलीथीन, PVC, पॉलीस्टाइरीन) में कोई रासायनिक क्रॉस-लिंक्स नहीं होते, अतः इन्हें गर्म करके बार-बार पिघलाया और पुनर्चक्रित किया जा सकता है। तापदृढ़ बहुलकों (बैकेलाइट, मेलैमीन) में गर्म करने पर व्यापक सहसंयोजक त्रिविम क्रॉस-लिंकिंग हो जाती है, अतः ये दोबारा नहीं पिघलते और पुनर्चक्रित नहीं किए जा सकते।

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

Mn और Mw के प्रायोगिक मापन की विधियों में भ्रमित होना।

सही वैज्ञानिक तथ्य

संख्या-औसत आण्विक द्रव्यमान (Mn) अणुओं की संख्या पर निर्भर करता है, अतः इसे अणुसंख्य गुणधर्मों (विशेषतः परासरण दाब) से मापा जाता है। भार-औसत आण्विक द्रव्यमान (Mw) अणुओं के आकार व द्रव्यमान पर निर्भर करता है, अतः इसे प्रकाश प्रकीर्णन (Light scattering) तथा परा-अपकेंद्रण (Ultracentrifugation) विधियों से मापा जाता है।

चित्रात्मक व्याख्या एवं मॉडल

अध्याय का सार संक्षेप एवं 10 मुख्य निष्कर्ष

मुख्य बिंदु 1

बहुलक उच्च आण्विक द्रव्यमान (10^3 से 10^7 u) वाले वृहदअणु हैं, जो एकलक इकाइयों के सहसंयोजक आबंधों द्वारा बारंबार जुड़ने से बनते हैं।

मुख्य बिंदु 2

आण्विक बलों के आधार पर बहुलकों की प्रबलता का बढ़ता क्रम है: प्रत्यास्थलक (इलास्टोमर) < तापसुघट्य (थर्मोप्लास्टिक) < रेशे (फाइबर)।

मुख्य बिंदु 3

ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक [TiCl4 + Al(C2H5)3] के उपयोग से 333-343 K और 6-7 atm पर रैखिक, अशाखित उच्च घनत्व पॉलीथीन (HDPE) प्राप्त होती है।

मुख्य बिंदु 4

निम्न घनत्व पॉलीथीन (LDPE) 1000-2000 atm दाब पर परॉक्साइड प्रारम्भक द्वारा मुक्त मूलक बहुलकन से बनती है और अत्यधिक शाखित होती है।

मुख्य बिंदु 5

प्राकृतिक रबर सिस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन है, जबकि गुट्टा-परचा ट्रांस-1,4-पॉलीआइसोप्रीन समावयवी है जो कठोर व अप्रत्यास्थ होता है।

मुख्य बिंदु 6

रबर के वल्कनीकरण में कच्चे रबर को 3-5% सल्फर के साथ 373-415 K पर गर्म करने पर ऐलिलिक स्थितियों पर डाइसल्फाइड (-S-S-) सेतु बंध बनते हैं।

मुख्य बिंदु 7

नायलॉन 6,6 हेक्सामेथिलीनडाइऐमीन व ऐडिपिक अम्ल का संघनन सहबहुलक है, जबकि नायलॉन 6 ε-कैप्रोलैक्टम के वलय-विपाटन से बनने वाला समबहुलक है।

मुख्य बिंदु 8

बैकेलाइट एक तापदृढ़ (thermosetting) 3D क्रॉस-लिंक्ड फीनॉल-फॉर्मैल्डिहाइड बहुलक है जो विद्युत स्विच और कुचालक बनाने में काम आता है।

मुख्य बिंदु 9

PHBV (3-हाइड्रॉक्सीब्यूटैनोइक अम्ल + 3-हाइड्रॉक्सीपेन्टेनॉइक अम्ल) तथा नायलॉन-2-नायलॉन-6 पर्यावरण-अनुकूल जैव-निम्नीकरणीय बहुलक हैं।

