विद्यालय रसायन विज्ञान — कक्षा 1 से 12 · Grades 1–12

34अवरक्त स्पेक्ट्रमिकी

प्रयोगशाला की एक शेल्फ़ पर रंगहीन द्रव की एक बोतल रखी है, जिसका लेबल फट चुका है। वह कोई ऐल्कोहॉल, कोई कीटोन या कोई अम्ल हो सकता है: तीन ऐसे परिवार जो बोतल में बिल्कुल एक जैसे दिखते हैं। अवरक्त स्पेक्ट्रममापी के क्रिस्टल पर रखी एक बूँद, दो मिनट का इंतज़ार, और स्क्रीन पर एक आलेख प्रकट होता है जो इस प्रश्न का उत्तर देता है। अणु के आबंध कंपन करते हैं, और हर प्रकार का आबंध अपनी आवृत्तियों का अवरक्त प्रकाश अवशोषित करता है: अवरक्त स्पेक्ट्रम मौजूद आबंधों की एक सूची है।

पहले से ज्ञात

क्रियात्मक समूह और परिवार (अध्याय 33)। अवशोषण स्पेक्ट्रम दिखाता है कि कोई पदार्थ हर तरंगदैर्घ्य पर कितना प्रकाश अवशोषित करता है (अध्याय 29)। हाइड्रोजन आबंध $\ce{O-H}$ समूहों को पड़ोसी अणुओं से जोड़ते हैं (अध्याय 30)।

34.1 आबंध कंपन करते हैं

सहसंयोजी आबंध दृढ़ नहीं होता: दोनों परमाणु कंपन करते हैं, प्रति सेकंड लाखों करोड़ बार पास आते और दूर जाते हैं, एक स्प्रिंग से जुड़ी दो गेंदों की तरह। अधिक कड़ी स्प्रिंग (एकल के बजाय द्विआबंध) या हल्की गेंदें (कार्बन परमाणु के बजाय हाइड्रोजन परमाणु) अधिक तेज़ी से कंपन करती हैं। कोई आबंध ऐसा अवरक्त प्रकाश अवशोषित कर सकता है जिसकी आवृत्ति उसके अपने कंपन से मेल खाए: आँख को अदृश्य अवरक्त प्रकाश की तरंगदैर्घ्य कुछ माइक्रोमीटर से कुछ दसियों माइक्रोमीटर तक होती है।

दो गेंदों के बीच की स्प्रिंग के रूप में चित्रित एक आबंध। उसके कंपन की आवृत्ति आबंध की कठोरता और परमाणुओं के द्रव्यमानों से तय होती है; उस आवृत्ति का अवरक्त प्रकाश अवशोषित होता है।

परिभाषा 34.1 (तरंग संख्या)

किसी प्रकाश की तरंग संख्या $\sigma$ उसकी तरंगदैर्घ्य का व्युत्क्रम है, $\sigma = 1/\lambda$ । अवरक्त स्पेक्ट्रमिकी में इसे $\mathrm{cm}^{-1}$ में व्यक्त किया जाता है: एक सेंटीमीटर में तरंगदैर्घ्यों की संख्या। बड़ी तरंग संख्या का अर्थ है छोटी तरंगदैर्घ्य और तेज़ कंपन।

उदाहरण 34.2 (तरंग संख्या से तरंगदैर्घ्य तक)

$\sigma = 2000\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर स्थित पट्ट $\lambda = 1/2000 = 5.0 \times 10^{-4}\,\mathrm{cm} = 5.0\,\text{µ}\mathrm{m}$ के संगत है। अवरक्त स्पेक्ट्रम आम तौर पर $4000\,\mathrm{cm}^{-1}$ ( $2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ ) से $500\,\mathrm{cm}^{-1}$ ( $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ ) तक जाते हैं।

34.2 अवरक्त स्पेक्ट्रम पढ़ना

परिभाषा 34.3 (अवरक्त स्पेक्ट्रम, पारगम्यता)

