ଅଧ୍ୟାୟ ୪: କାର୍ବନ ଓ ଏହାର ଯୌଗିକ (Carbon and its Compounds) 💎🛢️

୪.୧ କାର୍ବନର ବନ୍ଧନ: ସହସଂଯୋଜ୍ୟ ବନ୍ଧ (Covalent Bond)

କାର୍ବନର ପରମାଣୁ କ୍ରମାଙ୍କ ହେଉଛି ୬ । ଏହାର ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ସଂରଚନା ହେଉଛି ୨, ୪ । ଏହା ନିଷ୍କ୍ରିୟ ଗ୍ୟାସ୍ ସଂରଚନା ପ୍ରାପ୍ତ କରିବା ପାଇଁ ୪ଟି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଦାନ କରିପାରିବ ନାହିଁ (କାରଣ ଏଥିପାଇଁ ଅତ୍ୟଧିକ ଶକ୍ତି ଦରକାର) କିମ୍ବା ୪ଟି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଗ୍ରହଣ କରିପାରିବ ନାହିଁ (କାରଣ ୬ଟି ପ୍ରୋଟନ୍ ପାଇଁ ୧୦ଟି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍‌କୁ ଧରି ରଖିବା କଷ୍ଟକର) ।

ତେଣୁ, କାର୍ବନ ଅନ୍ୟ ପରମାଣୁ ସହ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଭାଗ (Share) କରି ବନ୍ଧ ଗଠନ କରେ । ଏହାକୁ ସହସଂଯୋଜ୍ୟ ବନ୍ଧ କୁହାଯାଏ ।

କେତୋଟି ସରଳ ଅଣୁର ଗଠନ:

1. ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ($H_2$): ଏକବନ୍ଧ (Single Bond) - $H-H$
2. ଅମ୍ଳଜାନ ($O_2$): ଦ୍ୱିବନ୍ଧ (Double Bond) - $O=O$
3. ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍ ($N_2$): ତ୍ରିବନ୍ଧ (Triple Bond) - $N \equiv N$
4. ମିଥେନ୍ ($CH_4$): କାର୍ବନର ୪ଟି ଯୋଜ୍ୟତା ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ୪ଟି ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ସହ ଭାଗ ହୁଏ ।

୪.୨ କାର୍ବନର ବହୁରୂପୀ (Allotropes of Carbon) ✨

କାର୍ବନ ପ୍ରକୃତିରେ ବିଭିନ୍ନ ରୂପରେ ମିଳେ, ଯାହାର ଭୌତିକ ଧର୍ମ ଅଲଗା କିନ୍ତୁ ରାସାୟନିକ ଧର୍ମ ସମାନ ।

୪.୩ କାର୍ବନର ସର୍ବଗୁଣଧାରୀ ପ୍ରକୃତି (Versatile Nature of Carbon)

କାର୍ବନ କାହିଁକି ଏତେ ସଂଖ୍ୟକ ଯୌଗିକ ଗଠନ କରେ?

1. ଶୃଙ୍ଖଳୀକରଣ (Catenation): କାର୍ବନ ପରମାଣୁ ନିଜ ନିଜ ମଧ୍ୟରେ ବନ୍ଧ ସୃଷ୍ଟି କରି ଲମ୍ବା ଶିକୁଳି (Chain), ଶାଖାୟିତ ଶିକୁଳି (Branched) କିମ୍ବା ବଳୟ (Ring) ଗଠନ କରିପାରେ ।
2. ଚତୁଃଯୋଜ୍ୟତା (Tetravalency): କାର୍ବନର ଯୋଜ୍ୟତା ୪ ହୋଇଥିବାରୁ ଏହା କାର୍ବନ, ଅମ୍ଳଜାନ, ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍, ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍ ଆଦି ୪ଟି ପରମାଣୁ ସହ ବନ୍ଧ ଗଠନ କରିପାରେ ।

୪.୪ ପୃକ୍ତ ଓ ଅପୃକ୍ତ ହାଇଡ୍ରୋକାର୍ବନ (Saturated and Unsaturated Hydrocarbons)

