హైడ్రోకార్బన్లు

బహుళ ప్రయోజనాల సమ్మేళనాలు!

 

వాహనాల్లో వాడే ఇంధనాలు, సాధారణ ఇంటి అవసరాలకు కావాల్సిన సహజవాయువు, నూనెలు, మైనం ఇంకా రకరకాలుగా నిత్యజీవితంలో ఉపయోగించే అనేక వస్తువులు, పదార్థాలన్నీ హైడ్రోకార్బన్ల నిర్మాణాలే. రసాయనశాస్త్రంలో అత్యంత ప్రాథమికమైన హైడ్రోజన్, కార్బన్ల సమ్మేళనాలే. వీటికి సంబంధించిన మౌలిక సమాచారాన్ని పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. దాంతోపాటు కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఏర్పడే స్వీయ బంధాలు, ద్విబంధాలు, త్రిబంధాలు, కర్బన సమ్మేళనాలు, ఇతర అణువులతో కలిసి ఏర్పరిచే సంకరణాలు, వాటి స్వభావం, బహుళ ప్రయోజనాలపై అవగాహన పెంచుకోవాలి.

కార్బన్, హైడ్రోజన్‌లను మాత్రమే కలిగి ఉన్న సమ్మేళనాలను హైడ్రోకార్బన్లు అంటారు. వీటిని రెండు రకాలుగా వర్గీకరించారు. అవి  

1) వివృత శృంఖల హైడ్రోకార్బన్‌లు 

2) సంవృత శృంఖల హైడ్రోకార్బన్‌లు. వివృత శృంఖల హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆలీఫాటిక్‌ లేదా అచక్రీయ హైడ్రోకార్బన్‌లు అని కూడా పిలుస్తారు.

ఉదా: 1) CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃ - పెంటేన్‌

*  హైడ్రోకార్బన్‌లను (ఆలీఫాటిక్, చక్రీయ హైడ్రోకార్బన్‌లను కలిపి) ఆల్కేన్‌లు, ఆల్కీన్‌లు, ఆల్కైన్‌లు అనే మూడు రకాలుగా వర్గీకరించారు.

1) కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఏకబంధాలు ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కేన్‌లు అంటారు.

2) కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక ద్విబంధం ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కీన్‌లు అంటారు.

3) కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక త్రిబంధం ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కైన్‌లు అంటారు.

*  కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఏకబంధాలున్న (C-C) హైడ్రోకార్బన్‌లను సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు అంటారు. ఆల్కేన్‌లు అన్నీ సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు అవుతాయి.

* రెండు కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక ద్విబంధం (C=C) లేదా ఒక త్రిబంధం (C=C)  ఉంటే వాటిని అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు అంటారు. ఆల్కీన్‌లు, ఆల్కైన్‌లను అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లకు ఉదాహరణగా చెప్పవచ్చు.

కర్బన సమ్మేళనాల్లోని ప్రమేయ సమూహాలు: ఒక కర్బన సమ్మేళన గుణాత్మక ధర్మాలు, దానిలోని ఒక పరమాణువు లేదా పరమాణు సమూహంపై ఆధారపడి ఉంటే వాటినే ‘ప్రమేయ సమూహం’ అంటారు.

ఆల్కహాల్‌: H₂O అణువులోని ఒక హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు R తో ప్రతిక్షేపితం చెందితే R-OH ఏర్పడుతుంది. -OH గ్రూపు ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కహాల్‌ అంటారు. 

ఉదా: CH₃OH, CH₃CH₂OH, CH₃-CHOH-CH₃

* ఆల్కహాల్స్‌ సాధారణ ఫార్ములా R-OH.. ఇందులో R అంటే ఆల్కైల్‌ గ్రూపు.

ఆల్డీహైడ్‌: -CHOగ్రూపు ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్డీహైడ్‌లు అంటారు. 

* ఆల్డీహైడ్‌ సాధారణ ఫార్ములా R-CHO.  ఇందులో R అంటే ఆల్కైల్‌ గ్రూపు, CHO అంటే ప్రమేయ సమూహం.

ఈథర్‌లు: వీటిని నీటి అణువుతో ఒక విధమైన సంబంధం ఉన్న సమ్మేళనాలుగా చెప్పవచ్చు. నీటి అణువులోని రెండు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువుల స్థానంలో వాటికి బదులుగా రెండు ఆల్కైల్‌ గ్రూపులను ప్రతిక్షేపిస్తే ఈథర్‌ ఏర్పడుతుంది.

ఉదా: CH₃ - O - CH₃ - డైమిథైల్‌ ఈథర్‌ 

ఎస్టర్‌లు: కార్బాక్సిలిక్‌ ఆమ్లాల ఉత్పన్నాలను ఎస్టర్‌లు అంటారు. -COOH లోని హైడ్రోజన్‌ పరమాణువుకు బదులుగా R ను ప్రతిక్షేపిస్తే ఎస్టర్‌లు ఏర్పడతాయి.