किसी दी गई तरंग संख्या पर किसी नमूने की पारगम्यता $T$ उससे पार निकलने वाले अवरक्त प्रकाश का प्रतिशत है: कुछ भी अवशोषित न हो तो $100\,\%$ । किसी यौगिक का अवरक्त स्पेक्ट्रम तरंग संख्या के विरुद्ध $T$ का आलेख है, जिसे परिपाटी के अनुसार बाएँ से दाएँ घटती तरंग संख्याओं के साथ बनाया जाता है।

परिभाषा 34.4 (अवशोषण पट्ट, अंगुलिछाप क्षेत्र)

अवशोषण पट्ट पारगम्यता में एक गिरावट है: उन तरंग संख्याओं का प्रकाश किसी आबंध द्वारा अवशोषित होता है। उसकी स्थिति बताती है कि कौन-सा आबंध है, उसकी चौड़ाई और गहराई चित्र को पूरा करती हैं। लगभग $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ से नीचे स्पेक्ट्रम ऐसे पट्टों से भरा होता है जो पूरे अणु पर निर्भर करते हैं: यह अंगुलिछाप क्षेत्र किसी ज्ञात स्पेक्ट्रम से तुलना करके यौगिक को पहचानता है, पर आबंध-दर-आबंध पढ़ना कठिन है।

प्रयोगशाला में — स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करना

अब ज़्यादातर विद्यालयों और विश्वविद्यालयों के स्पेक्ट्रममापी हीरे का एक छोटा क्रिस्टल इस्तेमाल करते हैं: द्रव की एक बूँद, या क्लैंप से दबाए गए ठोस के कुछ दाने, क्रिस्टल पर रखे जाते हैं, और उसकी सतह को छूकर गुज़रने वाला अवरक्त किरणपुंज नमूने की जाँच करता है। पहले साफ़ क्रिस्टल रिकॉर्ड किया जाता है (“पृष्ठभूमि”), जो रिक्त विलयन की भूमिका निभाता है। दो नमूनों के बीच क्रिस्टल को टिशू और थोड़े-से विलायक से साफ़ किया जाता है।

34.3 अभिलाक्षणिक पट्ट

प्रतिज्ञप्ति 34.5 (हर प्रकार के आबंध का अपना पट्ट होता है)

हर प्रकार का आबंध तरंग संख्याओं के एक अभिलाक्षणिक परास में अवशोषित करता है, जो एक अणु से दूसरे अणु तक लगभग एक ही रहता है:

आबंध	तरंग संख्या ( $\mathrm{cm}^{-1}$ )	रूप
$\ce{O-H}$ , हाइड्रोजन आबंध रहित (गैस, तनु)	लगभग 3600	तीक्ष्ण
$\ce{O-H}$ , हाइड्रोजन-आबंधित (द्रव ऐल्कोहॉल)	3300–3400	चौड़ा, प्रबल
कार्बोक्सिलिक अम्ल का $\ce{O-H}$	2500–3300	बहुत चौड़ा
ऐमीन का $\ce{N-H}$	3300–3500	मध्यम ( $\ce{-NH2}$ के लिए दो पट्ट)
श्रृंखला का $\ce{C-H}$	2850–2960	प्रबल
एस्टर का $\ce{C=O}$	लगभग 1735	बहुत प्रबल, तीक्ष्ण
ऐल्डिहाइड का $\ce{C=O}$	लगभग 1730	बहुत प्रबल, तीक्ष्ण
कीटोन का $\ce{C=O}$	लगभग 1715	बहुत प्रबल, तीक्ष्ण
कार्बोक्सिलिक अम्ल का $\ce{C=O}$	लगभग 1710	बहुत प्रबल, अधिक चौड़ा
$\ce{C=C}$	लगभग 1650	मध्यम
ऐल्कोहॉल का $\ce{C-O}$	लगभग 1050	प्रबल