मुख्य बिंदु 10

संख्या-औसत द्रव्यमान (Mn) का निर्धारण परासरण दाब (अणुसंख्य गुणधर्म) से तथा भार-औसत द्रव्यमान (Mw) का निर्धारण प्रकाश प्रकीर्णन/अपकेंद्रण से होता है; PDI = Mw / Mn।

स्व-मूल्यांकन अभ्यास (Check Your Understanding)

मूल वैचारिक स्पष्टता की जांच के लिए नैदानिक प्रश्न। पहले स्वयं हल करें, फिर उत्तर देखें।

नायलॉन 6 तथा नायलॉन 6,6 में उपस्थित बहुलक श्रृंखलाओं को परस्पर बांधने वाले मुख्य अंतराण्विक बल का नाम बताइए।

उत्तर एवं व्याख्या देखें

उत्तर: प्रबल अंतराण्विक हाइड्रोजन आबंध (Intermolecular Hydrogen Bonding), जो एक श्रृंखला के ऐमाइड समूह के ऑक्सीजन (>C=O) तथा निकटवर्ती श्रृंखला के हाइड्रोजन (-NH-) के मध्य बनते हैं।
पॉलीऐमाइड्स में >C=O तथा -NH- समूहों के मध्य बनने वाले विशेष आकर्षण बल पर विचार कीजिए।

टेफ्लॉन के एकलक का नाम व रासायनिक सूत्र लिखिए और बताइए कि यह रासायनिक रूप से अक्रिय क्यों होता है?

उत्तर एवं व्याख्या देखें

उत्तर: एकलक: टेट्राफ्लुओरोएथीन (CF2=CF2)। यह अत्यधिक प्रबल और ध्रुवीय कार्बन-फ्लोरीन (C-F) बंधों की उच्च आबंध वियोजन ऊर्जा तथा छोटे फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा कार्बन श्रृंखला के पूर्ण परिरक्षण (shielding) के कारण रासायनिक रूप से पूर्णतः अक्रिय होता है।
टेट्राफ्लुओरोएथीन तथा अत्यधिक मजबूत C-F आबंध ऊर्जा पर विचार कीजिए।

किसी बहुलक के लिए बहुपरिक्षेपण सूचकांक (PDI) का मान 1 होने का क्या अर्थ है? क्या किसी संश्लेषित बहुलक का PDI = 1 हो सकता है?

उत्तर एवं व्याख्या देखें

उत्तर: PDI = 1 का अर्थ है कि बहुलक प्रतिदर्श पूर्णतः एकल-परिक्षेपित (monodisperse) है, अर्थात् प्रतिदर्श के प्रत्येक अणु की श्रृंखला लंबाई तथा आण्विक द्रव्यमान एक समान हैं। प्राकृतिक जैव-बहुलकों (जैसे प्रोटीन, DNA) का PDI = 1 होता है, परंतु संश्लेषित बहुलकों का PDI हमेशा 1 से अधिक (>1) होता है क्योंकि संश्लेषण में श्रृंखलाएं असमान लंबाई की बनती हैं।
मोनोडिस्पर्स नमूने तथा Mw = Mn की स्थिति का विश्लेषण कीजिए।

ब्यूना-S तथा ब्यूना-N में 'ब्यूना' (Buna) शब्द का क्या अर्थ है?

उत्तर एवं व्याख्या देखें

उत्तर: 'Bu' 1,3-ब्यूटाडाईन (Butadiene) को दर्शाता है जो दोनों का मुख्य एकलक है, तथा 'Na' सोडियम (Natrium) उत्प्रेरक को दर्शाता है जो इस बहुलकन अभिक्रिया को प्रारम्भ करता है।
'Bu' और 'Na' के लैटिन/रासायनिक प्रतीकों को याद कीजिए।

