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

49बहुलक

फ़्लीस जैकेट पिघली हुई पेय-बोतलों से काती जा सकती है; पर्वतारोहण की रस्सी नायलॉन की बनी होती है; यह पृष्ठ सेलुलोज़ है, जिसे पेड़ों ने बनाया है। तीनों बहुलक हैं: हज़ारों परमाणु लंबे अणु, जो एक छोटी इकाई को बार-बार दोहराकर बने हैं। उनके गुण — नरम या कठोर, प्रत्यास्थ या भंगुर, पिघलने योग्य या नहीं — उनमें मौजूद परमाणुओं से कम, और उनकी लंबी श्रृंखलाओं की व्यवस्था से अधिक आते हैं।

पहले से ज्ञात

प्लास्टिक बहुत लंबे अणुओं से बने होते हैं; थर्मोप्लास्टिक गरम करने पर नरम पड़ते हैं, थर्मोसेट नहीं (अध्याय 15)। ऐल्कोहॉल, अम्ल, एस्टर, ऐमीन और ऐमाइड समूह (अध्याय 33)। योगज अभिक्रिया बिना कोई परमाणु खोए दो अणुओं को एक में जोड़ती है (अध्याय 40)।

इस्तेमाल की हुई पेय-बोतलें और एक फ़्लीस जैकेट: वही बहुलक, दो रूपों में।

49.1 एकलक, बहुलक, पुनरावृत्त इकाइयाँ

परिभाषा 49.1 (बहुलक, एकलक, बहुलकीकरण)

बहुलक बहुत बड़े अणुओं, बृहदणुओं, से बना एक पदार्थ है, जिनमें से हर एक अनेक छोटी इकाइयों से बना है जो एक के बाद एक आबंधित होती हैं। जिन छोटे अणुओं से वह बनता है, वे उसके एकलक हैं; उन्हें जोड़ने वाली अभिक्रिया बहुलकीकरण है।

परिभाषा 49.2 (पुनरावृत्त इकाई, बहुलकीकरण की कोटि)

किसी बहुलक की पुनरावृत्त इकाई परमाणुओं का वह सबसे छोटा समूह है जिसकी पुनरावृत्ति से श्रृंखला बनती है; उसे एक सूचकांक $n$ के साथ कोष्ठकों के बीच लिखा जाता है। किसी श्रृंखला में पुनरावृत्त इकाइयों की संख्या $n$ उसकी बहुलकीकरण की कोटि है।

एथीन का बहुलकीकरण: एकलक के n अणु पॉलीएथीन की एक श्रृंखला देते हैं, जिसकी पुनरावृत्त इकाई -CH2-CH2- कोष्ठकों के बीच लिखी जाती है। — एथीन का बहुलकीकरण: एकलक के $n$ अणु पॉलीएथीन की एक श्रृंखला देते हैं, जिसकी पुनरावृत्त इकाई $\ce{-CH2-CH2-}$ कोष्ठकों के बीच लिखी जाती है।

प्रतिज्ञप्ति 49.3 (बहुलक का मोलर द्रव्यमान)

बहुलकीकरण की कोटि $n$ वाली श्रृंखला का मोलर द्रव्यमान है

M(\text{बहुलक}) \approx n \times M(\text{पुनरावृत्त इकाई}) ,

क्योंकि बड़े $n$ के लिए श्रृंखला के दोनों सिरे नगण्य हैं।

उपपत्ति. श्रृंखला $n$ पुनरावृत्त इकाइयाँ और कुछ-कुछ परमाणुओं वाले दो अंत्य समूह है; हज़ारों में $n$ के लिए, अंत्य समूह पूरे के एक हज़ारवें भाग से भी कम भारी होते हैं। ∎

उदाहरण 49.4 (एक पॉलीएथीन श्रृंखला)

जिस पॉलीएथीन श्रृंखला का मोलर द्रव्यमान $280\,000\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ हो, उसमें $n = 280000/28.0 = 10000$ पुनरावृत्त इकाइयाँ हैं, यानी एक पंक्ति में बीस हज़ार कार्बन परमाणु। किसी वास्तविक नमूने में सभी श्रृंखलाओं की लंबाई समान नहीं होती: $n$ एक औसत है।

49.2 योगज बहुलक

परिभाषा 49.5 (योगज बहुलक, संघनन बहुलक)