అమైన్‌లు: CH₃  -  NH₂ లో ఉండే -  NH₂ గ్రూపును అమైన్‌ గ్రూపు అంటారు. ఒకవేళ NH₃ లోని ఒక హైడ్రోజన్‌ పరమాణువును ఆల్కైల్‌ గ్రూపుతో ప్రతిక్షేపిస్తే ఏర్పడే సమ్మేళనాలను ప్రాథమిక అమైన్‌లు అంటారు. అలాగే  NH₃లోని రెండు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువులను రెండు ఆల్కైల్‌ గ్రూపులతో ప్రతిక్షేపిస్తే ఏర్పడే సమ్మేళనాలను ద్వితీయ అమైన్‌లు అంటారు.  NH₃ లోని మూడు హైడ్రోజన్‌లను ఒకే విధమైన లేదా వేర్వేరు ఆల్కైల్‌ గ్రూపులతో ప్రతిక్షేపిస్తే ఏర్పడే సమ్మేళనాలను తృతీయ అమైన్‌లు అంటారు.

సంకరీకరణం: ఒక పరమాణువులో దాదాపు సమానశక్తి ఉన్న ఆర్బిటాళ్లు పునరేకీకరణం చెందడం ద్వారా అదే సంఖ్యలో శక్తి, ఆకృతి లాంటి ధర్మాల్లో సారూప్యత ఉన్న నూతన ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడటాన్నే సంకరీకరణం అంటారు. కొత్తగా ఏర్పడిన ఆర్బిటాళ్లను సంకర ఆర్బిటాళ్లు అంటారు. సంకరీకరణం అనే భావనను మొదటిసారి ప్రవేశపెట్టినవారు లైనస్‌ పౌలింగ్‌.

sp సంకరీకరణం: 

* ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు మీథేన్‌ లేదా ఈథేన్‌లా నాలుగు లేదా ఈథీన్‌లా మూడు ఇతర పరమాణువులతో కాకుండా కేవలం రెండు ఇతర పరమాణువులతో మాత్రమే కలుస్తుంది. ఈ సందర్భంలో కార్బన్‌ పరమాణువు బాహ్యస్థాయిలోని రెండు ఆర్బిటాళ్లను మాత్రమే సంకరీకరణం చెందించి బంధాలను ఏర్పరచడానికి సిద్ధమవుతుంది.

* బాహ్యస్థాయిలోని 2s ఆర్బిటాల్, ఒక 2p ఆర్బిటాల్‌ మాత్రమే సంకరీకరణం చెంది మిగిలిన రెండు 2p ఆర్బిటాళ్లు అలాగే మార్పు లేకుండా ఉంటాయి. ఒక s ఆర్బిటాల్, ఒక p ఆర్బిటాల్‌ పునర్‌ వ్యవస్థీకరణ ఫలితంగా కొత్తగా 2p సంకర ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడతాయి.

 

* ఎసిటిలీన్‌ అణువులోని రెండు కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక త్రిబంధం ఉంటుంది. పరమాణువు చతుర్‌ సంయోజనీయతను సంతృప్తిపరచడానికి ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు ఒక హైడ్రోజన్‌తో బంధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.

* ఎసిటిలీన్‌ అణువులో C₂H₂  ఉత్తేజితస్థితిలో ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు ఒక s ఆర్బిటాల్, ఒక p  ఆర్బిటాల్‌తో కలవడం వల్ల sp సంకరీకరణం ఏర్పడి రెండు సర్వసమానమైన p ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడతాయి. ఇందులో ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు రెండు సంకరీకరణం చెందని p ఆర్బిటాళ్లను (2p_x, 2p_y) కలిగి ఉంటుంది.

* ఒక కార్బన్‌లోని sp సంకర ఆర్బిటాల్, మరొక కార్బన్‌లోని sp సంకర ఆర్బిటాల్‌తో అతిపాతం చెందడం వల్ల sp - sp సిగ్మా బంధం ఏర్పడుతుంది.

* కార్బన్‌లో ఉండే మరో sp ఆర్బిటాల్‌ హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు యొక్క p ఆర్బిటాల్‌తో అతిపాతం చెందడం వల్ల రెండు s-p  సిగ్మాబంధాలు ఏర్పడతాయి.

* కార్బన్‌ పరమాణువులో ఉండే సంకరీకరణం చెందని p ఆర్బిటాల్‌ వేరొక పరమాణువులోని p ఆర్బిటాల్‌తో అతిపాతం చెందడం వల్ల రెండు π బంధాలు ఏర్పడతాయి.

SP² సంకరీకరణం:   

* ఇథిలీన్‌ అణువు(CH₂ =  CH₂ )ఏర్పడేటప్పుడు ఉత్తేజిత స్థితిలో ఉండే ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువులో ఒక S ఆర్బిటాల్‌ (2s), రెండు P ఆర్బిటాళ్లు (2p_x, 2p_y) కలిసిపోయి sp² సంకరీకరణం చెందడం ద్వారా మూడు sp² సంకర ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడతాయి. ఇప్పుడు ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువులో సంకరీకరణం చెందని ఒక p ఆర్బిటాల్‌ మిగిలి ఉంటుంది.

