રસાયણવિજ્ઞાન એલ્કાઇન્સ

એલ્કાઇન્સ શું છે?#

એલ્કાઇન્સ એ હાઇડ્રોકાર્બનનો એક વર્ગ છે જેમાં ઓછામાં ઓછો એક કાર્બન-કાર્બન ટ્રિપલ બોન્ડ હોય છે. તેઓ અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન છે, એટલે કે તેમની પાસે તેમના કાર્બન સમાવેશ માટે શક્ય હોય તે મહત્તમ સંખ્યા કરતાં ઓછા હાઇડ્રોજન અણુઓ હોય છે. એલ્કાઇન્સ સામાન્ય રીતે રેખીય અણુઓ હોય છે, પરંતુ તેઓ શાખાયુક્ત અથવા ચક્રીય પણ હોઈ શકે છે.

એલ્કાઇન્સના ગુણધર્મો

એલ્કાઇન્સ સામાન્ય રીતે રૂમના તાપમાને રંગહીન વાયુઓ અથવા પ્રવાહીઓ હોય છે. તેઓ પાણી કરતાં ઓછા ઘનતાવાળા હોય છે અને પાણીમાં અદ્રાવ્ય હોય છે. એલ્કાઇન્સ ખૂબ જ પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે અને સરળતાથી વિવિધ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈ શકે છે, જેમાં ઉમેરણ, અવેજીકરણ અને પોલિમરાઇઝેશનનો સમાવેશ થાય છે.

એલ્કાઇન્સની સલામતી

એલ્કાઇન્સ જ્વલનશીલ હોય છે અને શ્વાસ દ્વારા લેવામાં આવે તો ઝેરી હોઈ શકે છે. એલ્કાઇન્સ સાથે કામ કરતી વખતે સાવધાની રાખવી મહત્વપૂર્ણ છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• સારી હવાવાળા વિસ્તારમાં કામ કરવું: એલ્કાઇન્સનો ઉપયોગ સારી હવાવાળા વિસ્તારમાં કરવો જોઈએ જેથી તેના વરાળનો શ્વાસ દ્વારા સેવન ટાળી શકાય.
• સુરક્ષાત્મક કપડાં પહેરવા: એલ્કાઇન્સ સાથે કામ કરતી વખતે સુરક્ષાત્મક કપડાં, જેમાં દસ્તાણા અને ચશ્માનો સમાવેશ થાય છે, પહેરવા જોઈએ.
• ત્વચા અને આંખો સાથે સંપર્ક ટાળવો: એલ્કાઇન્સ ત્વચા અને આંખોમાં જલન પેદા કરી શકે છે. એલ્કાઇન્સ સાથે કામ કરતી વખતે ત્વચા અને આંખો સાથે સંપર્ક ટાળો.

એલ્કાઇન્સ એ વિવિધ ઉપયોગો સાથેનો બહુમુખી હાઇડ્રોકાર્બન વર્ગ છે. તેઓ ખૂબ જ પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે અને સરળતાથી વિવિધ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈ શકે છે. તેમની જ્વલનશીલતા અને ઝેરીલાપણાને કારણે એલ્કાઇન્સ સાથે કામ કરતી વખતે સાવધાની રાખવી મહત્વપૂર્ણ છે.

ઇથાઇનની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના#

ઇથાઇન, જેને એસિટિલીન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે રાસાયણિક સૂત્ર C₂H₂ સાથેનો એક સરળ હાઇડ્રોકાર્બન છે. તે કાર્બન-કાર્બન ટ્રિપલ બોન્ડ સાથેનો રેખીય અણુ છે. ઇથાઇનની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના પ્રમાણમાં સરળ છે, પરંતુ તે રાસાયણિક બંધનના કેટલાક મૂળભૂત સિદ્ધાંતોનું સારું ઉદાહરણ પૂરું પાડે છે.