उपपत्ति. ये परास बहुत-से यौगिकों पर मापे गए हैं। वे आबंध के अनुसार समूहित होते हैं क्योंकि किसी आबंध का कंपन मुख्यतः स्वयं आबंध और उसके दो परमाणुओं पर निर्भर करता है, अणु के बाकी भाग पर कम। ∎

अपने क्रिस्टल और क्लैंप के साथ एक मेज़ पर रखा जाने वाला अवरक्त स्पेक्ट्रममापी।

मुख्य आबंध कहाँ अवशोषित करते हैं। O-H और N-H पट्ट बाईं ओर हैं, C=O पट्ट, जो आम तौर पर सबसे प्रबल होता है, लगभग 1700\, cm-1 पर; 1500\, cm-1 से नीचे अंगुलिछाप क्षेत्र है। — मुख्य आबंध कहाँ अवशोषित करते हैं। $\ce{O-H}$ और $\ce{N-H}$ पट्ट बाईं ओर हैं, $\ce{C=O}$ पट्ट, जो आम तौर पर सबसे प्रबल होता है, लगभग $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर; $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ से नीचे अंगुलिछाप क्षेत्र है।

प्रतिज्ञप्ति 34.6 (हाइड्रोजन आबंध O–H पट्ट को चौड़ा करते हैं)

जब $\ce{O-H}$ समूह हाइड्रोजन आबंधों से जुड़े होते हैं, जैसे किसी द्रव ऐल्कोहॉल में, तो उनका पट्ट चौड़ा होता है और कम तरंग संख्याओं पर (लगभग 3300– $3400\,\mathrm{cm}^{-1}$ ) होता है; हाइड्रोजन आबंधों के बिना, जैसे गैस में, वह तीक्ष्ण होता है और लगभग $3600\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर।

उपपत्ति. स्वीकृत: हाइड्रोजन आबंध हाइड्रोजन परमाणु को खींचता है और $\ce{O-H}$ आबंध को ढीला कर देता है, जो धीमे कंपन करता है; और चूँकि हर अणु थोड़ा अलग ढंग से आबंधित होता है, पट्ट एक परास में फैल जाता है। ∎

34.4 क्रियात्मक समूहों की पहचान

विधि 34.7 (अवरक्त स्पेक्ट्रम पढ़ना)

पहले $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ से ऊपर देखिए; अंगुलिछाप क्षेत्र को ज्ञात स्पेक्ट्रमों से तुलना के लिए छोड़ दीजिए।
लगभग $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर: बहुत प्रबल पट्ट का अर्थ है $\ce{C=O}$ समूह (ऐल्डिहाइड, कीटोन, अम्ल, एस्टर, ऐमाइड)।
2500 और $3700\,\mathrm{cm}^{-1}$ के बीच: लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर चौड़ा पट्ट ऐल्कोहॉल का $\ce{O-H}$ है; 2500 से $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ तक बहुत चौड़ा पट्ट, साथ में $\ce{C=O}$ , का अर्थ है कार्बोक्सिलिक अम्ल; 3300– $3500\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर मध्यम पट्टों का अर्थ है $\ce{N-H}$ ।
परिवार चुनने के लिए आण्विक सूत्र को भी साथ लीजिए, फिर अगर $\ce{C=O}$ पट्ट हो तो उसकी स्थिति से पुष्टि कीजिए।

छह यौगिकों के अवरक्त स्पेक्ट्रम, तरंग संख्या cm-1 में (दाईं ओर घटती हुई)। केवल अध्याय में चर्चा किए गए पट्ट बनाए गए हैं; उनकी स्थितियाँ मापे गए स्पेक्ट्रमों और सारणियों से ली गई हैं, उनकी आकृतियाँ एक सरल मॉडल से। — छह यौगिकों के अवरक्त स्पेक्ट्रम, तरंग संख्या $\mathrm{cm}^{-1}$ में (दाईं ओर घटती हुई)। केवल अध्याय में चर्चा किए गए पट्ट बनाए गए हैं; उनकी स्थितियाँ मापे गए स्पेक्ट्रमों और सारणियों से ली गई हैं, उनकी आकृतियाँ एक सरल मॉडल से।