योगज बहुलक $\ce{C=C}$ द्विआबंध वाले एकलकों के योग से बनता है, बिना किसी अन्य उत्पाद के: उसकी पुनरावृत्त इकाई में वही परमाणु होते हैं जो एकलक में। संघनन बहुलक दो क्रियात्मक समूहों के बीच ऐसी अभिक्रियाओं से बनता है जो दो एकलकों को जोड़ती हैं और हर कड़ी पर एक छोटा अणु, आम तौर पर पानी, मुक्त करती हैं।

एकलक	बहुलक	पुनरावृत्त इकाई	उपयोग
एथीन $\ce{CH2=CH2}$	पॉलीएथीन (PE)	$\ce{-CH2-CH2-}$	थैले, बोतलें
क्लोरोएथीन $\ce{CH2=CHCl}$	पॉली(विनाइल क्लोराइड) (PVC)	$\ce{-CH2-CHCl-}$	पाइप, चौखटें
फ़ेनिलएथीन $\ce{CH2=CH-C6H5}$	पॉलीस्टाइरीन (PS)	$\ce{-CH2-CH(C6H5)-}$	कप, फ़ोम
टेट्राफ़्लुओरोएथीन $\ce{CF2=CF2}$	PTFE	$\ce{-CF2-CF2-}$	नॉन-स्टिक बर्तन

चार योगज बहुलक। हर एक में एकलक का द्विआबंध खुलता है, और उसके दोनों कार्बन श्रृंखला से जुड़ जाते हैं।

विधि 49.6 (बहुलक से एकलक ज्ञात करना)

पुनरावृत्त इकाई खोजिए: वह सबसे छोटा समूह जिसकी पुनरावृत्ति से श्रृंखला बनती है।
यदि मुख्य श्रृंखला में केवल कार्बन परमाणु हैं, तो यह योगज बहुलक है: पुनरावृत्त इकाई की मुख्य श्रृंखला के दोनों कार्बनों के बीच द्विआबंध वापस रखिए। यही एकलक है।
यदि मुख्य श्रृंखला में एस्टर या ऐमाइड कड़ियाँ हैं, तो यह संघनन बहुलक है: हर कड़ी काटिए, और हर पक्ष को मुक्त हुए छोटे अणु के परमाणु लौटाइए ( $\ce{-OH}$ को $\ce{C=O}$ की ओर, $\ce{-H}$ को $\ce{O}$ या $\ce{N}$ की ओर)। वही एकलक हैं।

उदाहरण 49.7 (PVC का एकलक)

श्रृंखला $\ce{-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-}$ $\ce{-CH2-CHCl-}$ को दोहराती है; उसकी मुख्य श्रृंखला में केवल कार्बन हैं, इसलिए एकलक $\ce{CH2=CHCl}$ , क्लोरोएथीन, है।

49.3 संघनन बहुलक

एक क्रियाशील समूह वाला एकलक केवल एक बार आबंध बना सकता है: वह श्रृंखला को समाप्त कर देता है। संघनन से श्रृंखला बनाने के लिए हर एकलक को दो समूह चाहिए, हर सिरे पर एक।

उदाहरण 49.8 (PET, एक पॉलिएस्टर)

एथेन-1,2-डाइऑल, $\ce{HO-CH2-CH2-OH}$ , में दो ऐल्कोहॉल समूह हैं; बेंज़ीन-1,4-डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल, $\ce{HOOC-C6H4-COOH}$ , में दो अम्ल समूह। हर अम्ल समूह एक ऐल्कोहॉल समूह के साथ एस्टर बनाता है और पानी मुक्त करता है: श्रृंखला दोनों सिरों से बढ़ती है। बहुलक पॉली(एथिलीन टेरेफ़्थेलेट), PET, है, जो पेय-बोतलों और पॉलिएस्टर रेशों का पदार्थ है। उसकी पुनरावृत्त इकाई, $\ce{C10H8O4}$ , का मोलर द्रव्यमान $192.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ है, अर्थात दोनों एकलक ( $62.0 + 166.0$ ) घटा पानी के दो अणु ( $36.0$ )।

