📝 பயிற்சி

எல்லைத் தெரிவு செய்து, பகுதி I (MCQ) அல்லது பகுதி II (கட்டுரை) பயிற்சி செய்யுங்கள்.

ஐதரோகாபன்களும் அவற்றின் பெறுதிகளும் · பகுதி II

அலகு 14 — ஐதரோகாபன்களும் அவற்றின் பெறுதிகளும்

1. (அ) ஐதரோகாபன் வரையறை + எரிபொருட்களில் கார்பன், ஐதரஜன் இருப்பதை மெழுகுவர்த்தி சோதனை மூலம் எவ்வாறு உறுதிப்படுத்துவாய்? (6) (ஆ) அல்கேன், அல்கீன் வேறுபாடு. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Hydrocarbon = C + H மட்டும்.
மெழுகுவர்த்தி எரிவு → CuSO₄ நீலம் (H₂O→ஐதரஜன்).
சுண்ணாம்பு நீர் பால்நிறம் (CO₂→கார்பன்).
அல்கேன் = single bond, நிறை.
அல்கீன் = C=C, நிறைவுறா, அதிக தாக்கத்திறன்.

(அ) ஐதரோகாபன் (Hydrocarbon): கார்பன், ஐதரஜன் என்னும் இரண்டு தனிமங்களை மட்டுமே கொண்ட கரிமச் சேர்வை. wax, petrol, மீத்தேன், L.P. gas, kerosene, diesel போன்ற எரிபொருட்கள் ஐதரோகாபன்களே.

மெழுகுவர்த்தி சோதனை (செயற்பாடு 14.1):
மெழுகுவர்த்தியை எரித்து, எரிவின்போது வெளிவரும் வாயுக்களை aspirator உதவியால் — முதலில் U-tube-இல் உள்ள வெண்மையான நீரிலா கப்பர் சல்பேட்டு (anhydrous CuSO₄) வழியாகவும், பின் சுண்ணாம்பு நீர் (lime water) வழியாகவும் கடத்துகின்றோம்.
• வெண் CuSO₄ நீலமாக மாறுகின்றது → நீர் (H₂O) உருவாகியுள்ளது → அந்த நீருக்கான ஐதரஜனை மெழுகே வழங்கியது → மெழுகில் ஐதரஜன் (H) உள்ளது.
• சுண்ணாம்பு நீர் பால்நிறமாக (milky) மாறுகின்றது → கார்பன் டையொக்சைட்டு (CO₂) உருவாகியுள்ளது → அதற்கான கார்பனை மெழுகே வழங்கியது → மெழுகில் கார்பன் (C) உள்ளது.
இவ்வாறு மெழுகில் கார்பனும் ஐதரஜனும் உள்ளன என உறுதிப்படுத்தப்படுகின்றது.

(ஆ) அல்கேன் vs அல்கீன்:
| பண்பு | அல்கேன் | அல்கீன் |
|---|---|---|
| பிணைப்பு | C–C ஒற்றை மட்டும் | C=C இரட்டை |
| நிறை நிலை | நிறை (saturated) | நிறைவுறா (unsaturated) |
| பொதுச் சூத்திரம் | CₙH₂ₙ₊₂ | (எத்தீன் C₂H₄) |
| தாக்கத்திறன் | குறைவு | அதிகம் (இரட்டைப் பிணைப்பால்) |
| உதா | CH₄, C₂H₆ | C₂H₄ (எத்தீன்) |

2. அல்கேன் தொடர் — பொதுச் சூத்திரம் CₙH₂ₙ₊₂. n=1 முதல் 5 வரை அல்கேன்களின் சூத்திரம் + பெயரை வருவித்து அட்டவணையாகத் தருக. மீத்தேன், எத்தேன் கட்டமைப்புகளையும் தருக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

CₙH₂ₙ₊₂ பொதுச் சூத்திரம்.
n=1..5 → CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂.
பெயர்கள்: methane..pentane.
மீத்தேன், எத்தேன் structures.
petrol/L.P. gas தொடர்பு.