उदाहरण 34.8 (छहों स्पेक्ट्रम पढ़ना)

एथेनॉल (A) लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक चौड़ा $\ce{O-H}$ पट्ट, $3000\,\mathrm{cm}^{-1}$ से ठीक नीचे $\ce{C-H}$ पट्ट और लगभग $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक प्रबल $\ce{C-O}$ पट्ट दिखाता है, पर लगभग $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर कुछ नहीं। गैस (B) में उसका $\ce{O-H}$ पट्ट $3666\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक तीक्ष्ण रेखा बन जाता है। प्रोपेनोन (C) में कोई $\ce{O-H}$ पट्ट नहीं है, पर $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक बहुत प्रबल $\ce{C=O}$ है। एथेनोइक अम्ल (D) दोनों दिखाता है: 2500 से $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ तक एक विशाल $\ce{O-H}$ पट्ट और $1710\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक $\ce{C=O}$ । एथिल एथेनोएट (E) का $\ce{C=O}$ $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर है और एक प्रबल $\ce{C-O}$ लगभग $1240\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर, और कोई $\ce{O-H}$ नहीं। एथेनेमीन (F) $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ से ऊपर दो मध्यम $\ce{N-H}$ पट्ट दिखाता है।

34.5 अभ्यास

अभ्यास 34.1 ★

माइक्रोमीटर में तरंगदैर्घ्य में बदलिए: $\sigma = 3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ और $\sigma = 1050\,\mathrm{cm}^{-1}$ । कौन-सी तेज़ कंपन के संगत है?

हल

हल — अभ्यास 34.1.

$\lambda = 1/3300 = 3.03 \times 10^{-4}\,\mathrm{cm} = 3.03\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; $\lambda = 1/1050 = 9.52 \times 10^{-4}\,\mathrm{cm} = 9.52\,\text{µ}\mathrm{m}$ । बड़ी तरंग संख्या वाला $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ का पट्ट तेज़ कंपन का है।

अभ्यास 34.2 ★

$10\,\text{µ}\mathrm{m}$ की तरंगदैर्घ्य अवशोषित होती है। तरंग संख्या $\mathrm{cm}^{-1}$ में बताइए।

हल

हल — अभ्यास 34.2.

$10\,\text{µ}\mathrm{m} = 1.0 \times 10^{-3}\,\mathrm{cm}$ , इसलिए $\sigma = 1/1.0 \times 10^{-3} = 1000\,\mathrm{cm}^{-1}$ ।

अभ्यास 34.3 ★

कौन-सा आबंध अवशोषित करता है: लगभग $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर; लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर (चौड़ा); 2850 और $2960\,\mathrm{cm}^{-1}$ के बीच?

हल

हल — अभ्यास 34.3.

कीटोन का $\ce{C=O}$ ; हाइड्रोजन-आबंधित ऐल्कोहॉल का $\ce{O-H}$ ; कार्बन श्रृंखला के $\ce{C-H}$ आबंध।

अभ्यास 34.4 ★

स्पेक्ट्रम C (प्रोपेनोन) पर सबसे प्रबल पट्ट खोजिए। वह किस आबंध का है?

हल

हल — अभ्यास 34.4.

$1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ का पट्ट: $\ce{C=O}$ आबंध।

अभ्यास 34.5 ★

अवरक्त स्पेक्ट्रम पारगम्यता अक्ष के साथ, नीचे की ओर इशारा करते पट्टों के साथ, क्यों बनाया जाता है? $T = 100\,\%$ का क्या अर्थ है?

हल

हल — अभ्यास 34.5.

