विद्यालय रसायन विज्ञान — कक्षा 1 से 12 · Grades 1–12
40अभिक्रिया क्रियाविधियाँ: वक्र तीर
संतुलित समीकरण किसी फ़िल्म की पहली और अंतिम तस्वीरों जैसा है: वह पहले के अभिकारक और बाद के उत्पाद दिखाता है, और बीच का कुछ भी नहीं। फिर भी अणु बस परमाणुओं की अदला-बदली नहीं करते। आबंध एक-एक करके टूटते और बनते हैं, जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन युग्म एक जगह से दूसरी जगह जाते हैं, ऐसी अल्पजीवी स्पीशीज़ से होकर जो समीकरण में कभी दिखाई नहीं देतीं। रसायनज्ञ इन गतियों को मुड़े हुए तीरों से दर्शाते हैं। कुछ नियमों के साथ ये तीर समझाते हैं कि कोई अभिक्रिया वहीं क्यों होती है जहाँ होती है, और उन अभिक्रियाओं का पूर्वानुमान लगाते हैं जो पहले कभी देखी नहीं गईं।
पहले से ज्ञात
विद्युत-ऋणात्मकता, ध्रुवीय आबंध और आंशिक आवेश (अध्याय 30)। लुइस संरचनाएँ: आबंधी युग्म और एकाकी युग्म (अध्याय 24)। क्रियात्मक समूह और परिवार (अध्याय 33)।
40.1 इलेक्ट्रॉन-समृद्ध और इलेक्ट्रॉन-न्यून स्थल
परिभाषा 40.1 (इलेक्ट्रॉन-दाता और इलेक्ट्रॉन-ग्राही स्थल)
किसी अणु या आयन का इलेक्ट्रॉन-दाता स्थल इलेक्ट्रॉनों से समृद्ध एक स्थान है, जो नया आबंध बनाने के लिए एक युग्म दे सकता है: एकाकी युग्म, द्विआबंध, ऋणात्मक आवेश या आंशिक आवेश वाला परमाणु। इलेक्ट्रॉन-ग्राही स्थल इलेक्ट्रॉनों में न्यून एक स्थान है, जो एक युग्म ग्रहण कर सकता है: धनात्मक आवेश या आंशिक आवेश वाला परमाणु।
उदाहरण 40.2 (दो अणुओं में स्थल)
ब्रोमोएथेन, , में ब्रोमीन कार्बन से अधिक विद्युत-ऋणात्मक है: उससे आबंधित कार्बन पर है (ग्राही स्थल), और ब्रोमीन पर और तीन एकाकी युग्म। प्रोपेनोन में समूह के ऑक्सीजन पर और दो एकाकी युग्म हैं (दाता स्थल), उसके कार्बन पर (ग्राही स्थल)। हाइड्रॉक्साइड आयन , अपने ऋणात्मक आवेश और तीन एकाकी युग्मों के साथ, एक प्रबल दाता है।
40.2 वक्र तीर
परिभाषा 40.3 (वक्र तीर)
वक्र तीर किसी अभिक्रिया के एक चरण के दौरान इलेक्ट्रॉनों के एक युग्म की गति दिखाता है। वह गति करने वाले युग्म से, किसी एकाकी युग्म या आबंध से, शुरू होता है और वहाँ समाप्त होता है जहाँ युग्म जाता है: किसी परमाणु पर, जहाँ वह नया आबंध बनाता है, या उस परमाणु पर जो टूटने वाले आबंध का युग्म ले लेता है।
विधि 40.4 (वक्र तीर बनाना)
- दाता स्थल और ग्राही स्थल खोजिए।
- दाता युग्म (एकाकी युग्म या आबंध) से ग्राही परमाणु तक एक तीर बनाइए: वहाँ एक नया आबंध बनता है।
- यदि तब ग्राही परमाणु पर बहुत अधिक इलेक्ट्रॉन हो जाएँ (अष्टक से अधिक, या हाइड्रोजन के लिए दो से अधिक), तो उसके किसी आबंध को तोड़ने वाला दूसरा तीर बनाइए, जिसका युग्म अधिक विद्युत-ऋणात्मक परमाणु पर जाता है।