பொதுச் சூத்திரம்: அல்கேன் தொடரின் பொதுச் சூத்திரம் CₙH₂ₙ₊₂ (n = கார்பன் அணுக்களின் எண்ணிக்கை).

வருவித்தல்:
• n=1: C₁H(2×1+2) = CH₄
• n=2: C₂H(2×2+2) = C₂H₆
• n=3: C₃H(2×3+2) = C₃H₈
• n=4: C₄H(2×4+2) = C₄H₁₀
• n=5: C₅H(2×5+2) = C₅H₁₂

அட்டவணை:
| n | சூத்திரம் | பெயர் |
|---|---|---|
| 1 | CH₄ | மீத்தேன் (Methane) |
| 2 | C₂H₆ | எத்தேன் (Ethane) |
| 3 | C₃H₈ | புரோப்பேன் (Propane) |
| 4 | C₄H₁₀ | பியூட்டேன் (Butane) |
| 5 | C₅H₁₂ | பெண்ட்டேன் (Pentane) |

கட்டமைப்புகள்:
மீத்தேன் (CH₄): ஒரு கார்பன் நான்கு ஐதரஜனோடு நான்கு ஒற்றைப் பிணைப்புகள்.
எத்தேன் (C₂H₆): இரு கார்பன் ஒரு C–C ஒற்றைப் பிணைப்பால் இணைந்து, மீதி இணைதிறன்கள் ஐதரஜனால் நிரப்பப்படும். (H₃C–CH₃)

பயன்பாட்டுத் தொடர்பு: petrol அல்கேன்களின் கலவை; அதில் மிகுதி ஒக்டேன் (C₈H₁₈). L.P. gas-இல் முக்கியமாகப் புரோப்பேன் (C₃H₈) + பியூட்டேன் (C₄H₁₀).

3. L.P. gas புரோப்பேன், பியூட்டேன் கலவை. (i) இவற்றின் சூத்திரங்கள் + கட்டமைப்பு. (ii) முழுமையான எரிவுக்கான சமன் சமன்பாடுகள். (iii) முழுமையான vs முழுமையற்ற எரிவு வேறுபாடு + ஏன் ஐதரோகாபன் எரிபொருளை விட விறகு புகையானது. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Propane C₃H₈, Butane C₄H₁₀.
Combustion equations balanced.
Complete: CO₂ + H₂O.
Incomplete: CO + soot (toxic).
LPG cleaner than firewood.

(i) புரோப்பேன் (C₃H₈), பியூட்டேன் (C₄H₁₀):
இரண்டும் அல்கேன்கள் (C–C ஒற்றைப் பிணைப்பு மட்டும்). புரோப்பேன் — மூன்று கார்பன் நேர்ச்சங்கிலி; பியூட்டேன் — நான்கு கார்பன் நேர்ச்சங்கிலி (கிளைத்த கட்டமைப்பும் சாத்தியம்).

(ii) முழுமையான எரிவுச் சமன்பாடுகள்:
• C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
• 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O

(iii) முழுமையான vs முழுமையற்ற எரிவு:
• முழுமையான எரிவு: போதிய ஒட்சிசன் இருக்கும்போது — CO₂ + H₂O மட்டுமே; அதிக வெப்பம்; நீலச் சுடர்.
• முழுமையற்ற எரிவு: ஒட்சிசன் போதவில்லை எனின் — நச்சு CO (கார்பன் மொனாக்சைட்டு) + soot (கார்பன்); குறைந்த வெப்பம்; மஞ்சள் சுடர்.

L.P. gas vs விறகு: L.P. gas போதிய காற்றில் முழுமையாக எரிந்து CO₂ + H₂O மட்டுமே தருகின்றது — புகை, soot மிகக் குறைவு. விறகு கார்பன், ஐதரஜன் தவிர ஒட்சிசன், நைதரசனையும் கொண்டது, பெரும்பாலும் முழுமையற்ற எரிவு → அதிகப் புகை + soot + நச்சு வாயு. எனவே L.P. gas சுற்றுச்சூழலுக்கு நட்பானது.