આણ્વીય કક્ષકો#

ઇથાઇનની આણ્વીય કક્ષકોનું નિર્માણ પરમાણ્વીય કક્ષકોના રેખીય સંયોજન (LCAO) પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે. બંને કાર્બન પરમાણુઓ દરેક એક 2s કક્ષક અને એક 2p_z કક્ષક ફાળો આપે છે. 2s કક્ષકો એક બંધનકારી σ_g આણ્વીય કક્ષક બનાવે છે, જ્યારે 2p_z કક્ષકો બે અધોગામી π_u આણ્વીય કક્ષકો બનાવે છે. બાકીની બે 2p કક્ષકો (2p_x અને 2p_y) બંધનમાં ભાગ લેતી નથી.

ઇથાઇનનો આણ્વીય કક્ષક આકૃતિ નીચે બતાવેલ છે:

σ_g* (1s_u) π_u* (2p_x, 2p_y) π_u (2p_x, 2p_y) σ_g (2s)

σ_g આણ્વીય કક્ષક ઊર્જામાં સૌથી નીચી છે, ત્યારબાદ π_u આણ્વીય કક્ષકો આવે છે. σ_g* આણ્વીય કક્ષક ઊર્જામાં સૌથી ઊંચી છે.

બંધન#

ઇથાઇનમાં કાર્બન-કાર્બન ટ્રિપલ બોન્ડ બે sp સંકરિત કક્ષકોના આચ્છાદન દ્વારા રચાય છે. sp કક્ષકો એક 2s કક્ષક અને એક 2p_z કક્ષકના મિશ્રણ દ્વારા રચાય છે. sp કક્ષકો આંતરપરમાણ્વીય અક્ષ સાથે નિર્દેશિત હોય છે, અને તેઓ એક મજબૂત σ બંધન બનાવવા માટે આચ્છાદિત થાય છે.

ઇથાઇનમાં બે π બંધન બે 2p_x અને 2p_y કક્ષકોના આચ્છાદન દ્વારા રચાય છે. 2p_x અને 2p_y કક્ષકો આંતરપરમાણ્વીય અક્ષ પર લંબરૂપ હોય છે, અને તેઓ બે અધોગામી π બંધનો બનાવવા માટે આચ્છાદિત થાય છે.

ઇથાઇનમાં ટ્રિપલ બોન્ડ એકલ બોન્ડ અથવા ડબલ બોન્ડ કરતાં ઘણો મજબૂત હોય છે. આ એટલા માટે કારણ કે ટ્રિપલ બોન્ડમાં ત્રણ પરમાણ્વીય કક્ષકોનું આચ્છાદન સામેલ હોય છે, જ્યારે એકલ બોન્ડમાં માત્ર એક પરમાણ્વીય કક્ષકનું આચ્છાદન સામેલ હોય છે અને ડબલ બોન્ડમાં બે પરમાણ્વીય કક્ષકોનું આચ્છાદન સામેલ હોય છે.

ઉપયોગો#

ઇથાઇનનો ઉપયોગ વિવિધ ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં થાય છે. તેનો ઉપયોગ બળતણ તરીકે, અન્ય રસાયણોના ઉત્પાદન માટેની શરૂઆતની સામગ્રી તરીકે અને વેલ્ડિંગ ગેસ તરીકે થાય છે. ઇથાઇનનો ઉપયોગ પ્લાસ્ટિક, સિન્થેટિક રબર અને ફાર્માસ્યુટિકલ્સના ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે.

એલ્કીન્સનું નામકરણ#

એલ્કીન્સ એ હાઇડ્રોકાર્બન છે જેમાં ઓછામાં ઓછો એક કાર્બન-કાર્બન ડબલ બોન્ડ હોય છે. એલ્કીન્સ માટેની IUPAC નામકરણ પ્રણાલી નીચેના નિયમો પર આધારિત છે:

1. એલ્કીનનું મૂળ નામ સૌથી લાંબી કાર્બન શૃંખલામાંથી લેવામાં આવે છે જેમાં ડબલ બોન્ડ હોય છે.
2. સંયોજન એલ્કીન છે તે સૂચવવા માટે મૂળ નામમાં પ્રત્યય “-ઈન” ઉમેરવામાં આવે છે.
3. ડબલ બોન્ડનું સ્થાન પ્રત્યય પહેલાં મૂકવામાં આવેલી સંખ્યા દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. સંખ્યા તે કાર્બન પરમાણુને અનુરૂપ છે જ્યાંથી ડબલ બોન્ડ શરૂ થાય છે.
4. જો સંયોજનમાં બહુવિધ ડબલ બોન્ડ હોય, તો સંખ્યાઓ અલ્પવિરામથી અલગ કરવામાં આવે છે.
5. જો ડબલ બોન્ડ રિંગનો ભાગ હોય, તો રિંગને સાયક્લોએલ્કીન તરીકે નામ આપવામાં આવે છે.

