हायड्रोकार्बने

हायड्रोकार्बने :कार्बन व हायड्रोजन या दोनच मूलद्रव्यांनी बनलेल्या कार्बनी रासायनिक संयुगांच्या गटाला हायड्रोकार्बने म्हणतात. कार्बनाचे अणू एकत्र जोडले जाऊन या संयुगांची चौकट तयार होते या कार्बन अणूंना हायड्रोजनाचे अणू अनेक भिन्न विन्यासांत (बाह्य आकारांत) जोडले जातात. खनिज तेल व नैसर्गिक वायू यांचे हायड्रोकार्बने प्रमुख घटक आहेत.

 हायड्रोकार्बने इंधने व वंगणे म्हणून कार्य करतात तसेच प्लॅस्टिके, कृत्रिम तंतू , कृत्रिम रबरे, विद्रावक (विरघळणारे पदार्थ), स्फोटक द्रव्ये व औद्योगिक रसायने आणि खनिज तेल रसायने यांच्या उत्पादनात कच्चा माल म्हणून हायड्रोकार्बने वापरतात.

 अनेक हायड्रोकार्बने निसर्गात आढळतात. त्यांच्यापासून जीवाश्मरूप इंधने बनलेली असतात. शिवाय वृक्ष व वनस्पती यांच्यामध्ये तीआढळतात. उदा., गाजर व हिरवी पाने यांच्यात आढळणाऱ्या कॅरोटिने या रंजकद्रव्यांच्या रूपात हायड्रोकार्बने आढळतात. नैसर्गिक कच्चे रबर ९८ टक्क्यांहून अधिक प्रमाणात हायड्रोकार्बने बहुवारिक असते (अनेकएकके एकत्र जोडली जाऊन बनलेल्या शृंखलेसारख्या रेणूला बहुवारिक म्हणतात). डांबर व कोल गॅस यांतही हायड्रोकार्बने आढळतात. केरोसीन, गॅसोलीन, विमानाचे इंधन, वंगण तेले व पॅराफीन यांसारखी व्यापारी खनिज तेल उत्पादने ही हायड्रोकार्बनाची मिश्रणे आहेत.

 हायड्रोकार्बने पाण्यात विरघळत नाहीत आणि पाण्यापेक्षा ती कमी दाट असल्याने पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगतात. अर्थात, हायड्रोकार्बने बहुधा परस्परांत व विशिष्ट कार्बनी विद्रावकांतही विरघळू शकतात. सर्व हायड्रोकार्बने ज्वलनशील असून पुरेशा ऑक्सिजनात त्यांचे पूर्णपणे ज्वलन झाल्यास त्यांच्यापासून कार्बन डाय-ऑक्साइड व पाणी तयार होते आणि उष्णता बाहेर पडते. ऑक्सिजन पुरेसा नसल्यास त्यांच्या ज्वलनातून मुख्यत्वे कार्बन मोनॉक्साइड तयार होतो.

 हायड्रोकार्बनांच्या घटक रेणूंमधील अणू कोणत्या प्रकारच्या बंधांनी जोडले गेलेले आहेत, त्यावर मोठ्या प्रमाणात हायड्रोकार्बनाची संरचनाव रसायनशास्त्र अवलंबून असतात. कार्बन अणूचे चार एकेकटे किंवा त्याचे दुहेरी वा तिहेरी बंध तयार होऊ शकतात. हायड्रोजन अणूचाएकच एकेरी बंध तयार होऊ शकतो.

 संरचनेनुसार हायड्रोकार्बनांची अनेक वर्गांत विभागणी करतात. ॲलिफॅटिक व ॲरोमॅटिक हे त्यांचे दोन प्रमुख वर्ग होत.

 ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बने : ही हायड्रोकार्बने कार्बन अणू शाखांमध्ये जोडलेल्या रेणूंची (अचक्रीय रेणूंची) किंवा कार्बन अणू वलयांमध्ये जोडलेल्या रेणूंची (ॲलिसायक्लिक किंवा कार्बोसायक्लिक रेणूंची) बनलेली असू शकतात. ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बनाचे वर्गीकरण कार्बन अणूंमधील बंधांच्या प्रकारांनुसार संतृप्त ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बने व असंतृप्त ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बने असे करतात.

 संतृप्त ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बने : कोणतेही दोन कार्बन अणूएकेरी बंधाने [सिग्मा (σ) बंधाने] जोडलेले असल्यास त्यांना संतृप्तसंयुग म्हणतात. अशा संयुगांना अल्केने, पॅराफिने किंवा सायक्लोअल्केने म्हणतात. याचे C_nH_2n+2 हे सर्वसाधारण सूत्र आहे. कोणतेही दोन कार्बन अणू दोन वा अधिक बंधांनी जोडलेले असल्यास त्याला असंतृप्त हायड्रोकार्बन म्हणतात. काही संयुगात एकाच रेणूत दोन्ही प्रकारचे( दुहेरी वा तिहेरी) बहुबंध असतात.

 मिथेन (CH₄ सर्वांत विपुल हायड्रोकार्बन), एथेन (CH₃CH₃) व प्रोपेन (CH₂CH₂CH₃) ही सर्वांत साधी अल्केने होत. ही तीन संयुगे प्रत्येकी एकाच संरचनेत अस्तित्वात असतात. उच्चतर म्हणजे ब्युटेना-नंतरची (CH₃CH₂CH₂CH₃) अल्केने त्यांच्यातील शृंखला सरळ आहे की शाखित यांनुसार दोन भिन्न मार्गांनी त्यांची संरचना होऊ शकते. अशा संयुगांना ‘समघटक’ म्हणतात. म्हणजे समघटकांचे रेणवीय सूत्र तेच असते, परंतु त्यांतील अणूंची मांडणी भिन्न असते. परिणामी पुष्कळदात्यांचे रासायनिक गुणधर्म भिन्न असतात.

 सायक्लोअल्केन संरचनांमध्ये तदनुरूप (संवादी) अल्केनापेक्षा दोन हायड्रोजन अणू कमी असतात. अनेकांत एकाहून जास्त वलये असतात. सहा सदस्य असणाऱ्या वलयांविषयी खास कुतूहल आहे. कारण ती अनेक नैसर्गिक पदार्थांत विशेषेकरून स्टेरॉइडांत आढळतात. वलयी संरचनाही समघटकी असू शकतात. त्याबाबतीत प्रतिष्ठापक गटांच्या अवकाशीय मांडणीत फक्त दोन रेणू भिन्न असतात.

 अल्केनांचे प्रमुख नैसर्गिक स्रोत खनिज तेल व नैसर्गिक वायू हे आहेत. उच्चतर व्यक्तिगत अल्केने व सायक्लोअल्केन बहुधा खास पदार्थांसाठी आखणी केलेल्या विक्रियांद्वारे संश्लेषित (कृत्रिम रीतीने तयार) करतात. ही संतृप्त हायड्रोकार्बने तदनुरूप असंतृप्त रेणूंचे ⇨ हायड्रोजनीकरण (हायड्रोजन समाविष्ट) करूनही संश्लेषित करता येतात. संतृप्त हायड्रो-कार्बने सापेक्षतः अक्रिय असतात. म्हणजे कोठी तापमानाला बहुतेक अम्ले, क्षार आणि ऑक्सिडीकारक वा क्षपणकारक यांचा त्यांच्यावर परिणाम होत नाही. नेहमीच्या कोठी तापमानास व वातावरणीय दाबास पाचपेक्षा कमी कार्बन अणू असलेली संतृप्त हायड्रोकार्बने वायुरूप आणि हेक्झेन व मोठी हायड्रोकार्बने द्रवरूप किंवा घनरूप असतात.

 असंतृप्त ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बने : अल्किने : या असंतृप्त अल्किनांना ओलेफिने असेही म्हणतात. त्यांच्यात अल्केनांपेक्षा प्रत्येक रेणूमध्ये दोन हायड्रोजन अणू कमी असतात. यांचे सर्वसाधारण सूत्र C_nH_2n हे आहे. कार्बन-कार्बन द्विबंध ही त्यांच्या संरचनेमधील सर्वांत सामान्य बाब आहे. सर्वसाधारणपणे अल्केने समघटकांपेक्षा अल्किने समघटक अधिक असतात. अल्किने मालेतील एथिन (एथिलीन) CH₂=CH₂ उक२ व प्रोपीन (प्रोपिलीन) CH₃CH=CH₂ ही पहिली दोन अल्किने आहेत. अल्किनांचे गुणवैशिष्ट्य असलेल्या द्विबंधात एक सिग्मा (σ) घटक वएक पाय (π) घटक असतो. पाय घटकाचे इलेक्ट्रॉन धन विद्युत् भारित केंद्राने दुर्बलपणे धरून ठेवलेले असतात आणि अशा प्रकारे ते रासायनिक विक्रियाशीलतेचे ठिकाण असून त्यामुळे अल्किने अल्केनांपेक्षा पुष्कळच अधिक विक्रियाशील असतात.

