రసాయన శాస్త్రం ఆల్కీన్లు

ఆల్కీన్లు అంటే ఏమిటి?#

ఆల్కీన్లు హైడ్రోకార్బన్ల యొక్క ఒక తరగతి, ఇవి కనీసం ఒక కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటాయి. ఇవి అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు, అంటే వాటికి సంబంధిత ఆల్కేన్ కంటే తక్కువ హైడ్రోజన్ పరమాణువులు ఉంటాయి. ఆల్కీన్లు సాధారణంగా ఆల్కేన్ల కంటే ఎక్కువ రియాక్టివ్గా ఉంటాయి, మరియు అవి అదనం, ప్రతిక్షేపణ మరియు పాలిమరీకరణతో సహా వివిధ రకాల రసాయన ప్రతిచర్యలకు గురి కాగలవు.

ఆల్కీన్ల లక్షణాలు#

ఆల్కీన్లు సాధారణంగా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రంగులేని వాయువులు లేదా ద్రవాలుగా ఉంటాయి. అవి నీటిలో కరగవు, కానీ సేంద్రియ ద్రావకాలలో కరుగుతాయి. ఆల్కీన్లకు ఒక ప్రత్యేకమైన వాసన ఉంటుంది, దీనిని తరచుగా “మధురం” లేదా “పండు వాసన"గా వర్ణిస్తారు.

ఆల్కీన్లోని కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్, ఆల్కేన్లోని కార్బన్-కార్బన్ సింగిల్ బాండ్ కంటే చిన్నది మరియు బలమైనది. బాండ్ పొడవు మరియు బలంలోని ఈ వ్యత్యాసం డబుల్ బాండ్ రెండు జతల ఎలక్ట్రాన్ల భాగస్వామ్యాన్ని కలిగి ఉండడం వల్ల ఏర్పడుతుంది, అయితే సింగిల్ బాండ్ ఒక జత ఎలక్ట్రాన్ల భాగస్వామ్యాన్ని మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది.

ఆల్కీన్లోని డబుల్ బాండ్ కూడా అణువును ఆల్కేన్ కంటే ఎక్కువ రియాక్టివ్గా చేస్తుంది. ఎందుకంటే డబుల్ బాండ్ ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత స్థానం, దీనిపై ఇతర అణువులు దాడి చేయగలవు.

ఆల్కీన్ల నామకరణం#

ఆల్కీన్ల కోసం IUPAC నామకరణ వ్యవస్థ ఈ క్రింది నియమాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

• ఆల్కీన్ యొక్క మూల పేరు డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉన్న పొడవైన కార్బన్ గొలుసులోని కార్బన్ పరమాణువుల సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
• అణువు ఆల్కీన్ అని సూచించడానికి మూల పేరుకు “-ఈన్” ప్రత్యయం జోడించబడుతుంది.
• డబుల్ బాండ్ యొక్క స్థానం ఒక సంఖ్య ద్వారా సూచించబడుతుంది. ఈ సంఖ్య “-ఈన్” ప్రత్యయానికి ముందు ఉంచబడుతుంది మరియు ఇది డబుల్ బాండ్ ప్రారంభమయ్యే కార్బన్ పరమాణువును సూచిస్తుంది.

ఉదాహరణకు, $\ce{CH2=CH2}$ అణుసూత్రం కలిగిన ఆల్కీన్ను “ఈథీన్” అంటారు. $\ce{CH3CH=CH2}$ అణుసూత్రం కలిగిన ఆల్కీన్ను “ప్రొపీన్” అంటారు.

ఆల్కీన్ల ప్రతిచర్యలు#

ఆల్కీన్లు అదనం, ప్రతిక్షేపణ మరియు పాలిమరీకరణతో సహా వివిధ రకాల రసాయన ప్రతిచర్యలకు గురి కాగలవు.

అదనం ప్రతిచర్యలు అనేవి రెండు అణువులు డబుల్ బాండ్కు జోడించబడి ఒకే ఉత్పత్తిని ఏర్పరిచే ప్రతిచర్యలు. అత్యంత సాధారణ రకం అదనం ప్రతిచర్య హైడ్రోజనీకరణ, ఇది ఆల్కేన్ను ఏర్పరచడానికి ఆల్కీన్తో హైడ్రోజన్ వాయువు యొక్క ప్రతిచర్య.