- चरण के बाद आवेश जाँचिए: एकाकी युग्म देने वाला परमाणु एक अधिक धनात्मक हो जाता है, एकाकी युग्म के रूप में युग्म ग्रहण करने वाला परमाणु एक अधिक ऋणात्मक; कुल आवेश नहीं बदलता।
प्रतिज्ञप्ति 40.5 (हर चरण में आवेश संरक्षित रहता है)
किसी क्रियाविधि के हर चरण से पहले और बाद में स्पीशीज़ का कुल विद्युत आवेश एक ही रहता है।
उपपत्ति. वक्र तीर केवल पहले से मौजूद इलेक्ट्रॉनों को खिसकाता है; कोई इलेक्ट्रॉन न बनता है न नष्ट होता है, और नाभिक नहीं बदलते। ∎
उदाहरण 40.6 (पहला तीर)
एक हाइड्रोजन आयन एक हाइड्रॉक्साइड आयन से मिलता है। ऑक्सीजन का एक एकाकी युग्म उस हाइड्रोजन आयन के साथ आबंध बनाता है, जिसके पास कोई इलेक्ट्रॉन नहीं: । एक तीर, ऑक्सीजन के एकाकी युग्म से तक; आवेश और पानी के अणु में 0 हो जाते हैं।
40.3 मूल चरण और मध्यवर्ती
परिभाषा 40.7 (क्रियाविधि, मूल चरण, मध्यवर्ती)
किसी अभिक्रिया की अभिक्रिया क्रियाविधि चरणों की वह श्रृंखला है जिससे अभिकारक उत्पाद बनते हैं। हर मूल चरण एक अकेली घटना है जिसमें इलेक्ट्रॉनों के कुछ युग्म एक साथ गति करते हैं। एक चरण में बनने और बाद के किसी चरण में खपने वाली स्पीशीज़ एक अभिक्रिया मध्यवर्ती है: वह समग्र समीकरण में दिखाई नहीं देती।
उदाहरण 40.8 (एक कार्बधनायन मध्यवर्ती)
जब हाइड्रोजन ब्रोमाइड एथीन से जुड़ता है, तो अभिक्रिया दो चरणों में होती है। पहले चरण में एथीन का द्विआबंध के हाइड्रोजन को एक युग्म देता है, और युग्म ब्रोमीन पर जाता है, जो के रूप में निकल जाता है; जिस कार्बन ने द्विआबंध में अपना हिस्सा खोया, उसके पास केवल छह इलेक्ट्रॉन और एक धनात्मक आवेश रह जाता है: एक कार्बधनायन, । दूसरे चरण में का एक एकाकी युग्म उस कार्बन के साथ आबंध बनाता है। कार्बधनायन एक मध्यवर्ती है।
40.4 अभिक्रियाओं की तीन श्रेणियाँ
परिभाषा 40.9 (प्रतिस्थापन, योगज, विलोपन)
प्रतिस्थापन में किसी अणु का कोई परमाणु या समूह दूसरे से बदल जाता है। योगज अभिक्रिया में दो अणु मिलकर एक हो जाते हैं, और एक बहु-आबंध एकल आबंध बन जाता है। विलोपन में किसी अणु से एक छोटा अणु (अक्सर पानी) हटा दिया जाता है, और एक एकल आबंध बहु-आबंध बन जाता है।
टिप्पणी 40.10 (कंकाल या समूह बदलना)
कुछ अभिक्रियाएँ केवल क्रियात्मक समूह बदलती हैं और कार्बन कंकाल रखती हैं: ब्रोमोएथेन का प्रतिस्थापन एक हैलोऐल्केन को ऐल्कोहॉल में बदलता है, पहले दो कार्बन, बाद में भी दो। दूसरी अभिक्रियाएँ कंकाल बनाती या काटती हैं: नया कार्बन–कार्बन आबंध बनाना श्रृंखला को लंबा करता है, जो छोटे अणुओं से बड़ा अणु बनाने का मुख्य चरण है। संश्लेषण की योजना बनाने का अर्थ है दोनों प्रकार की अभिक्रियाओं को सही क्रम में चुनना।
40.5 अभ्यास
अभ्यास 40.1 ★
हर स्पीशीज़ में एक दाता स्थल और, यदि हो, तो एक ग्राही स्थल बताइए: ; ; ; ; ।
हल
हल — अभ्यास 40.1.