୪.୫ କାର୍ଯ୍ୟକାରୀ ମଣ୍ଡଳୀ (Functional Groups) 🧪

ହାଇଡ୍ରୋକାର୍ବନ ଶୃଙ୍ଖଳରେ ହାଇଡ୍ରୋଜେନକୁ ବିସ୍ଥାପିତ କରୁଥିବା ପରମାଣୁ ବା ପରମାଣୁ ଗୁଚ୍ଛକୁ କାର୍ଯ୍ୟକାରୀ ମଣ୍ଡଳୀ କୁହାଯାଏ ।

୪.୬ ସମଗୋତ୍ରୀୟ ଶ୍ରେଣୀ (Homologous Series)

ଯୌଗିକମାନଙ୍କର ଏକ ଶ୍ରେଣୀ ଯେଉଁଥିରେ ସମାନ କାର୍ଯ୍ୟକାରୀ ମଣ୍ଡଳୀ ଥାଏ ଏବଂ ପାଖାପାଖି ଦୁଇଟି ଯୌଗିକ ମଧ୍ୟରେ $-CH_2-$ ର ତଫାତ୍ ଥାଏ ।

• ଉଦାହରଣ: ଆଲକେନ୍ ଶ୍ରେଣୀ ($CH_4, C_2H_6, C_3H_8 ...$)
• ଏମାନଙ୍କର ରାସାୟନିକ ଧର୍ମ ସମାନ କିନ୍ତୁ ଭୌତିକ ଧର୍ମ (ଯଥା ଗଳନାଙ୍କ, ସ୍ଫୁଟନାଙ୍କ) କ୍ରମାନ୍ୱୟରେ ବଢ଼େ ।

୪.୭ କାର୍ବନ ଯୌଗିକର ରାସାୟନିକ ଧର୍ମ 🔥

୧. ଦହନ (Combustion): କାର୍ବନ ଯୌଗିକଗୁଡିକ ଅମ୍ଳଜାନରେ ଜଳିଲେ ପ୍ରଚୁର ତାପ ଓ ଆଲୋକ ସହ $CO_2$ ଓ $H_2O$ ଦିଅନ୍ତି । $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \text{ତାପ ଓ ଆଲୋକ}$

୨. ଜାରଣ (Oxidation): ଆଲକୋହଲକୁ କ୍ଷାରୀୟ $KMnO_4$ କିମ୍ବା ଅମ୍ଳୀୟ $K_2Cr_2O_7$ ସହ ଗରମ କଲେ ତାହା କାର୍ବୋକ୍ସିଲିକ୍ ଏସିଡ୍‌ରେ ପରିଣତ ହୁଏ । $CH_3CH_2OH \xrightarrow{\text{କ୍ଷାରୀୟ } KMnO_4 + \text{ତାପ}} CH_3COOH$

୩. ଯୋଗଶୀଳ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା (Addition Reaction): ଅପୃକ୍ତ ହାଇଡ୍ରୋକାର୍ବନ (ଯଥା ତେଲ) ନିକେଲ୍ (Ni) କାଟାଲିଷ୍ଟ ଉପସ୍ଥିତିରେ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଗ୍ରହଣ କରି ପୃକ୍ତ ହାଇଡ୍ରୋକାର୍ବନ (ବନସ୍ପତି ଘିଅ) ରେ ପରିଣତ ହୁଏ । $\text{ଉଦ୍ଭିଦ ତେଲ} + H_2 \xrightarrow{Ni} \text{ବନସ୍ପତି ଘିଅ}$ (ସ୍ୱାସ୍ଥ୍ୟ ପାଇଁ ଅପୃକ୍ତ ତେଲ ଭଲ, କିନ୍ତୁ ପୃକ୍ତ ଚର୍ବି/ଘିଅ କ୍ଷତିକାରକ)

୪. ପ୍ରତିସ୍ଥାପନ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା (Substitution Reaction): ସୂର୍ଯ୍ୟାଲୋକ ଉପସ୍ଥିତିରେ କ୍ଲୋରିନ୍, ମିଥେନ୍‌ରୁ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍‌କୁ ଗୋଟିଏ ପରେ ଗୋଟିଏ ବିସ୍ଥାପିତ କରେ । $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{\text{ସୂର୍ଯ୍ୟାଲୋକ}} CH_3Cl + HCl$