ప్రతిక్షేపణ ప్రతిచర్యలు అనేవి డబుల్ బాండ్పై ఉన్న హైడ్రోజన్ పరమాణువులలో ఒకటి మరొక పరమాణువు లేదా పరమాణువుల సమూహంతో భర్తీ చేయబడే ప్రతిచర్యలు. అత్యంత సాధారణ రకం ప్రతిక్షేపణ ప్రతిచర్య హాలోజనీకరణ, ఇది హాలోఆల్కేన్ను ఏర్పరచడానికి ఆల్కీన్తో హాలోజన్ వాయువు యొక్క ప్రతిచర్య.

పాలిమరీకరణ ప్రతిచర్యలు అనేవి ఆల్కీన్ యొక్క బహుళ అణువులు కలిసి పాలిమర్ను ఏర్పరిచే ప్రతిచర్యలు. అత్యంత సాధారణ రకం పాలిమరీకరణ ప్రతిచర్య అదనం పాలిమరీకరణ, ఇది పాలిమర్ను ఏర్పరచడానికి ఉత్ప్రేరకంతో ఆల్కీన్ యొక్క ప్రతిచర్య.

ఈథీన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం#

ఈథీన్, ఇథిలీన్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది C₂H₄ రసాయన సూత్రం కలిగిన సరళ హైడ్రోకార్బన్. ఇది సరళమైన ఆల్కీన్, మరియు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రంగులేని వాయువు. ఈథీన్ ఒక ముఖ్యమైన పారిశ్రామిక రసాయనం, మరియు ప్లాస్టిక్లు, ద్రావకాలు మరియు ఇంధనాలు వంటి వివిధ ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ఈథీన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణాన్ని మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి అర్థం చేసుకోవచ్చు. మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ సిద్ధాంతం అణువులోని ఎలక్ట్రాన్లను తరంగాలలో కదులుతున్నట్లుగా వివరిస్తుంది, మరియు ఈ తరంగాల ఆకారం అణువు యొక్క లక్షణాలను నిర్ణయిస్తుంది.

ఈథీన్ యొక్క మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్స్#

ఈథీన్ యొక్క మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్స్ను రెండు రకాలుగా విభజించవచ్చు: బాండింగ్ ఆర్బిటల్స్ మరియు యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటల్స్. బాండింగ్ ఆర్బిటల్స్ అనేవి అవి ఏర్పడిన పరమాణు ఆర్బిటల్ల కంటే తక్కువ శక్తిని కలిగి ఉండే ఆర్బిటల్లు, మరియు అవి పరమాణువులను కలిపి ఉంచుతాయి. యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటల్స్ అనేవి అవి ఏర్పడిన పరమాణు ఆర్బిటల్ల కంటే ఎక్కువ శక్తిని కలిగి ఉండే ఆర్బిటల్లు, మరియు అవి పరమాణువులను వేరు చేయడానికి ఉత్తేజపరుస్తాయి.

ఈథీన్ యొక్క బాండింగ్ ఆర్బిటల్స్ రెండు కార్బన్ పరమాణువుల 2s ఆర్బిటల్లు మరియు నాలుగు హైడ్రోజన్ పరమాణువుల 1s ఆర్బిటల్ల అతిపాతం ద్వారా ఏర్పడతాయి. ఈథీన్ యొక్క యాంటీబాండింగ్ ఆర్బిటల్స్ రెండు కార్బన్ పరమాణువుల 2p ఆర్బిటల్ల అతిపాతం ద్వారా ఏర్పడతాయి.

పై బాండ్లు#

ఈథీన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంలోని అత్యంత ముఖ్యమైన లక్షణం రెండు కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య పై బాండ్ ఉండటం. పై బాండ్ అనేది రెండు p ఆర్బిటల్ల అతిపాతం ద్వారా ఏర్పడే సమయోజనీయ బంధం. ఈథీన్లోని పై బాండ్ రెండు కార్బన్ పరమాణువుల 2p_z ఆర్బిటల్ల అతిపాతం ద్వారా ఏర్పడుతుంది.

ఈథీన్లోని పై బాండ్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు కార్బన్ పరమాణువులను బంధించే సిగ్మా బాండ్ల కంటే బలహీనంగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే పై బాండ్ రెండు p ఆర్బిటల్ల అతిపాతం ద్వారా ఏర్పడుతుంది, ఇవి సిగ్మా బాండ్లను ఏర్పరిచే s ఆర్బిటల్ల వలె బలంగా దిశాత్మకంగా ఉండవు.