: दाता (एकाकी युग्म, ऋणात्मक आवेश); कोई ग्राही स्थल नहीं। : ग्राही (कोई इलेक्ट्रॉन ही नहीं)। : दाता (द्विआबंध)। : दाता ( के एकाकी युग्म), ग्राही (कार्बन, )। : दाता ( के एकाकी युग्म); उसके हाइड्रोजन परमाणु, , दुर्बल ग्राही स्थल हैं।
अभ्यास 40.2 ★
प्रतिस्थापन, योगज या विलोपन? (a) ; (b) ; (c) ; (d) ।
अभ्यास 40.3 ★
वक्र तीर कहाँ से शुरू होता है, और कहाँ समाप्त होता है? किसी ऑक्सीजन परमाणु के एकाकी युग्म से किसी कार्बन परमाणु तक के वक्र तीर का क्या अर्थ है?
हल
हल — अभ्यास 40.3.
वह इलेक्ट्रॉनों के एक युग्म (एकाकी युग्म या आबंध) से शुरू होता है और उस परमाणु पर समाप्त होता है जहाँ युग्म जाता है। ऑक्सीजन के एकाकी युग्म से कार्बन तक: वह युग्म एक नया आबंध बन जाता है।
अभ्यास 40.4 ★
अभिक्रिया में कौन-सी स्पीशीज़ युग्म देती है? तीर बनाइए। उत्पाद का आवेश क्या है?
हल
हल — अभ्यास 40.4.
अमोनिया अपने नाइट्रोजन का एकाकी युग्म देता है; तीर उस एकाकी युग्म से तक जाता है। उत्पाद पर आवेश है।
अभ्यास 40.5 ★
अभिक्रिया मध्यवर्ती क्या है? एथीन से के योग के मध्यवर्ती का नाम बताइए।
हल
हल — अभ्यास 40.5.
एक चरण में बनने और बाद के किसी चरण में खपने वाली स्पीशीज़; वह समग्र समीकरण में नहीं होती। यहाँ कार्बधनायन ।
अभ्यास 40.6 ★★
प्रतिस्थापन (एक चरण) के वक्र तीर बनाइए, और आवेश जाँचिए।
हल
हल — अभ्यास 40.6.
के ऑक्सीजन के एकाकी युग्म से कार्बन तक एक तीर; आबंध से ब्रोमीन तक एक तीर। आवेश: बाईं ओर (); दाईं ओर मेथेनॉल उदासीन है और पर : दोनों ओर कुल ।
अभ्यास 40.7 ★★
एथीन से के योग के पहले चरण में युग्म हाइड्रोजन के बजाय ब्रोमीन पर क्यों जाता है? चरण के हर उत्पाद पर कौन-सा आवेश होता है?
हल
हल — अभ्यास 40.7.
ब्रोमीन हाइड्रोजन से अधिक विद्युत-ऋणात्मक है: वह युग्म ले लेता है और () के रूप में निकल जाता है; हाइड्रोजन एक कार्बन से आबंधित होता है, और दूसरे कार्बन पर धनात्मक आवेश रह जाता है: ()।
अभ्यास 40.8 ★★
एथेनॉल के निर्जलीकरण में तीनों चरण लिखिए और हर एक के लिए बताइए कि कौन-सी स्पीशीज़ दाता है और कौन-सी ग्राही। हाइड्रोजन आयन समग्र समीकरण में क्यों नहीं लिखा जाता?
हल
हल — अभ्यास 40.8.
चरण 1, : इसमें दाता ऑक्सीजन का एक एकाकी युग्म है और ग्राही है। चरण 2, : युग्म धनात्मक ऑक्सीजन (ग्राही) पर जाता है, जो उसे लेकर पानी के रूप में निकल जाता है। चरण 3, : एक आबंध का युग्म (दाता) द्विआबंध बनाने के लिए धनात्मक कार्बन (ग्राही) की ओर खिसकता है, और निकल जाता है। चरण 1 में इस्तेमाल हुआ हाइड्रोजन आयन चरण 3 में वापस मिल जाता है: वह दोनों ओर आता है और कट जाता है।
अभ्यास 40.9 ★★
चरण पानी में एथीन से हाइड्रोजन आयन के योग के बाद आता है। तीर बनाइए। के एक और निष्कासन के बाद क्या बनता है? समग्र समीकरण लिखिए और उसकी श्रेणी बताइए।
हल
हल — अभ्यास 40.9.
पानी के ऑक्सीजन के एकाकी युग्म से धनात्मक कार्बन तक एक तीर। के निष्कासन के बाद, एथेनॉल । समग्र: , एक योगज अभिक्रिया।
अभ्यास 40.10 ★★
ब्रोमोएथेन के प्रतिस्थापन की क्रियाविधि पढ़िए: कितने युग्म गति करते हैं? कौन-सा आबंध बनता है, कौन-सा टूटता है? क्या कोई मध्यवर्ती है?