 कमी रेणुभाराची अल्किने व्यापारी दृष्ट्या नैसर्गिक वायूच्या किंवा खनिज तेलाच्या भंजनाद्वारे (त्यांतील रासायनिक बंध तोडून) अथवा त्याच्यापासून बनविलेल्या हायड्रोकार्बनांच्या मिश्रणांपासून तयार करतात. एथिलीन हे औद्योगिक दृष्ट्या सर्वांत महत्त्वाचे अल्किन असून ते अनेक पदार्थ तयार करण्यासाठी वापरतात. उदा., पॉलिएथिलीन, पॉलिस्टायरीन व एथिलीन ऑक्साइड (हे एथिलीन ग्लायकॉल गोठण प्रतिबंधक व इतर विविध पदार्थ तयार करण्यासाठी वापरतात). प्रोपिलीन व ब्युटीन हेही मोठ्या प्रमाणात उत्पादित करतात आणि ती विद्रावक व आरंभक द्रव्ये यांसाठीची रसायने उत्पादित करण्यासाठी वापरतात.

 अल्किने सर्वसाधारणपणे भौतिकीय दृष्ट्या तेवढेच कार्बन अणू असलेली अल्केने किंवा सायाक्लोअल्केने यांच्यासारखी असतात. तथापि, अल्केने मुख्यतः मूलद्रव्यांच्या प्रतिष्ठापनाद्वारे, तर अल्किने मुख्यतः मूलद्रव्यांचे समावेशन करून विक्रिया करतात. अम्ल उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत हायड्रोजनीकरणाद्वारे अल्किनांचे अल्कोहॉलांत परिवर्तन होते. उदा., एथेनॉल या पद्धतीने एथिलिनापासून उत्पादित करतात. एथिलिनापासून ईथर तयार करण्यासाठीही अम्लाच्या उपस्थितीत अल्कोहॉले अल्किनांमध्ये समाविष्ट करतात.

 जेव्हा एक अल्किन रेणू दुसऱ्या अल्किनाच्या द्विबंधात घातला जातो तेव्हा महत्त्वाची अल्किन विक्रिया घडते. बहुवारिकांच्या संश्लेषणासाठीही प्रक्रिया वापरतात. उदा., बहुवारिकीकरण या प्रक्रियेद्वारे एथिलिनाचे पॉलिएथिलिनात परिवर्तन होते. नेहमीच्या कोठी तापमानास व वातावरणीय दाबास दोन ते चार कार्बन अणू असणारी अल्किने वायुरूप, पाच ते पंधरा कार्बन अणू असणारी अल्किने द्रवरूप आणि सोळा किंवा अधिक कार्बन अणू असणारी अल्किने घनरूप असतात.

 अल्काइने : असंतृप्त अल्काइनांना ॲसिटिलिने असेही म्हणतात. त्यांचे C_nH_2n-2 हे सर्वसाधारण सूत्र आहे. कार्बन-कार्बन त्रिबंध हे त्यांचे गुणवैशिष्ट्य असून त्यात एक सिग्मा (σ) घटक व दोन पाय (π) घटक असतात. एथाइन (ॲसिटिलीन) HC=CH हे या मालेतील सर्वांत साधे व व्यापारी दृष्ट्या सर्वांत महत्त्वाचे संयुग आहे. ॲसिटिलिनाचे हायड्रोजनी-करण करून ॲसिटाल्डिहाइड तयार करता येते. ॲसिटाल्डिहाइड हेइतर रसायनांचे महत्त्वाचे पूर्वद्रव्य आहे किंवा ते हायड्रोसायनिक अम्लात समाविष्ट करून ॲक्रिलोनायट्राइल तयार करण्यासाठी वापरतात. कृत्रिम तंतू बनविण्यासाठीचा ॲक्रिलोनायट्राइल हा मोलाचा एकवारिक आहे. कार्बनी रसायनशास्त्रात मध्यस्थ पदार्थ म्हणूनही अल्काइने उपयुक्त आहेत. नेहमीच्या कोठी तापमानास व वातावरणीय दाबास ॲसिटिलीन व मिथिल ॲसिटिलीन ही वायुरूप, चार व पाच कार्बन अणू असणारी संयुगे द्रवरूप आणि उच्च रेणुभाराची संयुगे घनरूप असतात.

 डाइने : एकाहून अधिक कार्बन-कार्बन द्विबंध असलेल्या संयुगांना डाइने किंवा पॉलिइने म्हणतात. ती निसर्गात व्यापकपणे आढळतात आणि व्यापारी दृष्ट्या महत्त्वाची आहेत. पॉलिइनांचे भौतिकी गुणधर्म तेवढेच कार्बनाचे अणू असणाऱ्या अल्केनांसारखे व अल्किनांसारखे आहेत. ज्यांच्यात एकाआड एक असे एकबंध व द्विबंध असतात अशा संयुगांचा भडक रंग हे असाधारण असे गुणवैशिष्ट्य आहे. कृत्रिम रबर उत्पादित करण्यासाठी वापरण्यात येणारे १,३- ब्युटाडाइन हे सर्वांत महत्त्वाचे व्यापारी डाइन आहे.

 ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बने : ॲलिफॅटिक संयुगांच्या तुलनेत ॲरोमॅटिक संयुगांचे गुणधर्म सुस्पष्टपणे भिन्न आहेत. काही ॲरोमॅटिक द्रव्यांचा सुगंध सुखद आहे. ॲरोमा या ग्रीक सुगंधी ओषधीच्या नावावरून ॲरोमॅटिक हे नाव आले आहे. बहुतेक ॲरोमॅटिक द्रव्ये बेंझिनापासून (C₆H₆) तयार करता येतात. बेंझीन हे सहा कार्बन अणूंचे वलयीहायड्रो- कार्बन असून त्यामध्ये तीन एकांतरित द्विबंध असतात. यातील सर्व पाय (π) इलेक्ट्रॉनांचे पूर्ण विस्थानिकीकरण झालेले असल्याने, याला खास प्रकारचे स्थैर्य प्राप्त झालेले आहे. ॲरोमॅटिक संयुगे बेंझिनापासून तयार करतात. त्यासाठी त्यातील एक वा अधिक हायड्रोजन अणूंचे इतर अणूंनी वा अणुगटांनी प्रतिष्ठापन केलेले असते. कार्बन अणूंमधील बंध एकबंध किंवा द्विबंध नसतात, तर ते सहस्पंदन संमिश्र (संकरित) असेनाव असलेल्या प्रकाराचे असतात. अनेक नॉनबेंझीनॉइड ॲरोमॅटिक संयुगे आहेत. परंतु , बेंझीनॉइड संयुगे हा अधिक महत्त्वाचा गट आहे.

 ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांचे उत्पादन बहुधा खनिज तेलावर आधारलेले असते. ही बहुतेक हायड्रोकार्बने अल्केनांचे उत्प्रेरकी हायड्रोजनीकरण करून तयार करतात.

 ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांचे प्रतिष्ठापन ही सर्वाधिक वैशिष्ट्यपूर्णविक्रिया आहे. या विक्रियेत हायड्रोजन अणूंची जागा इतर अणूंनी किंवा अणुगटांनी घेतली जाते. अशी बहुप्रतिष्ठापित संयुगे तयार करण्यासाठीही विक्रिया अनेक वेळा पुनःपुन्हा करणे गरजेचे असते.

 अनेक ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांमध्ये एकाहून अधिक बेंझीन वलये असतात. व्यापारी दृष्ट्या महत्त्वाच्या ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांत संघनित किंवा सायुज्यित वलये असतात. अशा वलयांमध्ये दोन वा अधिक कार्बन अणू अनेक वलयांमध्ये समाईक असतात. बहुतेक संघनित हायड्रो-कार्बने घनरूप स्फटिक असतात. अनेक हायड्रोकार्बने डांबरात (कोल टारमध्ये) असतात व यांपैकी नॅप्थॅलीन हे सर्वांत सामान्य हायड्रोकार्बन आहे. अनेक संश्लेषित रंजकांमध्ये व स्टेरॉइड हॉर्मोनांसारख्या असंख्य नैसर्गिक पदार्थांमध्ये सायुज्यित वलय प्रणाल्या असतात.

 ॲलिसायक्लिक हायड्रोकार्बने : यांत तीन किंवा अधिक कार्बन अणू वलयात मांडलेले असतात. कार्बन अणूंमध्ये एकबंध वा द्विबंध असू शकतो. यांच्यात त्रिबंध क्वचितच आढळतो. परंतु, पुरेशामोठ्या वलयांत त्रिबंध आढळू शकतात. अनेक नैसर्गिक रीत्या आढळणारी कार्बनी संयुगे या वर्गात येतात. ॲलिसायक्लिक हायड्रोकार्बनांच्या विक्रिया ॲलिफॅटिक हायड्रोकार्बनांच्या विक्रियांसारख्या असतात.

 कधीकधी कार्बनी रसायनशास्त्राला हायड्रोकार्बने व त्याच्यापासून बनविलेले त्यांचे अनुजात यांचे रसायनशास्त्र म्हणतात. कारण सर्व कार्बनी संयुगे हमखास हायड्रोकार्बनांशी निगडित असतात.

 पहा : ॲरोमॅटिक संयुगे ॲलिफॅटिक संयुगे ॲलिसायक्लिक संयुगे खनिज तेल खनिज तेल रसायने नैसर्गिक वायू पॅराफिने बेंझीन मिथेन रासायनिक संयुगे. 

सूर्यवंशी, वि. ल. ठाकूर, अ. ना.

“