अपने दो एकलकों से PET: हर एस्टर कड़ी (-CO-O- समूह) पानी का एक अणु मुक्त करती है। — अपने दो एकलकों से PET: हर एस्टर कड़ी ( $\ce{-CO-O-}$ समूह) पानी का एक अणु मुक्त करती है।

उदाहरण 49.9 (नायलॉन-6,6, एक पॉलिऐमाइड)

हेक्सेन-1,6-डाइऐमीन, $\ce{H2N-(CH2)6-NH2}$ , और हेक्सेनडाइओइक अम्ल, $\ce{HOOC-(CH2)4-COOH}$ , ऐमाइड कड़ियों से जुड़ते हैं, जिनमें से हर एक पानी का एक अणु मुक्त करती है:

\cdots\ce{-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-}\cdots

नाम में दोनों छक्के हर एकलक के कार्बन परमाणु गिनते हैं। पड़ोसी श्रृंखलाओं की ऐमाइड कड़ियाँ हाइड्रोजन आबंधों द्वारा एक-दूसरे को आकर्षित करती हैं, जिससे नायलॉन के रेशे मज़बूत होते हैं।

इतिहास — कैरोथर्स और नायलॉन

रसायनज्ञ वॉलेस कैरोथर्स, जो एक रसायन कंपनी की एक अनुसंधान प्रयोगशाला के प्रमुख थे, यह सिद्ध करने निकले कि बहुलक वास्तव में विशाल अणु हैं और उन्हें जान-बूझकर बनाया जा सकता है। उनकी टीम ने पहले पॉलिएस्टर बनाए, जो उपयोगी होने के लिए बहुत आसानी से पिघल जाते थे; 1934 में वे ऐमीनों की ओर मुड़े और पॉलिऐमाइड बनाए, जिनमें वह रेशा भी था जिसे बाद में नायलॉन नाम मिला। नायलॉन का उत्पादन 1939 में शुरू हुआ, पहले मोज़ों के रूप में जिन्होंने एक विश्व मेले में सनसनी फैला दी, फिर पैराशूट, रस्सियों और टूथब्रश के रेशों के रूप में।

49.4 संरचना और गुण

एक ही बहुलक के दो नमूने बहुत अलग व्यवहार कर सकते हैं: मायने यह रखता है कि श्रृंखलाएँ कितनी लंबी हैं, उनकी आकृति कैसी है, और वे कैसे सजी हैं।

प्रतिज्ञप्ति 49.10 (श्रृंखलाएँ और गुण)

लंबी श्रृंखलाएँ अधिक उलझती हैं: पदार्थ अधिक मज़बूत होता है और ऊँचे ताप पर पिघलता है।
रैखिक श्रृंखलाएँ व्यवस्थित, क्रिस्टलीय क्षेत्रों में अगल-बगल सज सकती हैं; शाखित श्रृंखलाएँ नहीं सज सकतीं, और अव्यवस्थित, अक्रिस्टलीय, रहती हैं। क्रिस्टलीय क्षेत्र बहुलक को अधिक घना, अधिक कठोर और कम पारदर्शी बनाते हैं।
केवल अंतराआण्विक बलों से अगल-बगल टिकी श्रृंखलाएँ गरम करने पर एक-दूसरे पर फिसलती हैं: बहुलक थर्मोप्लास्टिक है। सहसंयोजी तिर्यक-बंधों से जुड़ी श्रृंखलाएँ नहीं फिसल सकतीं: बहुलक थर्मोसेट है, या, कम तिर्यक-बंधों के साथ, रबड़ जैसा प्रत्यास्थ ठोस।

उपपत्ति. गरम करने से श्रृंखलाओं को उनके बीच के अंतराआण्विक बलों (अध्याय 30) पर विजय पाने लायक ऊर्जा मिलती है, जो सहसंयोजी आबंधों से दुर्बल हैं; श्रृंखलाओं के बीच जितना अधिक संपर्क, उतनी ही अधिक ऊर्जा लगती है। तिर्यक-बंध सहसंयोजी हैं: उन्हें तोड़ने से पदार्थ पिघलने के बजाय नष्ट हो जाता है। ∎

बहुलक श्रृंखलाओं की चार व्यवस्थाएँ। तिर्यक-बंध (नारंगी) श्रृंखलाओं के बीच सहसंयोजी आबंध हैं।

उदाहरण 49.11 (दो पॉलीएथीन)