हल
हल — अभ्यास 40.10.
एक ही चरण में दो युग्म गति करते हैं: आबंध बनता है, आबंध टूटता है। कोई मध्यवर्ती नहीं।
अभ्यास 40.11 ★★
क्लोरोमेथेन हाइड्रॉक्साइड आयन से ब्रोमोमेथेन की तुलना में अधिक धीरे अभिक्रिया करता है। विद्युत-ऋणात्मकताओं (C 2.55, Cl 3.16, Br 2.96) की मदद से समझाइए कि कौन-सा कार्बन अधिक है। क्या इससे चालें समझ में आती हैं? (यह भी सोचिए कि निकलने वाला आयन युग्म को कितनी आसानी से लेता है।)
हल
हल — अभ्यास 40.11.
क्लोरीन अधिक विद्युत-ऋणात्मक है (, जबकि ): क्लोरोमेथेन का कार्बन अधिक है, जो अकेले उसे तेज़ी से अभिक्रिया कराता। ऐसा नहीं होता: चाल इस पर भी निर्भर करती है कि हैलोजन युग्म के साथ कितनी आसानी से निकलता है, और बड़ा ब्रोमीन अधिक आसानी से निकलता है।
अभ्यास 40.12 ★★★
हाइड्रोजन क्लोराइड प्रोपीन, , से जुड़ता है। पहले चरण में हाइड्रोजन आयन द्विआबंध के किसी भी कार्बन से आबंधित हो सकता है, जिससे दो संभावित कार्बधनायन बनते हैं। दोनों बनाइए, दोनों संभावित उत्पाद भी, और उनके नाम बताइए। (कौन-सा अधिक बनता है, इसका अध्ययन विश्वविद्यालय के प्रथम वर्ष के खंड में है।)
हल
हल — अभ्यास 40.12.
यदि हाइड्रोजन कार्बन 1 से आबंधित होता है: , जो 2-क्लोरोप्रोपेन देता है। यदि वह कार्बन 2 से आबंधित होता है: , जो 1-क्लोरोप्रोपेन देता है।
अभ्यास 40.13 ★★★
एक छात्र ब्रोमोएथेन के प्रतिस्थापन का पहला चरण ब्रोमीन परमाणु से के ऑक्सीजन तक एक तीर के साथ बनाता है। दोनों ग़लतियाँ समझाइए।
हल
हल — अभ्यास 40.13.
तीर ग़लत दिशा में है: उसे दाता, के एकाकी युग्म, से शुरू होकर ग्राही कार्बन पर समाप्त होना चाहिए। और नया आबंध ऑक्सीजन और कार्बन के बीच है, ऑक्सीजन और ब्रोमीन के बीच नहीं: ब्रोमीन आबंध का युग्म लेकर निकल जाता है।
अभ्यास 40.14 ★★★
कार्बोक्सिलिक अम्ल और ऐल्कोहॉल से एस्टर बनने में ऐल्कोहॉल का ऑक्सीजन समूह के कार्बन पर आक्रमण करता है। आंशिक आवेशों की मदद से समझाइए कि वह कार्बन ग्राही स्थल और वह ऑक्सीजन दाता स्थल क्यों है। समग्र रूप से कौन-सा छोटा अणु निकलता है, और पूरी अभिक्रिया किस श्रेणी की है?
हल
हल — अभ्यास 40.14.
अम्ल के समूह का कार्बन दो विद्युत-ऋणात्मक ऑक्सीजन परमाणुओं से आबंधित है: प्रबल रूप से , एक ग्राही। ऐल्कोहॉल के ऑक्सीजन पर और दो एकाकी युग्म हैं: एक दाता। समग्र रूप से पानी निकलता है; अम्ल का ऐल्कोहॉल के से बदल जाता है: एक प्रतिस्थापन।
अभ्यास 40.15 ★★★
एथीन ब्रोमीन , एक अध्रुवीय अणु, से अभिक्रिया करता है। जैसे ही अणु द्विआबंध के पास आता है, के इलेक्ट्रॉन निकट वाले ब्रोमीन परमाणु से दूर धकेले जाते हैं। समझाइए कि इससे ग्राही स्थल क्यों बनता है, और क्रियाविधि का पहला चरण प्रस्तावित कीजिए।
हल
हल — अभ्यास 40.15.
