कार्बन परमाणु (carbon atom) क्या है?

हम बताते हैं कि कार्बन क्या है, यह तत्व जीवन के लिए इतना महत्वपूर्ण क्यों है और इसकी मुख्य विशेषताएं क्या हैं।

ग्रेफाइट कार्बन के सबसे महत्वपूर्ण अपरूपों में से एक है।

कार्बन परमाणु क्या है?

कार्बन पृथ्वी पर सबसे प्रचुर तत्वों में से एक है, जो जीवन के लिए आवश्यक है । यह कार्बनिक पदार्थ का मुख्य घटक है; यह अधिकांश जीवित प्राणियों के चयापचय के अंतिम उत्पाद और दहन प्रक्रिया को भी एकीकृत करता है क्योंकि यह कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ ₂ ) का हिस्सा बनता है ।

कार्बन अनेक संरचनाओं के अंतर्गत और अनाकार रूप में भी प्रकट होता है ; उनके भौतिक गुण अक्सर बहुत विपरीत होते हैं। इसमें लगभग सभी तत्वों के साथ संयुक्त होने की क्षमता है ; इसे धातु और अधातु दोनों के साथ जोड़ा जा सकता है (उदाहरण: कैल्शियम कार्बाइड (CaC ₂ ), कार्बन डाइसल्फ़ाइड (CS ₂ ), क्लोरोफॉर्म (CHCl ₃ ), आदि)।

लगभग 10 मिलियन कार्बन यौगिकों की गणना की जाती है , उनमें से कई ग्रह पर जीवन के लिए आवश्यक हैं।

कार्बन परमाणु के लक्षण

कार्बन के नाभिक में 6 प्रोटॉन और 6 न्यूट्रॉन होते हैं।

• इसका परमाणु क्रमांक 6 तथा परमाणु भार 12 है । इसका मतलब है कि इसके नाभिक में 6 प्रोटॉन हैं और इसके स्थिर विन्यास में 6 न्यूट्रॉन हैं, और यह कि नाभिक 6 इलेक्ट्रॉनों से घिरा हुआ है। उन इलेक्ट्रॉनों को निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के अनुसार वितरित किया जाता है: दो इसके पहले ऊर्जा स्तर में (जिसमें एक s कक्षीय होता है) और चार इसके दूसरे ऊर्जा स्तर (जिसमें s और p कक्षक होते हैं) में, इसे 1s ² 2s ² 2p ² के रूप में दर्शाया जाता है। .
• यह टेट्रावैलेंट है । इसका मतलब यह है कि इसके अंतिम ऊर्जा स्तर में 4 परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉन हैं, जो अन्य परमाणुओं के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन कर सकते हैं , अक्सर कार्बन भी, सहसंयोजक बंधन बनाते हैं । इसका मतलब है कि कार्बन चार रासायनिक बंधन बना सकता है ।
• यह एलोट्रॉपी प्रदर्शित करता है । यह विभिन्न आणविक संरचनाओं के तहत, एक ही भौतिक अवस्था में, गठन की स्थितियों के आधार पर हो सकता है। कार्बन के सबसे महत्वपूर्ण आवंटन हैं: हीरा, ग्रेफाइट, लोन्सडेलाइट, फुलरीन, कार्बन नैनोट्यूब, अनाकार कार्बन और ग्राफीन।
• इसमें आइसोटोप होते हैं । कार्बन के केवल दो प्राकृतिक समस्थानिक हैं: कार्बन-12, जो कि बहुमत (98.90%) है, और कार्बन-13, एक छोटे अनुपात (1.10%) में मौजूद है। इसके अलावा, तेरह अस्थिर समस्थानिक हैं जिनका आधा जीवन या आधा जीवन 200 नैनोसेकंड (जैसे कार्बन -22 में) से 5730 वर्ष (कार्बन -14 में) तक होता है। कार्बन-13 का उपयोग संरचनात्मक अध्ययनों (विशेष रूप से एनएमआर/परमाणु चुंबकीय अनुनाद) में किया जाता है, कार्बन -14 का उपयोग पुरातात्विक वस्तुओं की तारीख के लिए किया जाता है, इसे बहुत लंबा आधा जीवन दिया जाता है।
• यह आसानी से संयुक्त हो जाता है । कार्बन को धातु और अधातु दोनों के साथ जोड़ा जा सकता है (उदाहरण के लिए: कैल्शियम कार्बाइड (CaC ₂ ), कार्बन डाइसल्फ़ाइड (CS ₂ ), क्लोरोफॉर्म (CHCl ₃ ), आदि)। यह अनुमान लगाया गया है कि लगभग 10 मिलियन कार्बन यौगिक हैं, उनमें से कई जीवन के लिए आवश्यक हैं।