बहुत ऊँचे दाब पर बनी पॉलीएथीन में बहुत-सी छोटी शाखाएँ होती हैं: उसकी श्रृंखलाएँ ठीक से नहीं सजतीं, और वह थैलों के लिए नरम, पारदर्शी फ़िल्में देती है। कम दाब पर उत्प्रेरक के साथ बनाने पर उसकी श्रृंखलाएँ लगभग रैखिक होती हैं और क्रिस्टलीय क्षेत्रों में सजती हैं: वह अधिक घनी और कठोर होती है, और दूध की बोतलें और क्रेट देती है। वही एकलक, वही पुनरावृत्त इकाई, भिन्न वास्तु।

49.5 प्राकृतिक बहुलक

सजीव रसायनज्ञों से बहुत पहले से बहुलक बनाते आए हैं।

सेलुलोज़ और स्टार्च दोनों ग्लूकोज़ इकाइयों की श्रृंखलाएँ हैं, प्रति इकाई $\ce{C6H10O5}$ , जो अलग-अलग ढंग से जुड़ी हैं: सेलुलोज़ सीधे, मज़बूत रेशे बनाता है (लकड़ी, कपास, कागज़); स्टार्च कुंडलियाँ बनाता है जिन्हें शरीर पचा लेता है।
प्रोटीन ऐमाइड कड़ियों से जुड़े ऐमीनो अम्लों की श्रृंखलाएँ हैं, जो अध्याय 48 के डाइपेप्टाइड वाले पेप्टाइड आबंध हैं।
डीएनए न्यूक्लियोटाइडों की एक श्रृंखला है; उसकी चार प्रकार की इकाइयों का क्रम आनुवंशिक सूचना संचित करता है।
प्राकृतिक रबड़ आइसोप्रीन, $\ce{CH2=C(CH3)-CH=CH2}$ , का एक योगज बहुलक है, जिसे रबड़ के पेड़ की छाल से दूधिया द्रव, लेटेक्स, के रूप में एकत्र किया जाता है। सल्फ़र के साथ गरम करने पर उसकी श्रृंखलाएँ सल्फ़र सेतुओं से जुड़ जाती हैं: रबड़ अधिक सख़्त हो जाता है और अपनी आकृति बनाए रखता है, जैसे टायर में।

रबड़ के पेड़ से रस निकालना: छाल के एक चीरे से लेटेक्स बहकर एक प्याले में जाता है।

टिप्पणी 49.12 (बनाना और बिगाड़ना)

थर्मोप्लास्टिक को पिघलाकर फिर से आकार दिया जा सकता है: यांत्रिक पुनर्चक्रण। संघनन बहुलक को उलटी अभिक्रिया, जल-अपघटन, द्वारा उसके एकलकों में भी तोड़ा जा सकता है, और एकलकों से नया बहुलक बनाया जा सकता है: रासायनिक पुनर्चक्रण। थर्मोसेट इनमें से कोई भी आसानी से नहीं कर सकता।

49.6 अभ्यास

अभ्यास 49.1 ★

पॉलीप्रोपीन का एकलक बताइए, जिसकी पुनरावृत्त इकाई $\ce{-CH2-CH(CH3)-}$ है।

हल

हल — अभ्यास 49.1.

प्रोपीन, $\ce{CH2=CH-CH3}$ ।

अभ्यास 49.2 ★

टेट्राफ़्लुओरोएथीन, $\ce{CF2=CF2}$ , से बने बहुलक की पुनरावृत्त इकाई लिखिए। क्या यह योगज बहुलक है या संघनन बहुलक?

हल

हल — अभ्यास 49.2.

$\ce{-CF2-CF2-}$ ; एक योगज बहुलक: एकलक में $\ce{C=C}$ आबंध है और कोई अन्य उत्पाद नहीं बनता।

अभ्यास 49.3 ★

योगज या संघनन बहुलकों में वर्गीकृत कीजिए: पॉलीएथीन, PET, नायलॉन, PVC, पॉलीस्टाइरीन।

हल

हल — अभ्यास 49.3.

योगज: पॉलीएथीन, PVC, पॉलीस्टाइरीन। संघनन: PET (एक पॉलिएस्टर), नायलॉन (एक पॉलिऐमाइड)।

अभ्यास 49.4 ★

इनमें से कौन-से बहुलक प्राकृतिक हैं: सेलुलोज़, नायलॉन, स्टार्च, PVC, लेटेक्स से बना रबड़, प्रोटीन?

