మన నిత్యజీవితంలో ప్రముఖ పాత్రను పోషించే ముఖ్యమైన మూలకం కార్బన్. కర్బన సమ్మేళనాలన్నింటిలోనూ కార్బన్ విధిగా ఉంటుంది. వీటి ధర్మాలు, చర్యలు, తయారీ లాంటి విషయాలను శాస్త్రీయంగా అధ్యయనం చేసేదే కర్బన సమ్మేళన రసాయనశాస్త్రం.
సాధారణంగా ప్రాణం ఉన్న శరీరాలు మాత్రమే ఉత్పత్తి చేయగల యూరియాను 18వ శతాబ్దంలో ఫ్రెడరిక్ వోలర్ అనే శాస్త్రవేత్త కృత్రిమంగా ప్రయోగశాలలో తయారుచేసి,కొత్త రసాయనశాస్త్ర ఆవిర్భవానికి మూల పురుషుడయ్యాడు.ఈ రసాయనశాస్త్రమే 'సేంద్రియ రసాయన శాస్త్రం' (Organic Chemistry). దీన్నే కర్బన సమ్మేళనాల రసాయన శాస్త్రం అని కూడా అంటారు.
కర్బన సమ్మేళనాలు వివిధ రకాల నిర్మాణాలు కలిగి ఉంటాయి. వీటి పరిధి అనంతం. మనం తినే ఆహారం, వృక్షాలు, జంతువుల్లోనే కాకుండా పెట్రో రసాయనాలు, పెయింట్స్, పేలుడు పదార్థాల లాంటి పదార్థాల్లో కర్బన సమ్మేళనాలు ముఖ్యమైన అంశాలుగా ఉన్నాయి.
కార్బన్ రూపాంతరాలు: ఒకే మూలకం రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ రూపాలను కలిగి ఉండటాన్ని రూపాంతరత అంటారు. సల్ఫర్, ఫాస్ఫరస్‌లా కార్బన్ కూడా రూపాంతరతను ప్రదర్శిస్తుంది. వజ్రం, గ్రాఫైట్‌లు కార్బన్‌కు ముఖ్యమైన రూపాంతరాలు. బొగ్గు, కాల్చిన మసి, దీపాంగరం, బక్ మిన్‌స్టర్ పుల్లరిన్‌ (C60) కూడా కార్బన్ రూపాంతరాలే.
కార్బన్‌కు చెందిన ఆక్సైడ్‌లు: కార్బన్ రెండు రకాలైన ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. అవి కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO), కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2). వీటిలో కార్బన్ మోనాక్సైడ్ పరిశ్రమలు, మోటారు వాహనాల నుంచి వెలువడే పొగలో ఎక్కువగా ఉండే విషవాయువు. కార్బన్ డయాక్సైడ్ గుహల్లో, గనుల్లో ఎక్కువ శాతం ఉంటుంది. ఇది దహనక్రియ, శ్వాసక్రియ, కిణ్వ ప్రక్రియలో ఉప ఉత్పన్నం.
కార్బన్ అసమాన ధర్మాలు: కార్బన్‌కు నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరిచే సామర్థ్యం ఉంటుంది. అందుకే అది అసంఖ్యాకమైన సమ్మేళనాలు ఏర్పరుస్తుంది. అసమాన ధర్మాలైన కాటనేషన్, సాదృశ్యత, బహు బంధాలను ఏర్పరిచే లక్షణాలు కార్బన్ సొంతం. అందువల్లే అసంఖ్యాక పదార్థాలను ఏర్పరుస్తుంది.
కాటనేషన్: ఒక మూలకంలోని పరమాణువులు ఒకదానితో ఒకటి కలిసి పొడవైన గొలుసులను ఏర్పరచడాన్ని కాటనేషన్ అంటారు. కార్బన్, కార్బన్ (C-C) పరమాణువుల మధ్య బలమైన బంధాలు ఏర్పడటం, కార్బన్‌కుండే ఈ చతుస్సంయోజకత వల్ల కార్బన్ పరమాణువులు ఒకదానితో ఒకటి కలిసి సరళ శృంఖలాలను, శాఖా శృంఖలాలను, వలయ నిర్మాణాల ద్వారా అంఖ్యాక సమ్మేళనాలను ఏర్పరచగలవు. కార్బోహైడ్రేట్‌లు, ప్ర్రొటీన్‌లు, నూనెలు, నూలు, ప్లాస్టిక్, రబ్బరు, సహజ వాయువు లాంటివి ఈవిధంగా ఏర్పడినవే.
సాదృశ్యత: ఒకే అణు ఫార్ములాను కలిగి వివిధ నిర్మాణాత్మక ఫార్ములాలున్న సమ్మేళనాలను సాదృశ్యాలు (Isomers) అంటారు. ఈ దృగ్విషయాన్ని సాదృశ్యత (Isomerism) అంటారు.
ఉదా: C4 H10 కింది నిర్మాణాలను కలిగి ఉంటుంది.
బహు బంధాలను ఏర్పరచడం: రెండు కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య బహుబంధాలు ఏర్పడతాయి. అందువల్ల కర్బన సమ్మేళనాల సంఖ్య పెరుగుతుంది. ద్వి , త్రి బంధాలనే బహుబంధాలు అంటారు. కార్బన్ ఏర్పరిచే ఏక, ద్వి, త్రి బంధాలు ఉన్న పదార్థాలను గమనించండి.
ఏకబంధం ద్విబంధం త్రిబంధం
CH3 - CH2 - CH3 CH3 - CH = CH2 CH3 - C = CH
n - ప్రొపేన్ ప్రొపీన్ ప్రొపైన్
హైడ్రోకార్బన్‌లు: కార్బన్, హైడ్రోజన్ మాత్రమే ఉన్న కర్బన పదార్థాలను హైడ్రోకార్బన్‌లు అంటారు.