એલ્કીન નામકરણના ઉદાહરણો#

• ઇથીન એ સૌથી સરળ એલ્કીન છે. તેમાં બે કાર્બન પરમાણુઓ અને એક ડબલ બોન્ડ હોય છે.
• પ્રોપીનમાં ત્રણ કાર્બન પરમાણુઓ અને એક ડબલ બોન્ડ હોય છે.
• 1-બ્યુટીનમાં ચાર કાર્બન પરમાણુઓ અને એક ડબલ બોન્ડ હોય છે જે કાર્બન પરમાણુ 1 પરથી શરૂ થાય છે.
• 2-બ્યુટીનમાં ચાર કાર્બન પરમાણુઓ અને એક ડબલ બોન્ડ હોય છે જે કાર્બન પરમાણુ 2 પરથી શરૂ થાય છે.
• સાયક્લોપેન્ટીન એ પાંચ-સભ્યીય રિંગ એલ્કીન છે.

અવેજિત એલ્કીન્સ#

એલ્કીન્સમાં અવેજીઓ પણ હોઈ શકે છે, જે પરમાણુઓ અથવા પરમાણુઓના સમૂહો છે જે કાર્બન શૃંખલા સાથે જોડાયેલા હોય છે. અવેજીઓને નીચેના નિયમો અનુસાર નામ આપવામાં આવે છે:

1. અવેજીને એલ્કીનના મૂળ નામના ઉપસર્ગ તરીકે નામ આપવામાં આવે છે.
2. ઉપસર્ગને મૂળ નામથી હાઇફન દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે.
3. જો બહુવિધ અવેજીઓ હોય, તો તેમને મૂળાક્ષર ક્રમમાં યાદી બનાવવામાં આવે છે.

અવેજિત એલ્કીન નામકરણના ઉદાહરણો#

• મિથાઇલપ્રોપીન એ મિથાઇલ અવેજી સાથેનું પ્રોપીન છે.
• 2-મિથાઇલ-1-બ્યુટીન એ કાર્બન પરમાણુ 2 પર મિથાઇલ અવેજી સાથેનું 1-બ્યુટીન છે.
• 3-ઇથાઇલ-2-પેન્ટીન એ કાર્બન પરમાણુ 3 પર ઇથાઇલ અવેજી સાથેનું 2-પેન્ટીન છે.

એલ્કીન્સ માટેની IUPAC નામકરણ પ્રણાલી આ સંયોજનોને નામ આપવાની એક વ્યવસ્થિત રીત છે. ઉપર દર્શાવેલ નિયમોનું પાલન કરીને, તમે કોઈપણ એલ્કીનને યોગ્ય રીતે નામ આપી શકો છો.

એલ્કાઇન્સના તૈયારીની પદ્ધતિઓ#

એલ્કાઇન્સ એ અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન છે જેમાં ઓછામાં ઓછો એક કાર્બન-કાર્બન ટ્રિપલ બોન્ડ હોય છે. તેમને સામાન્ય રીતે નીચેની પદ્ધતિઓ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે:

1. વિસિનલ ડાઇહેલાઇડ્સનું ડિહાઇડ્રોહેલોજેનેશન#

આ એલ્કાઇન્સ તૈયાર કરવાની સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ છે. તેમાં વિસિનલ ડાઇહેલાઇડમાં સંલગ્ન કાર્બન પરમાણુઓમાંથી બે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓને દૂર કરવાનો સમાવેશ થાય છે, જેના પરિણામે ટ્રિપલ બોન્ડની રચના થાય છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે એલ્કોહોલિક દ્રાવકમાં મજબૂત આધાર, જેમ કે પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અથવા સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, ઇથેનોલમાં પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સાથે 1,2-ડાઇબ્રોમોઇથેનના ડિહાઇડ્રોહેલોજેનેશનથી એસિટિલીન મળે છે:

$\ce{ CH2Br-CH2Br + 2 KOH → HC≡CH + 2 KBr + H2O }$

2. એલ્કાઇનોલ્સનું નિર્જલીકરણ#

એલ્કાઇનોલ્સ એલ્કોહોલ છે જેમાં ટ્રિપલ બોન્ડ હોય છે. તેમને વિવિધ પ્રક્રિયકો, જેમ કે સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ, ફોસ્ફરસ પેન્ટોક્સાઇડ અથવા થાયોનાઇલ ક્લોરાઇડનો ઉપયોગ કરીને એલ્કાઇન્સમાં નિર્જલીકૃત કરી શકાય છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે પ્રક્રિયકની હાજરીમાં એલ્કાઇનોલને ગરમ કરીને કરવામાં આવે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે 2-બ્યુટાઇન-1-ઓલના નિર્જલીકરણથી 2-બ્યુટાઇન મળે છે:

$\ce{ CH3-C≡C-CH2OH → CH3-C≡C-H + H2O }$

3. એલ્કાઇન્સમાં હાઇડ્રોજન હેલાઇડ્સનું ઉમેરણ#

એલ્કાઇન્સ હાઇડ્રોજન હેલાઇડ્સ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને એલ્કાઇલ હેલાઇડ્સ બનાવી શકે છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે નિષ્ક્રિય દ્રાવક, જેમ કે ડાઇઇથાઇલ ઈથર અથવા પેટ્રોલિયમ ઈથરમાં એલ્કાઇનના દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન હેલાઇડ વાયુને પસાર કરીને કરવામાં આવે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, એસિટિલીનમાં હાઇડ્રોજન બ્રોમાઇડનું ઉમેરણથી બ્રોમોઇથેન મળે છે:

$\ce{ HC≡CH + HBr → CH3-CH2Br }$

4. એલ્કાઇન્સનું હાઇડ્રોબોરેશન-ઓક્સિડેશન#

આ પદ્ધતિમાં એલ્કાઇનમાં બોરેન (BH3) નું ઉમેરણ, અને ત્યારબાદ પરિણામી ઓર્ગેનોબોરેનનું હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ (H2O2) અને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) સાથે ઓક્સિડેશનનો સમાવેશ થાય છે. પ્રતિક્રિયા એલ્ડિહાઇડ અથવા કીટોન આપે છે, જે એલ્કાઇનના અવેજીકરણ પેટર્ન પર આધારિત છે.

ઉદાહરણ તરીકે, 1-બ્યુટાઇનના હાઇડ્રોબોરેશન-ઓક્સિડેશનથી બ્યુટેનાલ મળે છે:

$\ce{ CH3-CH2-C≡CH + BH3 → CH3-CH2-CH2-CH2-B(OH)2\ CH3-CH2-CH2-CH2-B(OH)2 + H2O2 + NaOH → CH3-CH2-CH2-CHO + NaBO2 + H2O }$

5. ગ્લેસર કપલિંગ#

ગ્લેસર કપલિંગ એ બે ટર્મિનલ એલ્કાઇન્સ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા છે જે ડાઇસબસ્ટિટ્યુટેડ એલ્કાઇન બનાવે છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે કોપર(I) ઉદ્દીપકની હાજરીમાં કરવામાં આવે છે, જેમ કે કોપર(I) આયોડાઇડ (CuI).

ઉદાહરણ તરીકે, એસિટિલીનના બે અણુઓની ગ્લેસર કપલિંગથી ડાઇએસિટિલીન મળે છે:

$\ce{ 2 HC≡CH + 2 CuI → HC≡C-C≡CH + 2 CuI }$

6. સોનોગાશિરા કપલિંગ#

સોનોગાશિરા કપલિંગ એ ટર્મિનલ એલ્કાઇન અને એરાઇલ અથવા વિનાઇલ હેલાઇડ વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા છે જે અવેજિત એલ્કાઇન બનાવે છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે પેલેડિયમ(0) ઉદ્દીપકની હાજરીમાં કરવામાં આવે છે, જેમ કે ટેટ્રાકિસ(ટ્રાઇફિનાઇલફોસ્ફિન)પેલેડિયમ(0) $\ce{(Pd(PPh3)4)}$.