द्विआबंध के इलेक्ट्रॉनों द्वारा धकेला गया आबंध का युग्म दूर वाले ब्रोमीन की ओर खिसकता है: निकट वाला ब्रोमीन , एक ग्राही स्थल, बन जाता है। पहला चरण: द्विआबंध से निकट वाले ब्रोमीन तक एक तीर, और आबंध से दूर वाले ब्रोमीन तक एक तीर, जो के रूप में निकल जाता है; पूर्व द्विआबंध के दूसरे कार्बन पर धनात्मक आवेश रह जाता है।
40.6 समस्या: ब्रोमोएथेन बनाना
समस्या 40.1
सप्ताहांत समस्या — दस ग्राम एथीन से: कितना ब्रोमोएथेन?
ब्रोमोएथेन, जो अनेक संश्लेषणों की प्रारंभिक सामग्री है, एथीन में हाइड्रोजन ब्रोमाइड जोड़कर बनाया जाता है: । एक रसायनज्ञ एथीन और हाइड्रोजन ब्रोमाइड की अधिकता इस्तेमाल करता है; लब्धि है।
भाग I — स्थल।
- एथीन और हाइड्रोजन ब्रोमाइड की लुइस संरचनाएँ बनाइए।
- एथीन का दाता स्थल कहाँ है? क्यों?
- आबंध का विद्युत-ऋणात्मकता अंतर निकालिए (H 2.20, Br 2.96)। किस परमाणु पर है?
- का कौन-सा परमाणु ग्राही स्थल है?
भाग II — क्रियाविधि।
- पहला चरण उसके दोनों वक्र तीरों के साथ बनाइए।
- बनने वाली दोनों स्पीशीज़ और उनके आवेश बताइए।
- पहले चरण में आवेश संरक्षण जाँचिए।
- दूसरा चरण उसके वक्र तीर के साथ बनाइए।
- मध्यवर्ती के धनात्मक कार्बन के चारों ओर कितने इलेक्ट्रॉन हैं? वह इतना क्रियाशील क्यों है?
भाग III — किस प्रकार की अभिक्रिया?
- क्रियाविधि का मध्यवर्ती क्या है?
- वह समग्र समीकरण में क्यों दिखाई नहीं देता?
- अभिक्रिया किस श्रेणी की है?
- क्या अभिक्रिया कार्बन कंकाल बदलती है, या केवल क्रियात्मक समूह?
भाग IV — कितना उत्पाद?
- एथीन और ब्रोमोएथेन के मोलर द्रव्यमान निकालिए।
- एथीन की मात्रा निकालिए।
- प्रगति सारणी भरिए। कौन-सा अभिकारक सीमांत है?
- ब्रोमोएथेन का अधिकतम द्रव्यमान निकालिए।
- की लब्धि के साथ प्राप्त द्रव्यमान निकालिए।
- अंतिम उत्तर बताइए: रसायनज्ञ को ब्रोमोएथेन का कितना द्रव्यमान मिलता है?
हल
हल — समस्या 40.1.
1. एथीन: , एक द्विआबंध और चार । हाइड्रोजन ब्रोमाइड: , ब्रोमीन पर तीन एकाकी युग्मों के साथ।
2. द्विआबंध: उसका दूसरा युग्म इलेक्ट्रॉनों से समृद्ध एक क्षेत्र है।
3. : पर है।
4. हाइड्रोजन परमाणु।
5. द्विआबंध से के हाइड्रोजन तक एक तीर; आबंध से ब्रोमीन तक एक तीर।
6. कार्बधनायन () और ()।
7. पहले: ; बाद में: ।
8. के एक एकाकी युग्म से धनात्मक कार्बन तक एक तीर।
9. छह (तीन आबंध): अष्टक से एक युग्म कम, इसलिए वह पास के किसी भी दाता से युग्म ग्रहण कर लेता है।
10. कार्बधनायन ।
11. वह पहले चरण में बनता है और दूसरे में खप जाता है।
12. एक योगज अभिक्रिया।
13. केवल समूह: दो कार्बनों की श्रृंखला बनी रहती है, और द्विआबंध और वाला एकल आबंध बन जाता है।
14. ; ।
15. ।
16. एथीन: ; : अधिकता में; ब्रोमोएथेन: । एथीन सीमांत है: ।
17. ।
18. ।
19. लगभग ब्रोमोएथेन।