उपकरण नमूने से पार निकलने वाले प्रकाश को मापता है; जहाँ कोई आबंध अवशोषित करता है, वहाँ कम प्रकाश पार निकलता है और वक्र नीचे गिरता है। $T = 100\,\%$ का अर्थ है कि उस तरंग संख्या का कोई भी प्रकाश अवशोषित नहीं होता।

अभ्यास 34.6 ★★

एक यौगिक $\ce{C4H8O}$ $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक बहुत प्रबल पट्ट दिखाता है और $3000\,\mathrm{cm}^{-1}$ से ऊपर कोई पट्ट नहीं। एक दूसरा, $\ce{C4H10O}$ , लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक चौड़ा पट्ट दिखाता है और लगभग $1700\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर कोई नहीं। वे किन परिवारों के हैं? हर एक के लिए एक नाम सुझाइए।

हल

हल — अभ्यास 34.6.

पहले में $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक $\ce{C=O}$ पट्ट है और कोई $\ce{O-H}$ पट्ट नहीं। वह एक कीटोन है: $\ce{CH3-CO-CH2-CH3}$ , ब्यूटेनोन (जिसे ब्यूटेन-2-ओन भी कहते हैं)। दूसरे में एक $\ce{O-H}$ पट्ट है और कोई $\ce{C=O}$ नहीं: एक ऐल्कोहॉल, उदाहरण के लिए ब्यूटेन-1-ऑल।

अभ्यास 34.7 ★★

समझाइए कि एथेनोइक अम्ल का $\ce{O-H}$ पट्ट इतना चौड़ा क्यों है, द्रव एथेनॉल के पट्ट से भी अधिक चौड़ा।

हल

हल — अभ्यास 34.7.

अम्ल के $\ce{O-H}$ समूह बहुत प्रबलता से हाइड्रोजन-आबंधित होते हैं (अणु जोड़े बनाते हैं, हर $\ce{O-H}$ दूसरे के $\ce{C=O}$ से आबंधित), और हर अणु थोड़ा अलग ढंग से आबंधित होता है: पट्ट और अधिक ढीला होता है और एक बहुत चौड़े परास में फैल जाता है।

अभ्यास 34.8 ★★

एथेनॉल के स्पेक्ट्रम A और B की तुलना कीजिए। क्या बदलता है, और क्यों?

हल

हल — अभ्यास 34.8.

द्रव (A) में $\ce{O-H}$ पट्ट चौड़ा है, लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर; गैस (B) में, जहाँ अणु एक-दूसरे से दूर होते हैं और कोई हाइड्रोजन आबंध नहीं बनाते, वह लगभग $3666\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक तीक्ष्ण पट्ट है।

अभ्यास 34.9 ★★

प्रोपेनैल और प्रोपेनोन दोनों $\ce{C3H6O}$ हैं। दोनों एक प्रबल $\ce{C=O}$ पट्ट दिखाते हैं। क्या केवल उस पट्ट से अवरक्त उन्हें अलग पहचान सकता है? और क्या मदद कर सकता है?

हल

हल — अभ्यास 34.9.

मुश्किल से: ऐल्डिहाइड के लिए लगभग $1730\,\mathrm{cm}^{-1}$ और कीटोन के लिए $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ , निकट मान। अंगुलिछाप क्षेत्र सहित पूरे स्पेक्ट्रम की संदर्भ स्पेक्ट्रमों से तुलना फ़ैसला करेगी, या कोई दूसरी तकनीक।

अभ्यास 34.10 ★★

एक यौगिक $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक प्रबल पट्ट, लगभग $1240\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक प्रबल पट्ट और $3000\,\mathrm{cm}^{-1}$ से ऊपर कुछ नहीं दिखाता। उसका सूत्र $\ce{C4H8O2}$ है। कौन-सा परिवार? क्या एथेनोइक अम्ल एक संभावना है? ब्यूटेनोइक अम्ल?

हल

हल — अभ्यास 34.10.