ఉదా: మీథేన్ - CH4
ఈథేన్ - C2H6
ప్రొపేన్ - C3H8
ఇథిలిన్ - C2H4
ఎసిటిలీన్ - C2H2
బెంజీన్ - C6H6
హైడ్రోకార్బన్‌లను రెండు తరగతులుగా విభజించవచ్చు.
1. సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు లేదా ఆల్కేన్‌లు
2. అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు లేదా ఆల్కీన్‌లు, ఆల్కైన్‌లు
సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు: కార్బన్ సంయోజకత నాలుగు. ఈ నాలుగు సంయోజకతల సంతృప్తత ఫలితంగా ఏర్పడే హైడ్రోకార్బన్‌లను సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు లేదా పారఫిన్‌లు అంటారు. వీటి సాధారణ ఫార్ములా CnH2n+2
ఉదా: మీథేన్ CH4
ఈథేన్ C2H6
ప్రొపేన్ C3H8 మొదలైనవి
ఆల్కేన్‌ల తయారీ, ధర్మాలు:
మీథేన్ తయారీ: మీథేన్‌ను అల్యూమినియం కార్బైడ్ జల విశ్లేషణ ద్వారా తయారు చేయవచ్చు.
Al4C3 + 12 H2O ------> 3 CH4 + 4 Al (OH)3
ఆల్కేన్‌ల భౌతిక ధర్మాలు:
1. ఒకటి నుంచి అయిదు కార్బన్ పరమాణువులున్న ఆల్కేన్‌లు వాయువులు. ఆరు నుంచి పది వరకు కార్బన్ పరమాణువులున్నవి ద్రవాలు. పది కంటే ఎక్కువ కార్బన్ పరమాణువులున్న ఆల్కేన్‌లు ఘన పదార్థాలు.
2. ఇవి నీటిలో కరగవు.
3. వీటికి దహనశీల గుణం ఉంటుంది. కాబట్టి ఇంధనాలుగా ఉపయోగపడతాయి.
ఆల్కేన్‌ల రసాయన ధర్మాలు:
1. ఆల్కేన్‌లు సంతృప్త పదార్థాలు. వీటి చర్యాశీలత చాలా తక్కువ. ఇవి ప్రతిక్షేపణ చర్యల్లో పాల్గొంటాయి.
2. ఆల్కేన్‌లు దహన చర్యలో పాల్గొని కార్బన్ డయాక్సైడ్, నీటితో పాటు ఉష్ణాన్ని విడుదల చేస్తాయి. అందువల్ల ఆల్కేన్‌లను ఇంధనాలుగా ఉపయోగిస్తారు.
ఆల్కేన్‌ల ఉపయోగాలు:
1. ఆల్కేన్‌లు ఇంధనాలుగా ఉపయోగపడతాయి.
2. ద్రవ ఆల్కేన్‌లు మంచి ద్రావణులుగా ఉపయోగపడతాయి.
3. అనేక రకాలైన కర్బన పదార్థాల సంశ్లేషణకు ఆల్కేన్‌లే ప్రారంభ పదార్థాలు.
4. మిథనోల్, ఇథనోల్, హైడ్రోజన్ తయారీకి ఆల్కేన్‌లు ఉపయోగపడతాయి.
అసంతృప్త హైడ్రో కార్బన్‌లు:
కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ద్విబంధాలు లేదా త్రి బంధాలున్న హైడ్రోకార్బన్‌లను అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు అంటారు. వీటిలో కార్బన్‌కు ఉన్న నాలుగు సంయోజకతలు సంతృప్తం చెందలేదు. ఫలితంగా ఇవి హైడ్రోజన్, హాలోజన్ లాంటి వాటితో సంయోగం చెంది సంతృప్త పదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి. అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లలో ఆల్కీన్‌లు, ఆల్కైన్‌లు అనే రెండు తరగతులు ఉన్నాయి.
ఆల్కీన్‌లు: ఒక C = C ద్వి బంధం ఉన్న అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కీన్‌లు (ఓలిఫిన్‌లు) అంటారు. వీటి సాధారణ ఫార్ములా CnH2n. ఇవి ఆల్కేన్ కంటే ఎక్కువ చర్యాశీలత కలిగి సంకలన చర్యల్లో పాల్గొంటాయి. ఆల్కీన్‌లు పొలిమరీకరణం చెంది పాలిమర్‌లు అనే పదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఇథిలీన్ పొలిమరీకరణం చెంది పాలిథీన్ ఏర్పడుతుంది. గాలితో కలిసిన ఇథిలీన్‌ను మత్తుమందుగా ఉపయోగిస్తారు.
ఆల్కైన్‌లు: కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య త్రి బంధం ఉన్న అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కైన్‌లు అంటారు. వీటి సాధారణ ఫార్ములా CnH2n-2. ఇవి ఆల్కీన్‌ల కంటే తక్కువ చర్యాశీలతను కలిగి ఉంటాయి. ఇవి దహనక్రియల్లో పాల్గొని అధిక మొత్తంలో ఉష్ణం విడుదల చేస్తాయి. ఎసిటిలీన్‌ను వెల్డింగ్‌లో ఉపయోగిస్తారు. కాయలను కృత్రిమంగా పండించేందుకు ఎసిటిలీన్‌ను వాడతారు.
ప్రమేయ సమూహాలు: కార్బన్, హైడ్రోజన్‌తో మాత్రమే కాకుండా N,O,S హాలోజన్‌లు లాంటి ఇతర పరమాణువులతో కలిసి ప్రమేయ సమూహాలను ఏర్పరుస్తాయి.
ఉదాహరణ:
