గోళాకారంలో ఉన్న పుల్లరిన్‌లను ఏమంటారు?

కార్బన్‌ దాని సమ్మేళనాలు

• కార్బన్‌ ఒక అలోహం. ఇది ఆధునిక ఆవర్తన పట్టికలో IV-A గ్రూప్‌కు చెందిన మూలకం.
• బాహ్యకర్పరంలో 4 ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి.
• కార్బన్‌ పరమాణువుల సంఖ్య- 6
• చారిత్రక పూర్వయుగంలోనే దీనిని కనుగొన్నారు. మన పూర్వీకులు జీవ పదార్థాన్ని దహనం చెందించి ‘చార్‌కోల్‌’ను తయారు చేసేవారు.
• కార్బన్‌ ఎల్రక్టాన్‌ విన్యాసం 1S2, 2S2, 2P2
• భూమి పొరల్లో కార్బన్‌ 0.3% వివిధ రూపాల్లో లభిస్తుంది.
• ఉత్తేజ స్థాయిలో కార్బన్‌ ఎలక్ట్రాన్‌ విన్యాసం 1S2, 2S2, 2Px1 2Py1 2Pz1
• కార్బన్‌కు చెందిన నాలుగు ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉన్న ఆర్బిటాళ్లు శక్తితత్వ సమానమని సంకరీకరణం ద్వారా చూపవచ్చు.

సంకరీకరణం

• సంకరీకరణం అనే భావనను మొదట ప్రవేశ పెట్టింది- లైనన్‌ ఫాలింగ్‌ (1931)
• ఒక పరమాణువులో దాదాపు సమానశక్తి గల ఆర్బిటాళ్లు పునరేఖీకరణ చెందడం ద్వారా అదే సంఖ్యలో శక్తి, ఆకృతి వంటి ధర్మాల్లో సారూప్యత కలిగిన నూతన ఆర్బిటాళ్లు ఏర్పడటాన్ని సంకరీకరణం అంటారు.
• కార్బన్‌ సంకర SP3, SP2, SP ఆర్బిటాళ్లను ఏర్పరుస్తుంది.
• SP3 సంకరీకరణం- మీథేన్‌ (CH4)
• SP2 సంకరీకరణం- ఇథిలిన్‌ (C2H4)
• SP సంకరీకరణం- ఎసిటలిన్‌ (C2H2)

కార్బన్‌ రూపాంతరాలు

• ఏదైనా ఒక మూలకం రెండు కంటే ఎక్కువ రూపాల్లో లభిస్తూ రసాయన ధర్మాలు దాదాపు సారూప్యత కలిగి ఉండి భౌతిక ధర్మాల్లో విభేదించే ధర్మాన్ని రూపాంతరత (Allotropy) అంటారు.
• ఆ మూలకం విభిన్న రూపాలను రూపాంతరాలు అంటారు.
• ఇవి వాటి పరమాణువుల అమరికల్లో తేడా వల్ల ఏర్పడుతాయి.

కార్బన్‌ రూపాంతరాలు రెండు రకాలు

• స్పటిక రూపాంతరాలు (Crystalline)
• అస్పటిక రూపాంతరాలు (Amorphous Forms)
• అస్పటిక రూపాంతరాలు: బొగ్గు, కోక్‌, కలప, చార్‌కోల్‌, జంతు చార్‌కోల్‌, నల్లని మణి వాయురూప కార్బన్‌, పెట్రోలియం కోల్‌, చక్కెర చార్‌కోల్‌ మొదలైనవి అస్పటిక రూపాంతరాలు
• స్పటిక రూపాంతరాలు
• కార్బన్‌లో 4 రకాలైన స్పటిక రూపాంతరాలున్నాయి.
• 1. వజ్రం 2. గ్రాఫైట్‌ 3. బక్‌మిన్‌స్టర్‌ పుల్లరిన్‌ 4. నానో నాళాలు