ఈథీన్లోని పై బాండ్ కూడా అణువు యొక్క రియాక్టివిటీకి బాధ్యత వహిస్తుంది. పై బాండ్ సులభంగా విచ్ఛిన్నమవుతుంది, మరియు ఇది ఈథీన్ వివిధ ఇతర అణువులతో ప్రతిస్పందించడానికి అనుమతిస్తుంది.

ఈథీన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం అణువు యొక్క లక్షణాలు మరియు రియాక్టివిటీకి బాధ్యత వహిస్తుంది. రెండు కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య ఉన్న పై బాండ్ ఈథీన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంలోని అత్యంత ముఖ్యమైన లక్షణం, మరియు ఇది అణువు యొక్క రియాక్టివిటీకి బాధ్యత వహిస్తుంది.

ఆల్కీన్లలో ఐసోమెరిజం#

ఆల్కీన్లు కనీసం ఒక కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉండే హైడ్రోకార్బన్లు. అవి నిర్మాణ ఐసోమర్లు లేదా స్టీరియోఐసోమర్లుగా వర్గీకరించబడతాయి.

నిర్మాణ ఐసోమెరిజం#

నిర్మాణ ఐసోమర్లు ఒకే అణుసూత్రం కానీ విభిన్న నిర్మాణ సూత్రాలను కలిగి ఉండే సమ్మేళనాలు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, అవి ఒకే సంఖ్య మరియు రకం పరమాణువులను కలిగి ఉంటాయి, కానీ పరమాణువులు విభిన్నంగా అమర్చబడి ఉంటాయి.

ఉదాహరణకు, బ్యూటీన్కు రెండు నిర్మాణ ఐసోమర్లు ఉన్నాయి:

• 1-బ్యూటీన్: $\ce{CH3-CH2-CH=CH2}$
• 2-బ్యూటీన్: $\ce{CH3-CH=CH-CH3}$

1-బ్యూటీన్లో మొదటి మరియు రెండవ కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య డబుల్ బాండ్ ఉంటుంది, అయితే 2-బ్యూటీన్లో రెండవ మరియు మూడవ కార్బన్ పరమాణువుల మధ్య డబుల్ బాండ్ ఉంటుంది.

స్టీరియోఐసోమెరిజం#

స్టీరియోఐసోమర్లు ఒకే అణుసూత్రం మరియు ఒకే నిర్మాణ సూత్రం కలిగి ఉండి, కానీ పరమాణువుల విభిన్న ప్రాదేశిక అమరికలను కలిగి ఉండే సమ్మేళనాలు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, అవి ఒకే సంఖ్య మరియు రకం పరమాణువులను కలిగి ఉంటాయి, మరియు పరమాణువులు ఒకే క్రమంలో అమర్చబడి ఉంటాయి, కానీ అవి అంతరాళంలో విభిన్నంగా ఉంటాయి.

స్టీరియోఐసోమర్లకు రెండు రకాలు ఉన్నాయి:

• సిస్ ఐసోమర్లు: సిస్ ఐసోమర్లు డబుల్ బాండ్ యొక్క ఒకే వైపు ఒకే రెండు సమూహాలను కలిగి ఉంటాయి.
• ట్రాన్స్ ఐసోమర్లు: ట్రాన్స్ ఐసోమర్లు డబుల్ బాండ్ యొక్క వ్యతిరేక వైపులా ఒకే రెండు సమూహాలను కలిగి ఉంటాయి.

ఉదాహరణకు, 2-బ్యూటీన్కు రెండు స్టీరియోఐసోమర్లు ఉన్నాయి:

• సిస్-2-బ్యూటీన్: $\ce{CH3-CH=CH-CH3}$ (రెండు మిథైల్ సమూహాలు డబుల్ బాండ్ యొక్క ఒకే వైపు ఉంటాయి)
• ట్రాన్స్-2-బ్యూటీన్: $\ce{CH3-CH=CH-CH3}$ (రెండు మిథైల్ సమూహాలు డబుల్ బాండ్ యొక్క వ్యతిరేక వైపులా ఉంటాయి)

ఐసోమెరిజం యొక్క ప్రాముఖ్యత#

ఐసోమెరిజం ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే ఇది సమ్మేళనాల లక్షణాలను ప్రభావితం చేయగలదు. ఉదాహరణకు, సిస్ మరియు ట్రాన్స్ ఐసోమర్లు విభిన్న బాష్పీభవన స్థానాలు, ద్రవీభవన స్థానాలు మరియు రియాక్టివిటీలను కలిగి ఉండవచ్చు. పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో, అలాగే మందులు మరియు ఇతర రసాయనాల రూపకల్పనలో ఇది ముఖ్యమైనది కావచ్చు.