* కార్బన్‌ పరమాణువులోని  sp² సంకర ఆర్బిటాల్, మరొక కార్బన్‌ పరమాణువులోని  sp² సంకర ఆర్బిటాల్‌తో అతిపాతం చెంది SP^{2 -} SP² సిగ్మా బంధం ఏర్పడుతుంది.

* ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువులో మిగిలిన రెండు  sp²సంకర ఆర్బిటాళ్లలోని జతకూడని ఎలక్ట్రాన్‌లు, రెండు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువుల్లోని s ఆర్బిటాళ్లతో అతిపాతం చెంది బంధాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.

* ఇథిలీన్‌ అణువులో రెండు కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక సిగ్మా బంధం, ఒక π బంధం ఏర్పడతాయి.

SP³ సంకరీకరణం: 

* మీథేన్‌ అణువు (CH₄) ఏర్పడేటప్పుడు ఉత్తేజిత స్థితిలో కార్బన్‌ పరమాణువులోని ఒక S ఆర్బిటాల్‌ (2s), మూడు p ఆర్బిటాళ్లు(2p_x, 2p_y, 2p_z)  ఒక దానిలో ఒకటి పునరేకీకరణం చెంది నాలుగు సర్వసమాన ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడతాయి. వీటినే sp³ సంకర ఆర్బిటాళ్లు అంటారు. అంటే కార్బన్‌ sp³ సంకరీకరణం చెందింది.

* కార్బన్‌ పరమాణువులో నాలుగు జతకూడని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండటం వల్ల అది నాలుగు ఇతర కార్బన్‌ పరమాణువులతో బంధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.

* కార్బన్, హైడ్రోజన్‌తో చర్యనొందినప్పుడు నాలుగు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువుల్లోని S ఆర్బిటాల్‌లో ఉన్న ఒక్కో ఎలక్ట్రాన్‌ కార్బన్‌ పరమాణువులో ఉండే నాలుగు SP₃ సంకర ఆర్బిటాళ్లతో అతిపాతం చెందడం వల్ల నాలుగు సంయోజనీయ బంధాలు ఏర్పడి  CH₄ అణువు ఏర్పడుతుంది.

* కార్బన్, నాలుగు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువుల మధ్య నాలుగు (sp³-s) సిగ్మా బంధాలు ఏర్పడతాయి. ఈ బంధాలన్నీ సమానశక్తితో ఉంటాయి.

మాదిరి ప్రశ్నలు

1. కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఏకబంధాలు ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఏమని పిలుస్తారు?

ఎ) ఆల్కీన్‌లు    బి) ఆల్కేన్‌లు    సి) ఆల్కైన్‌లు   డి) ఈథైన్‌లు

2. కిందివాటిలో సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లను గుర్తించండి.

ఎ) ఆల్కేన్‌లు    బి) ఆల్కీన్‌లు    సి) ఆల్కైన్‌లు    డి) ఈథీన్‌లు

3. కీటోన్‌ ప్రమేయ సమూహాన్ని గుర్తించండి.

ఎ) -OH    బి) -CHO    సి) -C = O    డి) -NH₂

4. కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక త్రిబంధం ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఏమని పిలుస్తారు?

ఎ) ఈథైన్‌లు బి) ఆల్కేన్‌లు సి) ఆల్కీన్‌లు డి) ఆల్కైన్‌లు

5. ఆల్కహాల్‌ సాధారణ ఫార్ములాను గుర్తించండి.

ఎ) R - OH     బి) R - COOR    సి) R - CHO   డి) R-NH₂

6. రెండు కార్బన్‌ పరమాణువుల మధ్య ఒక ద్విబంధం లేదా ఒక త్రిబంధం ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లను ఏమంటారు?

ఎ) సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు     బి) అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు

సి) అతిసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు  డి) పైవన్నీ

7. ఎస్టర్‌ ప్రమేయ సమూహాన్ని గుర్తించండి.

ఎ) -NH₂    బి) -CN    సి) -COOR    డి) -C = O

 

8. కిందివాటిలో SP² సంకరీకరణం కలిగి ఉన్న అణువును గుర్తించండి.

ఎ) ఈథేన్‌     బి) ఎసిటలీన్‌    సి) ఇథిలీన్‌    డి) మీథేన్‌

 

9. మీథేన్‌ అణువులో ఏర్పడే సంకరీకరణం గుర్తించండి.

ఎ) sp   బి)  sp²    సి)  SP³ d¹    డి) sp₃

 

10. సంకరీకరణం అనే భావనను మొదటిసారిగా ప్రవేశపెట్టిన శాస్త్రవేత్త?

ఎ) లైనస్‌ పౌలింగ్‌    బి) విల్‌హెల్మ్‌ ఆస్వాల్డ్‌     సి) జి.ఎన్‌.లూయీస్‌    డి) కోసిల్‌

సమాధానాలు: 1-బి; 2-ఎ; 3-సి; 4-డి; 5-ఎ; 6-బి; 7-సి; 8-సి; 9-డి; 10-ఎ.

 

రచయిత: చంటి రాజుపాలెం