వజ్రం

• ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు ఉత్తేజస్థితిలో SP3 సంకరీకరణం చెందుతుంది.
• ప్రతి కార్బన్‌ పరమాణువు చతుర్ముఖీయ ఆకృతిని కలిగి ఉంటుంది.
• C – C బంధాలు చాలా బలమైనవి. ఏక సంయోజనీయ బంధం కలిగి ఉంటుంది.
• వజ్రం సాంద్రత 4.51 గ్రా/సెం.మీ.
• వజ్రం వక్రీభవన గుణకం విలువ 2.41
• వజ్రం అధమ ఉష్ణ,
• అధమ విద్యుత్‌ వాహకం
• C – C బంధ దూరం 1.54 Ao, బంధ కోణం 109o 28
• ఇప్పటి వరకు తెలిసిన అన్ని పదార్థాల్లో గట్టి పదార్థం వజ్రం

గ్రాఫైట్‌

• ఇది ద్విమితీయ (2D) నిర్మాణం గల పొరలను కలిగి ఉంటుంది.
• ఈ పొరల మధ్య C H బంధాలు సాపేక్షంగా బలహీనంగా ఉంటాయి.
• గ్రాఫైట్‌ SP2 సరళీకరణాల గల కార్బన్‌ పరమాణువులతో ఉంటుంది.
• గ్రాఫైట్‌ పొరల మధ్య దూరం 3.35 Ao
• నల్లటి, మెత్తటి స్ఫటిక ఘన పదార్థం. దీనిని కందెనలు, పెన్సిల్‌ లెడ్‌గా ఉపయోగిస్తారు.
• ఇది ఉత్తమ విద్యుత్‌ వాహకం, దీని సాంద్రత 2.25 గ్రా/సెం.మీ
• గ్రాఫైట్‌ మంచి విద్యుత్‌ వాహకంగా పనిచేయడానికి గల కారణం విస్తాపనం చెంది ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌ వ్యవస్థ.
• C -C బంధ దూరం 1-42Ao బంధకోణం 120o

బక్‌మిన్‌స్టర్‌ పుల్లరిన్‌ C60

• దీనిని 1985లో క్రోట్‌, స్మాలీ అనే శాస్త్రవేత్తల బృందం కనుగొన్నది.
• 1996లో రసాయన శాస్త్ర విభాగంలో నోబెల్‌ బహుమతి లభించింది.
• జడవాయు వాతావరణంలో భాష్ప కార్బన్‌ ఘనీభవించడం వల్ల పుల్లరిన్‌లు ఏర్పడతాయి.
• గోళాకారంలో ఉన్న పుల్లరిన్‌లను బక్కి బాల్స్‌ అని కూడా అంటారు.
• బక్‌మిన్‌స్టర్‌ పుల్లరిన్‌ గోళాకారంలో ఉండి సాకర్‌బాల్‌ (ఫుట్‌బాల్‌) ఆకారంలో అమరిన C60 అణువులను కలిగి ఉంటుంది.
• C60 అణువు ఉపరితలంపై 12 పంచముఖ ఆకృతి, 20 షట్ముఖ ఆకృతి వలయాలు ఉంటాయి.
• ప్రతికర్బన SP2 పరమాణువు సంకర ఆర్బిటాళ్లను కలిగి ఉంటాయి.
• విశిష్ట నిరోధక ఔషదం (Specific anti biotic) మెలనోమా వంటి క్యాన్సర్‌ కణాలను నిర్మూలించే ఔషదాల తయారీలో C60 ఉపయోగిస్తారు.

నానో నాళాలు

• 1991లో సుమియో లీజిమ నానో నాళాలను కనుగొన్నారు.
• సంయోజనీయ బంధాల్లో పాల్గొనే కర్బన్‌ పరమాణువుల షట్ముఖ అమరికల వల్ల నానో ట్యూబులు ఏర్పడుతాయి.
• ఇవి గ్రాఫైట్‌ పొరలను పోలి ఉంటాయి.
• ఇవి విద్యుత్‌ వాహకాలు కాబట్టి అణుతీగలుగా, సమీకృత వలయాల్లో రాగికి బదులుగా వాడుతారు.
• శాస్త్రవేత్తలు అతి చిన్న కణంలోకి జీవాణువులను పంపించడానికి వీటిని ఉపయోగిస్తారు.
• 1 mm మందం గల గ్రాఫైట్‌ 3 మిలియన్‌ పొరల గ్రాఫిన్‌ను కలిగి ఉంటుంది.
• గ్రాఫిన్‌ రాగి కంటే మంచి విద్యుత్‌ వాహకం స్టీలు కంటే 200 రెట్లు బలమైనది. కానీ 6 రెట్లు తేలికైనది.
• కాంతి దృష్ట్యా సంపూర్ణ పారదర్శక పదార్థం.