एक एस्टर ( $\ce{C=O}$ लगभग $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर, प्रबल $\ce{C-O}$ , कोई $\ce{O-H}$ नहीं), उदाहरण के लिए एथिल एथेनोएट। एथेनोइक अम्ल $\ce{C2H4O2}$ है, $\ce{C4H8O2}$ नहीं। ब्यूटेनोइक अम्ल का सूत्र सही है, पर वह अम्लों का बहुत चौड़ा $\ce{O-H}$ पट्ट दिखाता: बाहर।

अभ्यास 34.11 ★★

प्रोपेन-1-ऑल का अणु छह स्पेक्ट्रमों में से किससे सबसे अधिक मिलता-जुलता होगा? प्रोपेनोइक अम्ल का? समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 34.11.

प्रोपेन-1-ऑल एक ऐल्कोहॉल है: A जैसा। प्रोपेनोइक अम्ल एक कार्बोक्सिलिक अम्ल है: D जैसा।

अभ्यास 34.12 ★★★

प्रोपेन-2-ऑल का ऑक्सीकरण करके प्रोपेनोन बनाया जा सकता है। एक छात्रा हर दस मिनट पर लिए गए नमूनों के स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करके अभिक्रिया पर नज़र रखती है। वर्णन कीजिए कि स्पेक्ट्रम कैसे बदलते हैं। उसे कैसे पता चलता है कि अभिक्रिया पूरी हो गई है?

हल

हल — अभ्यास 34.12.

लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ का चौड़ा $\ce{O-H}$ पट्ट सिकुड़ता है, जबकि लगभग $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ का एक प्रबल $\ce{C=O}$ पट्ट बढ़ता है। अभिक्रिया तब पूरी होती है जब $\ce{O-H}$ पट्ट गायब हो जाए और $\ce{C=O}$ पट्ट और न बढ़े।

अभ्यास 34.13 ★★★

ब्यूटेनोइक अम्ल और एथिल एथेनोएट समावयवी हैं, $\ce{C4H8O2}$ । उनके अवरक्त स्पेक्ट्रमों के बीच दो अंतरों का वर्णन कीजिए, और उन्हें समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 34.13.

ब्यूटेनोइक अम्ल 2500 से $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ तक एक बहुत चौड़ा $\ce{O-H}$ पट्ट दिखाता है, एस्टर कोई नहीं; अम्ल का $\ce{C=O}$ लगभग $1710\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर है, अधिक चौड़ा, एस्टर का लगभग $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर, तीक्ष्ण, साथ में लगभग $1240\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक प्रबल $\ce{C-O}$ पट्ट। अम्ल में एक हाइड्रोजन-आबंधित $\ce{O-H}$ समूह है, जो उसके $\ce{C=O}$ को भी थोड़ा ढीला कर देता है।

अभ्यास 34.14 ★★★

एथिल एथेनोएट का एक नमूना अपेक्षित पट्टों के अलावा लगभग $3350\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक कमज़ोर चौड़ा पट्ट दिखाता है। दो अशुद्धियाँ सुझाइए जो इसका कारण हो सकती हैं (सोचिए कि एस्टर कैसे बनते हैं, और वायु के बारे में)। नमूने की जाँच कैसे की जा सकती है?

हल

हल — अभ्यास 34.14.

बचा हुआ एथेनॉल (वह ऐल्कोहॉल जिससे एस्टर बनता है) या पानी (वायु से या धुलाई से): दोनों में हाइड्रोजन-आबंधित $\ce{O-H}$ समूह हैं। नमूने की संदर्भ स्पेक्ट्रम से तुलना की जा सकती है, उसे सुखाया या आसवित किया जा सकता है, या उसका क्वथन ताप मापा जा सकता है।

अभ्यास 34.15 ★★★

कीटोनों का $\ce{C=O}$ पट्ट लगभग $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर होता है, किसी $\ce{C=C}$ का लगभग $1650\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर, और $\ce{C-O}$ पट्ट लगभग $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर। स्प्रिंग पर दो गेंदों वाले चित्र की मदद से समझाइए कि द्विआबंध $\ce{C=O}$ एकल आबंध $\ce{C-O}$ से तेज़ कंपन क्यों करता है। $\ce{O-H}$ , $\ce{N-H}$ और $\ce{C-H}$ पट्ट सभी ऊँची तरंग संख्याओं पर क्यों होते हैं?