हल

हल — अभ्यास 49.4.

सेलुलोज़, स्टार्च, लेटेक्स से बना रबड़, प्रोटीन। नायलॉन और PVC संश्लिष्ट हैं।

अभ्यास 49.5 ★

संघनन बहुलक के हर एकलक में दो क्रियाशील समूह क्यों होने चाहिए?

हल

हल — अभ्यास 49.5.

हर कड़ी हर एकलक के एक समूह का उपयोग करती है; दो समूहों के साथ एकलक दोनों ओर आबंध बना सकता है और श्रृंखला बढ़ती रहती है। एक समूह वाला एकलक श्रृंखला को रोक देता।

अभ्यास 49.6 ★★

PVC के एक नमूने का औसत मोलर द्रव्यमान $125\,000\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ है। उसकी बहुलकीकरण की कोटि निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 49.6.

$M(\ce{C2H3Cl}) = 24.0 + 3.0 + 35.5 = 62.5\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $n = 125000/62.5 = 2000$ ।

अभ्यास 49.7 ★★

पॉलीस्टाइरीन की एक श्रृंखला की बहुलकीकरण की कोटि 2500 है। उसका मोलर द्रव्यमान निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 49.7.

$M(\ce{C8H8}) = 104.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $M = 2500 \times 104.0 = 2.60 \times 10^{5}\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ।

अभ्यास 49.8 ★★

लैक्टिक अम्ल, $\ce{CH3-CH(OH)-COOH}$ , में एक ऐल्कोहॉल समूह और एक अम्ल समूह है। दिखाइए कि वह अकेले ही पॉलिएस्टर बना सकता है, उसकी पुनरावृत्त इकाई लिखिए, और मुक्त होने वाले छोटे अणु का नाम बताइए।

हल

हल — अभ्यास 49.8.

एक अणु का अम्ल समूह अगले अणु के ऐल्कोहॉल समूह के साथ एस्टर बनाता है, जिसमें अब भी एक मुक्त अम्ल समूह है: श्रृंखला बढ़ती है। पुनरावृत्त इकाई $\ce{-O-CH(CH3)-CO-}$ ; हर कड़ी पर पानी मुक्त होता है।

अभ्यास 49.9 ★★

श्रृंखला व्यवस्थाओं वाले चित्र की मदद से समझाइए कि थैलों की फ़िल्में नरम और पारदर्शी क्यों होती हैं, जबकि दूध की बोतलें कठोर और अपारदर्शी।

हल

हल — अभ्यास 49.9.

थैलों की फ़िल्में शाखित श्रृंखलाओं से बनी होती हैं, जो सज नहीं सकतीं: पदार्थ अक्रिस्टलीय, नरम और पारदर्शी होता है। दूध की बोतलें लगभग रैखिक श्रृंखलाओं से बनी होती हैं, जो क्रिस्टलीय क्षेत्रों में सजती हैं: अधिक घनी, अधिक कठोर, और क्रिस्टलीय क्षेत्र प्रकाश को प्रकीर्णित करते हैं।

अभ्यास 49.10 ★★

कड़ाही का हत्था थर्मोसेट है, उसके प्लास्टिक ढक्कन की मूठ भी। उनकी श्रृंखलाओं का वर्णन कीजिए। उन्हें पिघलाकर पुनर्चक्रित क्यों नहीं किया जा सकता?

हल

हल — अभ्यास 49.10.

उनकी श्रृंखलाएँ अनेक सहसंयोजी तिर्यक-बंधों से जुड़ी हैं। गरम करने से श्रृंखलाएँ फिसल नहीं सकतीं; वह आबंध तोड़ता है और पदार्थ को पिघलाने के बजाय नष्ट कर देता है।

अभ्यास 49.11 ★★

नायलॉन-6,6 की एक श्रृंखला का मोलर द्रव्यमान $22\,600\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ है। उसकी पुनरावृत्त इकाई $\ce{C12H22N2O2}$ का मोलर द्रव्यमान, फिर उसकी बहुलकीकरण की कोटि निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 49.11.