కార్బన్‌ స్వభావం (Vessatile Nature of Carbon)

• జేజే బెర్జిలియస్‌ సజీవుల్లో తయారయ్యేవాటిని కర్బన సమ్మేళనాలను నిర్జీవుల్లో తయారయ్యే వాటిని అకర్బన సమ్మేళనాలు అని పిలిచాడు.
• l 1829 ఫ్రెడరిక్‌ వోలర్‌ ప్రయోగశాలలో అమ్మోనియం సయనేట్‌ను వేడిచేస్తూ ‘యూరియా’ కనుగొన్నారు.
• మొట్టమొదటగా తయారు చేసిన కృత్రిమ కార్బన్‌ సమ్మేళనం ‘యూరియా’
• వోలర్‌ ఆవిష్కరణ ప్రాణాధార శక్తి సిద్ధాంతం తప్పని నిరూపించింది.
• జీవులు జీవించడానికి తోడ్పడే కార్బోహైడ్రేట్లు, ప్రొటీన్లు, న్యూక్లిక్‌ ఆమ్లాలు, కొవ్వులు, హార్మోన్లు, విటమిన్లు, కార్బన్‌ను కలిగి ఉంటాయి.

కార్బన్‌కు ఉన్న అసమాన ధర్మాలు

• శృంఖల సామర్థ్యం (కాటినేషన్‌)
• సాదృశ్యత
• బహుబంధాలను ఏర్పర్చడం
• శృంఖల సామర్థ్యం
• కార్బన్‌ ఇతర పరమాణువులతో కలిసి పొడవైన గొలుసుల వంటి నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఏదైనా మూలకం దానికి చెందిన పరమాణువుల మధ్య బంధాలను ఏర్పర్చుకోవడం ద్వారా అతి పెద్దవైన
• అణువులను ఏర్పర్చగల ధర్మాన్ని శృంఖల ధర్మం అని అంటారు.
• కార్బన్‌కు కాటనేషన్‌ సామర్థ్యం చాలా ఎక్కువ.

సాదృశ్యత

• ఒక అణుఫార్ములా కలిగి వివిధ నిర్మాణాత్మక ఫార్ములాగల సాదృశ్యాలను సాదృశ్యత అంటారు.
• ఒక అణుఫార్ములాలో రెండు లేదా ఎక్కువ పదార్థాలు ఉంటాయి.
• హైడ్రోకార్బన్‌లు

హైడ్రో కార్బన్‌లు

• కార్బన్‌, హైడ్రోజన్‌ మాత్రమే కలిగి ఉన్న సమ్మేళనాలను హైడ్రోకార్బన్‌లు అంటారు.

ఇవి రెండు రకాలు

• 1. వికృత శృంఖల హైడ్రోకార్బన్‌లు (ఏలిఫాటిక్‌ లేదా అచత్రీయ)
• 2. సంవృత శృంఖల హైడ్రోకార్బన్‌లు
• C-C బంధం ఏక బంధం ఉంటే వాటిని సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లను, రెండు కార్బన్‌ల మధ్య ద్విబంధం లేదా ఒక త్రిక బంధం ఉన్నట్లయితే వాటిని అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు అని అంటారు.
• ఒక కర్బన సమ్మేళనం గుణాత్మక ధర్మాలు ప్రధానంగా దానిలోని ఒక పరమాణువు లేదా పరమాణు సమూహంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. వీటిని ప్రమేయ సమూహాలు అంటారు.
• C,H,X ఉండే సమ్మేళనాలను హాల్‌ హైడ్రోకార్బన్‌లు అని అంటారు. (X= హాలోజన్‌ Cl, Br etc.)
• l Ex: Ch3Cl, CH3-CH3-Br,
• CH3-CHCl2
• వీటిని హైడ్రోకార్బన్‌ల హాలోజన్‌ ఉత్పన్నాలు అంటారు.
• C, H, Oలతో కార్బన్‌ సమ్మేళనాలు

ఆల్కహాల్‌లు:

OH గ్రూపు కలిగిన హైడ్రోకార్బన్‌లను ఆల్కహాల్‌ అంటారు. H2Oలోని హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు R ద్వారా ప్రతిక్షేపించగా R-OH ఏర్పడును. దీంతో R అంటే ఆల్కైల్‌ గ్రూపు.
Ex: CH3OH, CH3CH2OH, CH3-CHOH-CH3 etc

ఆల్డిహైడ్‌లు
CHO ప్రమేయ సమూహం గల కర్బన పదార్థాలను ఆల్డిహైడ్‌లు అంటారు.
ప్రమేయ సమూహం కలిగిన హైడ్రో కార్బన్‌లను ‘కీటోన్‌’లు అంటారు.

కార్బాగ్జిలిక్‌ ఆమ్లం
R-COOH ను కార్బాగ్జిలిక్‌ ఆమ్లం అంటారు. ప్రమేయ సమూహం- COOH

ఈథర్‌లు
l R-O-Rను ఈథర్‌ అని అంటారు. నీటి అణువుతో ఒక విధమైన సంబంధం కలిగి ఉంది.
l ఉదా: CH3-O-CH3
డై మిథైల్‌ ఈథర్‌
CH3-CH2-O-CH2
ఈథైల్‌ మిథైల్‌ ఈథర్‌

ఎస్టర్‌లు
R-COOR లేదా కార్బాగ్జిలిక్‌ ఆమ్లాల ఉత్పన్నాలను ఎస్టర్‌లు అంటారు.

అమైన్‌లు
NH2 ప్రమేయ సమూహం ఉన్న హైడ్రోకార్బన్‌లు అమైన్‌లు
అణుసాదృశ్యం: ఒకే అణుఫార్ములా గల సమ్మేళనాలు వేర్వేరు ధర్మాలను కలిగి ఉండే ధర్మాన్ని అణుసాదృశ్యం అంటారు.
Isomer’s+ > Iso= ఒకే విధమైన mers=భాగాలు
సమాంతర శ్రేణులు (Hemologous series)
కర్బన సమ్మేళనాల శ్రేణుల్లోని వరుసగా ఉండే రెండు సమ్మేళనాలు CH2 భేదంతో ఉంటే వాటిని సమజాత శ్రేణులు అంటారు.
ఉదా: CH4,C2H6,C3H8 ………
CH3OH, C2H5OH, C3H7OH …

సమజాత శ్రేణి కర్బన సమ్మేళనాలు-లక్షణాలు
ఇవి ఒక సాధారణ ఫార్ములాను కలిగి ఉంటాయి.
Cn H2n+2 (ఆల్కేన్‌) Cn H2n (ఆల్కీన్‌) Cn H2n-2 (ఆల్కైన్‌)
రెండు సమ్మేళనాల మధ్య భేదం CH2 గా ఉంటుంది
సమజాతి శ్రేణికి చెందిన అణువులను సమజాతాలు లేదా సంగతాలు అంటారు.
అల్కేన్‌లు: వీటిని సంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు అని అంటారు. లేదా పారాఫిన్‌లు అంటారు.
వీటి సాధారణ ఫార్ములా CnH3n+2
దీని నుంచి ఒక హైడ్రోజన్‌ను తొలగిస్తే ఆల్కైల్‌ సమూహం ఏర్పడుతుంది. ప్రతిక్షేపణ చర్యల్లో పాల్గొంటాయి.
ఉదా: CH4 – మీథేన్‌
C2 H6 ఈథీన్‌
C3 H8 ప్రొపేన్‌
C4 H10- బ్యూటేన్‌ (ఎల్‌పీజీలో అధిక శాతం ఉంటుంది)
C5 H12 పెంటేన్‌

ఆల్కీన్‌లు:

వీటిని అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్‌లు లేదా ఓలిఫిన్‌లే అని కూడా అంటారు.
వీటి సాధారణ ఫార్ములా CnH2n సంకలన చర్యల్లో పాల్గొంటాయి.
ఉదా: C2H4 – ఈథీన్‌
C3 H6 ప్రొపేన్‌
C4 H8 బ్యూటీన్‌
C5 H10- పెంటీన్‌
C6 H12 హెక్సీన్‌