୪.୮ କେତୋଟି ମୁଖ୍ୟ କାର୍ବନ ଯୌଗିକ

(କ) ଇଥାନଲ୍ (Ethanol - $C_2H_5OH$) 🍷

• ଧର୍ମ: ଏହା ଏକ ବର୍ଣ୍ଣହୀନ ତରଳ, ଉତ୍ତମ ଦ୍ରାବକ ଏବଂ ନିଶାଦ୍ରବ୍ୟ ।
• ସୋଡିୟମ୍ ସହ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା: $2Na + 2CH_3CH_2OH \rightarrow 2CH_3CH_2O^-Na^+ (\text{ସୋଡିୟମ୍ ଇଥକ୍ସାଇଡ୍}) + H_2$
• ନିର୍ଜଳୀକରଣ (Dehydration): ଗାଢ଼ $H_2SO_4$ ସହ ଗରମ କଲେ ଜଳ ଅଣୁ ହରାଇ ଇଥିନ୍ ($C_2H_4$) ହୁଏ ।

(ଖ) ଇଥାନୋଇକ୍ ଏସିଡ୍ (Ethanoic Acid - $CH_3COOH$) 🍋

• ଏହାକୁ ଏସିଟିକ୍ ଏସିଡ୍ ମଧ୍ୟ କୁହାଯାଏ । ଏହାର ୫-୮% ଦ୍ରବଣକୁ ଭିନେଗାର (Vinegar) କୁହାଯାଏ ।
• ଏଷ୍ଟରୀକରଣ (Esterification): ଏସିଡ୍ ଓ ଆଲକୋହଲ ମିଶିଲେ ସୁଗନ୍ଧିତ ଏଷ୍ଟର୍ ତିଆରି ହୁଏ । $CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow{H^+} CH_3COOC_2H_5 (\text{ଏଷ୍ଟର୍}) + H_2O$
• ସାବୁନୀକରଣ (Saponification): ଏଷ୍ଟରକୁ କ୍ଷାର (NaOH) ସହ ମିଶାଇଲେ ପୁଣି ଆଲକୋହଲ ଓ ସାବୁନ (କାର୍ବୋକ୍ସିଲିକ୍ ଏସିଡର ସୋଡିୟମ୍ ଲବଣ) ମିଳେ ।

୪.୯ ସାବୁନ ଓ ଡିଟରଜେଣ୍ଟ (Soap and Detergent) 🧼

ସାବୁନର ସଫେଇ କାର୍ଯ୍ୟ: ସାବୁନ ଅଣୁର ଦୁଇଟି ଅଂଶ ଥାଏ:

1. ଜଳାକର୍ଷୀ (Hydrophilic) ମୁଣ୍ଡ: ଜଳ ଆଡ଼କୁ ଆକର୍ଷିତ ହୁଏ (Ionic part) ।
2. ଜଳବିକର୍ଷୀ (Hydrophobic) ଲାଞ୍ଜ: ତେଲ ବା ମଇଳା ଆଡ଼କୁ ଆକର୍ଷିତ ହୁଏ (Carbon chain) ।

ପାଣିରେ ସାବୁନ ମିଶାଇଲେ ଏହା ମଇଳା ଚାରିପଟେ ଏକ ଗୋଲାକାର ଗୁଚ୍ଛ ବା ମିସେଲ୍ (Micelle) ସୃଷ୍ଟି କରେ । ଲାଞ୍ଜ ମଇଳାକୁ ଧରି ରଖେ ଓ ମୁଣ୍ଡ ପାଣି ସହ ଲାଗି ରହେ, ଫଳରେ ପାଣିରେ ଧୋଇଲେ ମଇଳା ବାହାରିଯାଏ ।

ଖର ଜଳ (Hard Water) ସମସ୍ୟା: ଖର ଜଳରେ କ୍ୟାଲସିୟମ୍ ଓ ମ୍ୟାଗ୍ନେସିୟମ୍ ଲବଣ ଥାଏ । ସାବୁନ ଏହା ସହ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା କରି ଏକ ଅଦ୍ରବଣୀୟ ପଦାର୍ଥ (Scum) ସୃଷ୍ଟି କରେ, ତେଣୁ ଫେଣ ହୁଏନି । କିନ୍ତୁ ଡିଟରଜେଣ୍ଟ ଖର ଜଳରେ ମଧ୍ୟ ଭଲ କାମ କରେ ଓ ପ୍ରଚୁର ଫେଣ ସୃଷ୍ଟି କରେ ।