$M(\ce{C12H22N2O2}) = 144.0 + 22.0 + 28.0 + 32.0 = 226.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $n = 22600/226.0 = 100$ ।

अभ्यास 49.12 ★★★

हेक्सेन-1,6-डाइऐमीन के एक अणु और हेक्सेनडाइओइक अम्ल के एक अणु के बीच की अभिक्रिया लिखिए, जो पहली ऐमाइड कड़ी देती है। उत्पाद दोनों सिरों पर अभिक्रिया करता क्यों रह सकता है?

हल

हल — अभ्यास 49.12.

\ce{H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH -> H2N(CH2)6NHCO(CH2)4COOH + H2O} .

उत्पाद के एक सिरे पर अब भी एक मुक्त ऐमीन समूह और दूसरे पर एक मुक्त अम्ल समूह है: हर एक किसी दूसरे एकलक से अभिक्रिया कर सकता है।

अभ्यास 49.13 ★★★

$1.0\,\mathrm{kg}$ नायलॉन-6,6 बनाने पर पानी का कितना द्रव्यमान मुक्त होता है?

हल

हल — अभ्यास 49.13.

प्रति पुनरावृत्त इकाई पानी के दो अणु। पुनरावृत्त इकाइयों के $n = 1000/226.0 = 4.42\,\mathrm{mol}$ , इसलिए पानी के $8.85\,\mathrm{mol}$ : $8.85 \times 18.0 = 159\,\mathrm{g}$ ।

अभ्यास 49.14 ★★★

प्राकृतिक रबड़ गरम होने पर नरम और चिपचिपा होता है; सल्फ़र के साथ गरम करने पर वह टायरों का प्रत्यास्थ, सख़्त रबड़ बन जाता है। श्रृंखलाओं की मदद से समझाइए। टायर का पुनर्चक्रण इतना कठिन क्यों है?

हल

हल — अभ्यास 49.14.

गरम प्राकृतिक रबड़ ऐसी श्रृंखलाओं से बना है जो एक-दूसरे पर फिसलती हैं। सल्फ़र सेतु श्रृंखलाओं को जोड़ते हैं: वे खिंचती हैं पर वापस लौट आती हैं, और अब बहती नहीं। तिर्यक-बंधित होने के कारण टायर को पिघलाकर नया आकार नहीं दिया जा सकता।

अभ्यास 49.15 ★★★

स्टार्च और सेलुलोज़ का प्रति इकाई सूत्र एक ही है, $\ce{C6H10O5}$ । सेलुलोज़ की एक श्रृंखला का मोलर द्रव्यमान $1.6 \times 10^{6}\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ है। उसमें कितनी ग्लूकोज़ इकाइयाँ हैं? यदि हर इकाई उसकी लंबाई में $0.5\,\mathrm{nm}$ जोड़ती है, तो वह कितनी लंबी है?

हल

हल — अभ्यास 49.15.

$M(\ce{C6H10O5}) = 162.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $n = 1.6 \times 10^{6}/162.0 = 9900$ इकाइयाँ; लंबाई $9900 \times 0.5 = 4900\,\mathrm{nm}$ , लगभग $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ ।

49.7 समस्या: बोतल से फ़्लीस तक

समस्या 49.1

सप्ताहांत समस्या — एक फ़्लीस जैकेट में 25 g की कितनी बोतलें लगती हैं?

एक फ़्लीस जैकेट $300\,\mathrm{g}$ PET रेशे से बनी है। $25\,\mathrm{g}$ वाली इस्तेमाल की हुई बोतलें एकत्र की जाती हैं, छाँटी जाती हैं, धोई जाती हैं, कतरी जाती हैं, पिघलाई और काती जाती हैं; इस प्रक्रम में बोतलों के द्रव्यमान का $80\,\%$ जैकेट में रेशे के रूप में पहुँचता है।

भाग I — बहुलक।

PET के दोनों एकलकों और उनमें मौजूद क्रियात्मक समूहों के नाम बताइए।
उनके बीच कौन-सी कड़ी बनती है? कौन-सा छोटा अणु मुक्त होता है?
PET योगज बहुलक है या संघनन बहुलक?
दोनों एकलकों के मोलर द्रव्यमान निकालिए।
पुनरावृत्त इकाई $\ce{C10H8O4}$ का मोलर द्रव्यमान निकालिए, और उसके सूत्र से उसकी जाँच कीजिए।

भाग II — श्रृंखलाएँ।

एक बोतल के PET की श्रृंखलाओं का औसत मोलर द्रव्यमान $38\,400\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ है। बहुलकीकरण की कोटि निकालिए।
एक श्रृंखला में लगभग कितनी एस्टर कड़ियाँ होती हैं?
बोतलों का PET आंशिक रूप से क्रिस्टलीय है। इससे उसकी श्रृंखलाओं के बारे में क्या पता चलता है?
PET को पिघलाकर रेशे में क्यों काता जा सकता है?