ఆల్కీన్ల నామకరణం#

ఆల్కీన్లు కనీసం ఒక కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉండే హైడ్రోకార్బన్లు. ఆల్కీన్ల కోసం IUPAC నామకరణ వ్యవస్థ ఈ క్రింది నియమాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

1. ఆల్కీన్ యొక్క మూల పేరు డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉన్న పొడవైన కార్బన్ గొలుసు నుండి ఉద్భవించింది.
2. సమ్మేళనం ఆల్కీన్ అని సూచించడానికి మూల పేరుకు “-ఈన్” ప్రత్యయం జోడించబడుతుంది.
3. డబుల్ బాండ్ యొక్క స్థానం ప్రత్యయానికి ముందు ఉంచబడిన సంఖ్య ద్వారా సూచించబడుతుంది. ఈ సంఖ్య డబుల్ బాండ్ ప్రారంభమయ్యే కార్బన్ పరమాణువుకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
4. సమ్మేళనంలో బహుళ డబుల్ బాండ్లు ఉంటే, సంఖ్యలు కామాలతో వేరు చేయబడతాయి.
5. డబుల్ బాండ్ రింగ్ యొక్క భాగమైతే, రింగ్ను సైక్లోఆల్కీన్గా పేర్కొంటారు.

ఆల్కీన్ నామకరణం యొక్క ఉదాహరణలు#

• ఈథీన్ సరళమైన ఆల్కీన్. దీనికి రెండు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు ఒక డబుల్ బాండ్ ఉంటాయి.
• ప్రొపీన్ మూడు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు ఒక డబుల్ బాండ్ కలిగి ఉంటుంది.
• 1-బ్యూటీన్ నాలుగు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు కార్బన్ పరమాణువు 1 వద్ద ప్రారంభమయ్యే ఒక డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటుంది.
• 2-బ్యూటీన్ నాలుగు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు కార్బన్ పరమాణువు 2 వద్ద ప్రారంభమయ్యే ఒక డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటుంది.
• సైక్లోపెంటీన్ ఐదు-సభ్యుల రింగ్ ఆల్కీన్.

ప్రతిక్షేపిత ఆల్కీన్లు#

ఆల్కీన్లు ప్రతిక్షేపకాలను కూడా కలిగి ఉండవచ్చు, ఇవి కార్బన్ గొలుసుకు జోడించబడిన పరమాణువులు లేదా పరమాణువుల సమూహాలు. ప్రతిక్షేపకాలు ఈ క్రింది నియమాల ప్రకారం పేరు పెట్టబడతాయి:

1. ప్రతిక్షేపకం ఆల్కీన్ యొక్క మూల పేరుకు ఉపసర్గగా పేరు పెట్టబడుతుంది.
2. ఉపసర్గ మూల పేరు నుండి హైఫన్తో వేరు చేయబడుతుంది.
3. బహుళ ప్రతిక్షేపకాలు ఉంటే, అవి అక్షర క్రమంలో జాబితా చేయబడతాయి.

ప్రతిక్షేపిత ఆల్కీన్ నామకరణం యొక్క ఉదాహరణలు#

• మిథైల్ప్రొపీన్ మిథైల్ ప్రతిక్షేపకం కలిగిన ప్రొపీన్.
• 2-మిథైల్-1-బ్యూటీన్ కార్బన్ పరమాణువు 2 వద్ద మిథైల్ ప్రతిక్షేపకం కలిగిన 1-బ్యూటీన్.
• 3-ఇథైల్-2-పెంటీన్ కార్బన్ పరమాణువు 3 వద్ద ఇథైల్ ప్రతిక్షేపకం కలిగిన 2-పెంటీన్.