ઉદાહરણ તરીકે, એસિટિલીન અને આયોડોબેન્ઝીનની સોનોગાશિરા કપલિંગથી ફિનાઇલએસિટિલીન મળે છે:

$\ce{ HC≡CH + C6H5I + Pd(PPh3)4 → C6H5-C≡CH + 2 PPh3 + HI }$

7. હેક પ્રતિક્રિયા#

હેક પ્રતિક્રિયા એ એરાઇલ અથવા વિનાઇલ હેલાઇડ અને એલ્કીન અથવા એલ્કાઇન વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા છે જે અવેજિત એલ્કીન અથવા એલ્કાઇન બનાવે છે. પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે પેલેડિયમ(0) ઉદ્દીપકની હાજરીમાં કરવામાં આવે છે, જેમ કે ટેટ્રાકિસ(ટ્રાઇફિનાઇલફોસ્ફિન)પેલેડિયમ(0) $\ce{(Pd(PPh3)4)}$.

ઉદાહરણ તરીકે, આયોડોબેન્ઝીન અને એસિટિલીનની હેક પ્રતિક્રિયાથી સ્ટાયરીન મળે છે:

$\ce{ C6H5I + HC≡CH + Pd(PPh3)4 → C6H5-CH=CH2 + 2 PPh3 + HI }$

એલ્કાઇન્સના ભૌતિક ગુણધર્મો#

એલ્કાઇન્સના ભૌતિક ગુણધર્મો તેમની આણ્વીય રચના અને અણુમાં કાર્બન પરમાણુઓની સંખ્યા પર આધારિત છે. એલ્કાઇન્સના કેટલાક મુખ્ય ભૌતિક ગુણધર્મોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

1. ઉત્કલનબિંદુ: સમાન આણ્વીય વજનવાળા એલ્કેન્સ અને એલ્કીન્સની તુલનામાં એલ્કાઇન્સના ઉત્કલનબિંદુ ઓછા હોય છે. આ એટલા માટે કારણ કે કાર્બન-કાર્બન ટ્રિપલ બોન્ડની રેખીય આકૃતિને કારણે એલ્કાઇન્સમાં નબળા આંતરઆણ્વીય બળ હોય છે.

2. ગલનબિંદુ: સમાન આણ્વીય વજનવાળા એલ્કેન્સ અને એલ્કીન્સની તુલનામાં એલ્કાઇન્સના ગલનબિંદુ ઓછા હોય છે. આ પણ એલ્કાઇન્સમાં નબળા આંતરઆણ્વીય બળને કારણે છે.

3. ઘનતા: સમાન આણ્વીય વજનવાળા એલ્કેન્સ અને એલ્કીન્સની તુલનામાં એલ્કાઇન્સની ઘનતા ઓછી હોય છે. આ એટલા માટે કારણ કે એલ્કાઇન્સનું આણ્વીય વજન ઓછું હોય છે અને નબળા આંતરઆણ્વીય બળ હોય છે.

4. દ્રાવ્યતા: સમાન આણ્વીય વજનવાળા એલ્કેન્સ અને એલ્કીન્સની તુલનામાં એલ્કાઇન્સ પાણીમાં ઓછા દ્રાવ્ય હોય છે. આ એટલા માટે કારણ કે એલ્કાઇન્સ અધ્રુવીય અણુઓ હોય છે, જ્યારે પાણી ધ્રુવીય અણુ હોય છે.

5. જ્વલનશીલતા: એલ્કાઇન્સ ખૂબ જ્વલનશીલ હોય છે અને કાળા ધુમાડા સાથે બળે છે. આ એટલા માટે કારણ કે એલ્કાઇન્સમાં ઊંચો કાર્બન-થી-હાઇડ્રોજન ગુણોત્તર અને ઊંચી ઊર્જા સામગ્રી હોય છે.

એલ્કાઇન્સના ભૌતિક ગુણધર્મો તેમની આણ્વીય રચના અને અણુમાં કાર્બન પરમાણુઓની સંખ્યા દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. સમાન આણ્વીય વજનવાળા એલ્કેન્સ અને એલ્કીન્સની તુલનામાં એલ્કાઇન