हल

हल — अभ्यास 34.15.

समान परमाणुओं के बीच द्विआबंध एकल आबंध से अधिक कड़ी स्प्रिंग है: वह तेज़ कंपन करता है, ऊँची तरंग संख्या पर (1715 के मुक़ाबले $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$ )। $\ce{O-H}$ , $\ce{N-H}$ और $\ce{C-H}$ आबंधों सभी में एक हाइड्रोजन परमाणु है, जो सबसे हल्का है: स्प्रिंग पर हल्की गेंदें तेज़ कंपन करती हैं, इसलिए लगभग 2900– $3600\,\mathrm{cm}^{-1}$ की तरंग संख्याएँ।

34.6 समस्या: बिना लेबल की तीन बोतलें

समस्या 34.1

सप्ताहांत समस्या — तीन बोतलों के लेबल खो गए हैं: कौन-सी कौन-सी है, और कीटोन सबसे अधिक किस तरंगदैर्घ्य को अवशोषित करता है?

रंगहीन द्रव की तीन बोतलों के लेबल खो गए हैं। भंडार-सूची कहती है कि उनमें एथेनॉल, प्रोपेनोन और एथेनोइक अम्ल हैं। उनके स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड किए जाते हैं: बोतल 1 A जैसा स्पेक्ट्रम देती है, बोतल 2 D जैसा, बोतल 3 C जैसा।

भाग I — उम्मीदवार।

एथेनॉल, प्रोपेनोन और एथेनोइक अम्ल के अर्ध-संरचना सूत्र लिखिए।
उनके आण्विक सूत्र बताइए।
हर एक के क्रियात्मक समूह का नाम बताइए।
हर एक के कौन-से आबंधों को $1500\,\mathrm{cm}^{-1}$ से ऊपर पट्ट देना चाहिए?

भाग II — स्पेक्ट्रम।

बोतल 1: क्या कोई $\ce{C=O}$ पट्ट है? कोई $\ce{O-H}$ पट्ट? यह कौन-सा यौगिक है?
बोतल 2: उसकी दो सबसे प्रबल विशेषताओं का वर्णन कीजिए। कौन-सा यौगिक?
बोतल 3: कौन-सा यौगिक? कौन-सा पट्ट फ़ैसला करता है?
क्या गंध से उन्हें अलग पहचाना जा सकता था? ऐसा न करना ही बेहतर क्यों है?
बोतल 2 का $\ce{O-H}$ पट्ट बोतल 1 के पट्ट से चौड़ा क्यों है?

भाग III — समावयवी।

मेथॉक्सीमेथेन एथेनॉल का एक समावयवी है। उसका सूत्र लिखिए। एथेनॉल का कौन-सा पट्ट उसके स्पेक्ट्रम में नहीं होगा?
प्रोपेनैल प्रोपेनोन का एक समावयवी है। उनका साझा पट्ट कौन-सा है? हर एक के लिए वह कहाँ है?
मेथिल मेथेनोएट, $\ce{HCOO-CH3}$ , एथेनोइक अम्ल का एक समावयवी है। अम्ल का कौन-सा पट्ट नहीं होगा? उसका $\ce{C=O}$ पट्ट कहाँ होगा?
केवल आण्विक सूत्र किसी यौगिक को क्यों नहीं पहचान सकता, जबकि सूत्र और स्पेक्ट्रम मिलकर आम तौर पर पहचान लेते हैं?