ఆల్కీన్ల కోసం IUPAC నామకరణ వ్యవస్థ ఈ సమ్మేళనాలను పేరు పెట్టడానికి ఒక క్రమబద్ధమైన మార్గం. పైన వివరించిన నియమాలను అనుసరించడం ద్వారా, మీరు ఏదైనా ఆల్కీన్ను సరిగ్గా పేరు పెట్టవచ్చు.

ఆల్కీన్ల తయారీ పద్ధతులు#

ఆల్కీన్లు కనీసం ఒక కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉండే అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు. అవి పాలిమర్లు, ఇంధనాలు మరియు ద్రావకాలు వంటి వివిధ సేంద్రియ సమ్మేళనాలకు ముఖ్యమైన ప్రారంభ పదార్థాలు. ఆల్కీన్లను తయారు చేయడానికి అనేక పద్ధతులు ఉన్నాయి, ప్రతి ఒక్కటి దాని స్వంత ప్రయోజనాలు మరియు ప్రతికూలతలను కలిగి ఉంటాయి.

1. ఆల్కహాల్ల నిర్జలీకరణం#

ఆల్కీన్లను తయారు చేయడానికి అత్యంత సాధారణ పద్ధతులలో ఒకటి ఆల్కహాల్ల నిర్జలీకరణం. ఈ ప్రతిచర్యలో ఆల్కహాల్ నుండి నీటి అణువు తొలగించబడి ఆల్కీన్ ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం లేదా ఫాస్ఫోరిక్ ఆమ్లం వంటి ఆమ్లం ద్వారా ఉత్ప్రేరకం చేయబడుతుంది.

ఆల్కహాల్ల నిర్జలీకరణను వివిధ మార్గాల్లో నిర్వహించవచ్చు. ఒక సాధారణ పద్ధతి సీల్డ్ ట్యూబ్లో కేంద్రీకృత ఆమ్లంతో ఆల్కహాల్ను వేడి చేయడం. మరొక పద్ధతి వేడి చేసిన ఉత్ప్రేరకం, ఉదాహరణకు అల్యూమినా లేదా సిలికా జెల్ పై ఆల్కహాల్ ఆవిరిని పంపడం.

ఆల్కహాల్ల నిర్జలీకరణం సాపేక్షంగా సరళమైన మరియు చౌకైన ప్రతిచర్య, మరియు ఇది వివిధ రకాల ఆల్కీన్లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. అయితే, ఈ ప్రతిచర్య ఈథర్లు మరియు ఎస్టర్లు వంటి అవాంఛిత ఉప ఉత్పత్తులను కూడా ఉత్పత్తి చేయగలదు.

2. ఆల్కేన్ల క్రాకింగ్#

ఆల్కీన్లను తయారు చేయడానికి మరొక సాధారణ పద్ధతి ఆల్కేన్ల క్రాకింగ్. ఈ ప్రతిచర్యలో రెండు చిన్న ఆల్కీన్లను ఏర్పరచడానికి ఆల్కేన్లోని కార్బన్-కార్బన్ బాండ్ విచ్ఛిన్నం కావడం ఉంటుంది. ఆల్కేన్ల క్రాకింగ్ సాధారణంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతలు మరియు పీడనాల వద్ద నిర్వహించబడుతుంది, మరియు ఇది తరచుగా గ్యాసోలిన్ మరియు ఇతర ఇంధనాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.

ఆల్కేన్ల క్రాకింగ్ను వివిధ మార్గాల్లో నిర్వహించవచ్చు. ఒక సాధారణ పద్ధతి జియోలైట్ వంటి ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో ఆల్కేన్ను అధిక ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేయడం. మరొక పద్ధతి వేడి చేసిన లోహ ఉపరితలం పై ఆల్కేన్ ఆవిరిని పంపడం.

ఆల్కేన్ల క్రాకింగ్ సాపేక్షంగా చౌకైన ప్రతిచర్య, మరియు ఇది వివిధ రకాల ఆల్కీన్లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. అయితే, ఈ ప్రతిచర్య కోక్ మరియు టార్ వంటి అవాంఛిత ఉప ఉత్పత్తులను కూడా ఉత్పత్తి చేయగలదు.

3. ఆల్కీన్ల ఆల్కైలేషన్#

ఆల్కీన్లను ఆల్కీన్ల ఆల్కైలేషన్ ద్వారా కూడా తయారు చేయవచ్చు. ఈ ప్రతిచర్యలో కొత్త ఆల్కీ