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अध्ययन नोट्स: एल्केन्स

विषय सूची

1. एल्केन्स का परिचय
2. संरचना और सामान्य सूत्र
3. भौतिक गुण
4. रासायनिक गुण
5. एल्केन्स की अभिक्रियाएँ
6. एल्केन्स में समावयवता
7. सारांश

1. एल्केन्स का परिचय

एल्केन्स हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल और मौलिक वर्ग है। इनमें केवल कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु होते हैं जो एकल बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। एल्केन्स को संतृप्त हाइड्रोकार्बन भी कहा जाता है क्योंकि सभी कार्बन परमाणु अधिकतम संख्या में हाइड्रोजन परमाणुओं से बंधे होते हैं।

परिभाषा: एल्केन्स कार्बनिक यौगिक हैं जिनमें केवल कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, तथा कार्बन परमाणुओं के बीच केवल एकल बंध होते हैं। ये संतृप्त हाइड्रोकार्बन हैं।

2. संरचना और सामान्य सूत्र

2.1. सामान्य सूत्र

एल्केन्स का सामान्य सूत्र है:

$$ C_nH_{2n+2} $$

जहाँ:

• $ n $ कार्बन परमाणुओं की संख्या है
• $ 2n + 2 $ हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या है

2.2. संरचनात्मक निरूपण

एल्केन्स की सीधी श्रृंखला या शाखित श्रृंखला संरचना होती है। सबसे सरल एल्केन मीथेन (CH₄) है, इसके बाद इथेन (C₂H₆), प्रोपेन (C₃H₈) आदि आते हैं।

2.3. संरचनात्मक समावयवता

एल्केन्स संरचनात्मक समावयवता प्रदर्शित कर सकते हैं, जिसमें कार्बन श्रृंखला की स्थिति बदलने से समान आणविक सूत्र वाले विभिन्न समावयवी बनते हैं।

3. भौतिक गुण

3.1. अवस्था

• 1–4 कार्बन परमाणु वाले एल्केन्स कमरे के तापमान पर गैस होते हैं।
• 5–16 कार्बन परमाणु वाले एल्केन्स द्रव होते हैं।
• 17+ कार्बन परमाणु वाले एल्केन्स ठोस होते हैं।

3.2. घनत्व

• एल्केन्स आमतौर पर पानी से कम घने होते हैं।
• ये पानी में अघुलनशील होते हैं लेकिन कार्बनिक विलायकों में घुलनशील होते हैं।

3.3. गलनांक और क्वथनांक

• गलनांक: आणविक द्रव्यमान बढ़ने के साथ बढ़ता है। सममित एल्केन्स के गलनांक असममित एल्केन्स की तुलना में अधिक होते हैं।
• क्वथनांक: आणविक द्रव्यमान बढ़ने के साथ बढ़ता है लेकिन शाखन के साथ घटता है।

3.4. विलेयता

4. रासायनिक गुण

4.1. निष्क्रियता

• एल्केन्स मजबूत C-C और C-H बंधों के कारण अपेक्षाकृत निष्क्रिय होते हैं।
• ये सामान्य परिस्थितियों में अभिक्रिया नहीं करते।

4.2. अभिक्रियाएँ

• दहन: एल्केन्स ऑक्सीजन की उपस्थिति में जलकर कार्बन डाइऑक्साइड और जल उत्पन्न करते हैं। $$ C_nH_{2n+2} + \left( \frac{3n+1}{2} \right) O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O $$
• हैलोजनीकरण: UV प्रकाश में, एल्केन्स प्रतिस्थापन अभिक्रिया करते हैं जिसमें हाइड्रोजन परमाणुओं का स्थान हैलोजन परमाणु ले लेते हैं। $$ CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl $$

5. एल्केन्स की अभिक्रियाएँ

5.1. दहन

• उत्पाद: कार्बन डाइऑक्साइड और जल
• उत्सर्जित ऊर्जा: दहन के दौरान उच्च ऊर्जा मुक्त होती है, जिससे एल्केन्स ईंधन के रूप में उपयोगी होते हैं।

5.2. हैलोजनीकरण

• परिस्थितियाँ: UV प्रकाश
• उत्पाद: हैलोएल्केन्स और हाइड्रोजन हैलाइड
• उदाहरण: $$ CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{UV} CH_3Cl + HCl $$

5.3. क्रैकिंग

• परिभाषा: बड़े एल्केन्स को छोटे एल्केन्स में तोड़ना।
• उदाहरण: इथेन → एथिलीन + हाइड्रोजन

6. एल्केन्स में समावयवता

6.1. संरचनात्मक समावयवता

• कार्बन परमाणुओं के विभिन्न व्यवस्था से विभिन्न समावयवी बनते हैं।
• उदाहरण: ब्यूटेन (C₄H₁₀) के दो संरचनात्मक समावयवी होते हैं: n-ब्यूटेन और आइसोब्यूटेन।

6.2. ज्यामितीय समावयवता

• द्विबंधों की अनुपस्थिति के कारण एल्केन्स में लागू नहीं होती।

6.3. प्रकाशीय समावयवता

• काइरल केंद्रों की कमी के कारण एल्केन्स में लागू नहीं होती।

7. सारांश

8. महत्वपूर्ण परिभाषाएँ

संतृप्त हाइड्रोकार्बन: हाइड्रोकार्बन जिनमें सभी कार्बन परमाणु अधिकतम हाइड्रोजन परमाणुओं से बंधे होते हैं।

संरचनात्मक समावयवता: वह घटना जिसमें परमाणुओं की भिन्न संरचनात्मक व्यवस्था से समान आणविक सूत्र वाले विभिन्न यौगिक बनते हैं।

दहन: वह अभिक्रिया जिसमें कोई पदार्थ ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया कर ऊष्मा और प्रकाश उत्पन्न करता है, आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड और जल बनाता है।

9. अतिरिक्त नोट्स

• एल्केन्स गैसोलीन, डीजल, और प्राकृतिक गैस जैसे कई ईंधनों का आधार हैं।
• पेट्रोकेमिकल उद्योग में प्लास्टिक, विलायक और अन्य सामग्रियों के उत्पादन के लिए इनका उपयोग किया जाता है।

10. निष्कर्ष

एल्केन्स मौलिक हाइड्रोकार्बन हैं जिनके व्यापक अनुप्रयोग हैं। उनके भौतिक और रासायनिक गुण उन्हें औद्योगिक और दैनिक जीवन दोनों में महत्वपूर्ण बनाते हैं। कार्बनिक रसायन में आगे के अध्ययन के लिए उनकी संरचना, अभिक्रियाओं और समावयवता को समझना आवश्यक है।

11. अंतिम नोट्स

• सदैव सामान्य सूत्र याद रखें: $ C_nH_{2n+2} $
• संरचनात्मक समावयवता और अन्य प्रकार की समावयवता के बीच अंतर समझें
• विभिन्न एल्केन्स बनाने और नामकरण का अभ्यास करें