भाग III — पुनर्चक्रण।

एक जैकेट के लिए बोतलों का कितना द्रव्यमान चाहिए?
यह कितनी बोतलें हैं?
बाकी द्रव्यमान का क्या होता है?
यह पुनर्चक्रण हरित रसायन का कौन-सा सिद्धांत लागू करता है?

भाग IV — वापस एकलकों तक।

एक पुनरावृत्त इकाई के लिए PET का उसके एकलकों में जल-अपघटन लिखिए।
$1.00\,\mathrm{kg}$ PET में पुनरावृत्त इकाइयों की कितनी मात्रा है?
$1.00\,\mathrm{kg}$ PET का पूर्ण जल-अपघटन हर एकलक के कितने द्रव्यमान देता है?
यह पानी का कितना द्रव्यमान खपाता है? द्रव्यमान संरक्षण जाँचिए।
पिघलाने की तुलना में इस रासायनिक पुनर्चक्रण का एक लाभ बताइए।
अंतिम उत्तर बताइए: एक फ़्लीस जैकेट में $25\,\mathrm{g}$ की कितनी बोतलें लगती हैं?

हल

हल — समस्या 49.1.

1. एथेन-1,2-डाइऑल (दो ऐल्कोहॉल समूह) और बेंज़ीन-1,4-डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल (दो कार्बोक्सिलिक अम्ल समूह)।

2. एक एस्टर कड़ी; पानी मुक्त होता है।

3. एक संघनन बहुलक।

4. $M(\ce{C2H6O2}) = 62.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; $M(\ce{C8H6O4}) = 166.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ।

5. $62.0 + 166.0 - 2 \times 18.0 = 192.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ; और $10 \times 12.0 + 8 \times 1.0 + 4 \times 16.0 = 192.0$ ।

6. $n = 38400/192.0 = 200$ ।

7. प्रति पुनरावृत्त इकाई दो एस्टर कड़ियाँ: लगभग 400।

8. उसकी श्रृंखलाएँ अधिकतर रैखिक हैं, और उनके भाग व्यवस्थित क्षेत्रों में सीधे सजते हैं।

9. यह थर्मोप्लास्टिक है: उसकी श्रृंखलाएँ तिर्यक-बंधित नहीं हैं और गरम होने पर एक-दूसरे पर फिसलती हैं।

10. $300/0.80 = 375\,\mathrm{g}$ ।

11. $375/25 = 15$ बोतलें।

12. ढक्कन, लेबल, गंदगी और कतरनें छँटाई, धुलाई और कताई के दौरान हटा दी जाती हैं या नष्ट हो जाती हैं।

13. अपशिष्ट रोकना (सिद्धांत 1): इस्तेमाल की हुई वस्तु कच्चा माल बन जाती है।

14. $\ce{C10H8O4 + 2H2O -> C2H6O2 + C8H6O4}$ ।

15. $1000/192.0 = 5.21\,\mathrm{mol}$ ।

16. डाइऑल: $5.21 \times 62.0 = 323\,\mathrm{g}$ ; अम्ल: $5.21 \times 166.0 = 865\,\mathrm{g}$ ।

17. पानी के $2 \times 5.21 \times 18.0 = 188\,\mathrm{g}$ ; $1000 + 188 = 323 + 865 = 1188\,\mathrm{g}$ : द्रव्यमान संरक्षित है।

18. एकलकों को शुद्ध करके नए जैसा अच्छा नया PET बनाया जा सकता है, जबकि पिघलाने से हर बार श्रृंखलाएँ थोड़ी छोटी हो जाती हैं।

19. एक फ़्लीस जैकेट में $25\,\mathrm{g}$ की 15 बोतलें लगती हैं।

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