कार्बन संकरण

परमाणु कक्षक परमाणु नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन को खोजने की संभावनाएं हैं। संकरण इन ऑर्बिटल्स के बीच की बातचीत है, जो जब वे ओवरलैप करते हैं तो हाइब्रिड ऑर्बिटल्स बनाते हैं जो विभिन्न रासायनिक बंधों के निर्माण की ओर ले जाते हैं।

कार्बन के मामले में, इसके चार बाहरी शेल इलेक्ट्रॉन अन्य परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन कर सकते हैं, इस प्रकार, कार्बन परमाणु तीन प्रकार के संकरण बना सकता है , जिसका कार्बन बनाने वाले यौगिकों के अंतिम आणविक ज्यामिति के लिए निहितार्थ हैं। ये संकरण हो सकते हैं:

• ^{एसपी 3} संकरण । एकल बंधों वाले यौगिकों के निर्माण और ज्यामिति की व्याख्या करता है, जिनकी ज्यामिति टेट्राहेड्रोन के रूप में होती है।
• ^{एसपी 2} संकरण । दोहरे बंधन वाले यौगिकों के गठन और ज्यामिति की व्याख्या करें, जिसमें तलीय त्रिभुज ज्यामिति हो सकती है।
• एसपी संकरण । रैखिक ज्यामिति वाले त्रिबंधों वाले यौगिकों के निर्माण और ज्यामिति की व्याख्या कीजिए।

संकरण के प्रकार के अनुसार आणविक ज्यामिति। बाएं से दाएं: एसपी ³ , एसपी ² और एसपी।

तीन संभावित विन्यास

चूंकि बंधन का प्रकार (संकरण के प्रकार द्वारा निर्धारित) बंधन कोण को निर्धारित करता है, बदले में तीन संभावित आणविक ज्यामिति होते हैं जब कार्बन रासायनिक बंधन गठन में भाग लेता है:

• एकल बंधन 109.5° के कोणों के साथ एक चतुष्फलक का निर्माण निर्धारित करता है।
• दोहरा बंधन एक सपाट त्रिकोणीय संरचना के गठन को निर्धारित करता है, जिसमें 120 ° का कोण होता है।
• ट्रिपल बॉन्ड 180 ° के कोण के साथ एक रैखिक संरचना के गठन को निर्धारित करता है।

कार्बन प्रतिक्रियाशीलता

• कार्बन से बने यौगिक जिनमें कार्बन परमाणुओं के बीच कई (डबल या ट्रिपल) बॉन्ड होते हैं, सिंगल बॉन्ड वाले लोगों की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं।
• कार्बन हाइड्रोजन के साथ क्रिया करके हाइड्रोकार्बन बनाता है ।
• यह ईंधन है।
• कार्बन मुख्य रूप से कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) बनाने के लिए ऑक्सीजन के _साथ प्रतिक्रिया करता है ।

सिलिकॉन के सापेक्ष समानता

तत्वों की आवर्त सारणी में कार्बन समूह IVA का पहला सदस्य है । इसी समूह में अगला सिलिकॉन (Si) है, जिसके बाहरीतम कोश में भी 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं, लेकिन उच्च ऊर्जा स्तर पर।

हालाँकि, आंतरिक इलेक्ट्रॉनों की अधिक संख्या द्वारा उत्पन्न प्रतिकर्षण के कारण सिलिकॉन सिलिकॉन-सिलिकॉन के कई बांड नहीं बना सकता है, जिसका अर्थ है कि परमाणु एक साथ पर्याप्त रूप से पास नहीं हो सकते हैं। दूसरी ओर, दोनों तत्व अधातु हैं और कमरे के तापमान पर ठोस हैं ।

केकुले और कार्बनिक रसायन की मूल बातें

1858 में, जर्मन रसायनज्ञ अगस्त केकुले ने एक संरचनात्मक सिद्धांत को प्रतिपादित किया जिसने बेंजीन की अनुनाद घटना की व्याख्या की। उन्होंने प्रस्तावित किया कि बेंजीन 6 कार्बन परमाणुओं और 6 हाइड्रोजन परमाणुओं से बना है, लेकिन कार्बन परमाणुओं को एक चक्र में व्यवस्थित किया जाता है और उनके बीच के बंधन एकल और दोहरे के बीच वैकल्पिक होते हैं। लुईस द्वारा शुरू की गई सहसंयोजक बंधन की अवधारणा की पृष्ठभूमि के रूप में यह आवश्यक था, जो सामान्य रूप से कार्बन रसायन को समझने के आधार के रूप में कार्य करता है।

 

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