नोवोलैक (Novolac) और बैकेलाइट (Bakelite) में संरचनात्मक अंतर स्पष्ट कीजिए।

उत्तर एवं व्याख्या देखें

उत्तर: नोवोलैक फीनॉल और फॉर्मैल्डिहाइड का एक रैखिक (linear) संघनन बहुलक है जिसमें ऑर्थो-मेथिलीन सेतु बंध होते हैं और यह विलायकों में घुलनशील होता है। जब नोवोलैक को अतिरिक्त फॉर्मैल्डिहाइड के साथ गर्म किया जाता है, तो व्यापक तिर्यक-बंधन (cross-linking) द्वारा अगलनीय और अघुलनशील 3D जालक्रम बहुलक बनता है जिसे बैकेलाइट कहते हैं।
रैखिक श्रृंखला बनाम 3D क्रॉस-लिंक्ड नेटवर्क की तुलना कीजिए।

अध्याय का अध्ययन पूर्ण हुआ?

अभ्यास के लिए तैयार?

ऑनलाइन CBT टेस्ट देकर तैयारी का मूल्यांकन करें

WBB परीक्षा पैटर्न पर आधारित बहुविकल्पीय प्रश्नों का ऑनलाइन टेस्ट दें। तुरंत परिणाम, समय विश्लेषण और प्रत्येक प्रश्न का विस्तृत हल प्राप्त करें।

फाउंडेशन टेस्ट

15 MCQs • मूल अवधारणाएँ

एडवांस्ड टेस्ट

15 MCQs • HOTS और ट्रैप्स

कक्षा 12 Chemistry के सभी अध्याय

AI अध्ययन मित्र

त्वरित शंका समाधान

बहुलक (पॉलिमर्स) में कोई संदेह या प्रश्न है? हमारे AI अध्ययन मित्र से तुरंत समझें।

💬 "मुख्य अवधारणाओं को समझाइए" 💬 "सामान्य गलतियाँ क्या हैं?" 💬 "परीक्षा की तैयारी कैसे करें?"

बहुलक (पॉलिमर्स)

यह अध्याय क्यों महत्वपूर्ण है

अध्याय रूपरेखा एवं प्रगति

सम्पूर्ण सैद्धांतिक एवं वैचारिक अध्ययन

Module 1: बहुलकों का वर्गीकरण — स्रोत, संरचना, संश्लेषण विधि एवं आण्विक बल

Module 2: योगात्मक बहुलकन की क्रियाविधि — मुक्त मूलक, आयनिक एवं ज़ीग्लर-नाटा समन्वय

Module 3: महत्वपूर्ण औद्योगिक योगात्मक बहुलक — LDPE, HDPE, टेफ्लॉन, PAN एवं सहबहुलक

Module 4: संघनन (पद-वृद्धि) बहुलक — पॉलीऐमाइड, पॉलिएस्टर, फीनॉल-फॉर्मैल्डिहाइड एवं मेलैमीन

Module 5: प्राकृतिक व संश्लेषित रबर एवं वल्कनीकरण — संरचना, गुणधर्म एवं रासायनिक समीकरण

Module 6: जैव-निम्नीकरणीय बहुलक एवं आण्विक द्रव्यमान — PHBV, औसत द्रव्यमान (Mn, Mw) एवं PDI

महत्वपूर्ण रासायनिक सूत्र, अभिक्रियाएँ एवं समीकरण

अवधारणात्मक हल उदाहरण एवं अनुप्रयोग (Solved Examples)

सामान्य गलतियाँ एवं परीक्षक के जाल (Examiner Traps)

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

सही वैज्ञानिक तथ्य

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

सही वैज्ञानिक तथ्य

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

सही वैज्ञानिक तथ्य

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

सही वैज्ञानिक तथ्य

सामान्य भ्रम / गलत उत्तर

सही वैज्ञानिक तथ्य

चित्रात्मक व्याख्या एवं मॉडल

अध्याय का सार संक्षेप एवं 10 मुख्य निष्कर्ष

स्व-मूल्यांकन अभ्यास (Check Your Understanding)

ऑनलाइन CBT टेस्ट देकर तैयारी का मूल्यांकन करें

कक्षा 12 Chemistry के सभी अध्याय

AI अध्ययन मित्र

Get the Latest Updates