भाग IV — तरंगदैर्घ्य।

प्रोपेनोन के सबसे प्रबल पट्ट की तरंग संख्या क्या है?
उसे $\mathrm{m}^{-1}$ में व्यक्त कीजिए।
अवशोषित तरंगदैर्घ्य मीटर में, फिर माइक्रोमीटर में निकालिए।
क्या वह प्रकाश दृश्य है? वह किस प्रकार के विकिरण से संबंधित है?
यही एथेनॉल के लगभग $1050\,\mathrm{cm}^{-1}$ वाले $\ce{C-O}$ पट्ट के लिए कीजिए।
दोनों में से कौन-सा आबंध तेज़ कंपन करता है?
अंतिम उत्तर बताइए: प्रोपेनोन का $\ce{C=O}$ आबंध किस तरंगदैर्घ्य को सबसे प्रबलता से अवशोषित करता है?

हल

हल — समस्या 34.1.

1. $\ce{CH3-CH2-OH}$ ; $\ce{CH3-CO-CH3}$ ; $\ce{CH3-COOH}$ ।

2. $\ce{C2H6O}$ ; $\ce{C3H6O}$ ; $\ce{C2H4O2}$ ।

3. हाइड्रॉक्सिल; कार्बोनिल (कीटोन); कार्बोक्सिल।

4. एथेनॉल: $\ce{O-H}$ और $\ce{C-H}$ । प्रोपेनोन: $\ce{C-H}$ और $\ce{C=O}$ । एथेनोइक अम्ल: $\ce{O-H}$ , $\ce{C-H}$ और $\ce{C=O}$ ।

5. कोई $\ce{C=O}$ पट्ट नहीं, एक चौड़ा $\ce{O-H}$ पट्ट: एथेनॉल।

6. 2500 से $3300\,\mathrm{cm}^{-1}$ तक एक बहुत चौड़ा $\ce{O-H}$ पट्ट और लगभग $1710\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर एक प्रबल $\ce{C=O}$ : एथेनोइक अम्ल।

7. प्रोपेनोन: $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर बहुत प्रबल $\ce{C=O}$ पट्ट, बिना किसी $\ce{O-H}$ के।

8. शायद (सिरका, विलायक, ऐल्कोहॉल), पर अज्ञात द्रवों को सूँघना ख़तरनाक है; स्पेक्ट्रम सुरक्षित और निश्चित है।

9. अम्ल के $\ce{O-H}$ समूह अधिक प्रबलता से हाइड्रोजन-आबंधित हैं (जोड़े बनाए अणु), इसलिए पट्ट नीचे है और कहीं अधिक चौड़ा।

10. $\ce{CH3-O-CH3}$ , $\ce{C2H6O}$ ; उसमें कोई $\ce{O-H}$ नहीं, इसलिए कोई $\ce{O-H}$ पट्ट नहीं।

11. $\ce{C=O}$ पट्ट: प्रोपेनैल के लिए लगभग $1730\,\mathrm{cm}^{-1}$ , प्रोपेनोन के लिए लगभग $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ ।

12. $\ce{O-H}$ पट्ट: एस्टर में कोई $\ce{O-H}$ नहीं होता। उसका $\ce{C=O}$ लगभग $1735\,\mathrm{cm}^{-1}$ पर होगा।

13. समावयवियों का सूत्र एक ही होता है; उनके क्रियात्मक समूह अलग होते हैं, और स्पेक्ट्रम समूहों को दिखाता है।

14. $1715\,\mathrm{cm}^{-1}$ ।

15. $1715 \times 100 = 1.715 \times 10^{5}\,\mathrm{m}^{-1}$ ।

16. $\lambda = 1/1.715 \times 10^{5} = 5.83 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 5.83\,\text{µ}\mathrm{m}$ ।

17. नहीं: दृश्य प्रकाश लगभग 0.4 से $0.75\,\text{µ}\mathrm{m}$ तक जाता है। यह अवरक्त विकिरण है।

18. $1.05 \times 10^{5}\ \mathrm{m}^{-1}$ , इसलिए $\lambda = 9.52 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 9.52\,\text{µ}\mathrm{m}$ ।

19. $\ce{C=O}$ आबंध (ऊँची तरंग संख्या, छोटी तरंगदैर्घ्य)।

20. लगभग $5.8\,\text{µ}\mathrm{m}$ ।

इस अध्याय में परिभाषित शब्द

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