4. நிறைவுறா ஐதரோகாபன் எத்தீன் (C₂H₄) — கட்டமைப்பு + ஏன் அதிக தாக்கத்திறன். எத்தீனின் இரு பெறுதிகளை (chloroethene, tetrafluoroethene) அவை எவ்வாறு உருவாகின்றன என விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Ethene C₂H₄ with C=C.
Double bond → reactive.
Chloroethene C₂H₃Cl (1 H→Cl).
Tetrafluoroethene C₂F₄ (4 H→F).
Derivatives → polymers.

எத்தீன் (Ethene, C₂H₄):
எளிமையான அல்கீன். இரு கார்பன் அணுக்கள் ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பால் (C=C) இணைந்து, ஒவ்வொரு கார்பனும் இரண்டு ஐதரஜனைச் சுமக்கின்றது (H₂C=CH₂).

ஏன் அதிக தாக்கத்திறன்: கார்பன் அணுக்களுக்கு இடையே உள்ள இரட்டைப் பிணைப்பு காரணமாக, அல்கீன்கள் அல்கேன்களை விட அதிக தாக்கத்திறன் (more reactive) உடையவை. இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒரு பிணைப்பு எளிதில் உடைந்து தாக்கங்களில் (சேர்க்கை, பல்பகுதியாக்கம்) ஈடுபடும்.

எத்தீனின் பெறுதிகள் (derivatives):
எத்தீனில் உள்ள ஐதரஜன் அணுக்களை வேறு அணுக்களால் இடப்பெயர்ச்சி செய்வதன் மூலம் பெறப்படுபவை.

1. குளோரோஎத்தீன் (Chloroethene, C₂H₃Cl):
எத்தீனில் ஒரு ஐதரஜன் அணு ஒரு குளோரின் (Cl) அணுவால் இடப்பெயர்ச்சி செய்யப்படுகின்றது. (H₂C=CHCl). இது PVC-இன் monomer.

2. டெட்ராபுளோரோஎத்தீன் (Tetrafluoroethene, C₂F₄):
எத்தீனில் நான்கு ஐதரஜன் அணுக்களும் நான்கு புளோரின் (F) அணுக்களால் இடப்பெயர்ச்சி செய்யப்படுகின்றன. (F₂C=CF₂). இது Teflon-இன் monomer.

முக்கியத்துவம்: எத்தீனும் இப்பெறுதிகளும் — polythene, styrofoam, teflon போன்ற அன்றாடப் பல்பகுதியுள்ளிகளை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுகின்றன.

5. பல்பகுதியுள்ளி (polymer), ஏகபகுதியுள்ளி (monomer), மீளும் அலகு (repeating unit), பல்பகுதியாக்கம் (polymerization) — வரையறுக்க. எத்தீனிலிருந்து பொலித்தீன் உருவாகும் முறையை விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Polymer = many small molecules joined.
Monomer = small unit.
Repeating unit = basic structural unit.
Polymerization = the process.
Ethene C=C breaks, monomers join → polythene.
Repeating unit –CH₂–CH₂–.

வரையறைகள்:
• பல்பகுதியுள்ளி (Polymer): ஏராளமான சிறிய மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று இணைந்து உருவாகும் பெரிய மூலக்கூறு (macromolecule).
• ஏகபகுதியுள்ளி (Monomer): பல்பகுதியுள்ளியை உருவாக்கும் சிறிய மூலக்கூறு.
• மீளும் அலகு (Repeating unit): பல்பகுதியுள்ளியில் மீண்டும் மீண்டும் வரும் அடிப்படைக் கட்டமைப்பு அலகு.
• பல்பகுதியாக்கம் (Polymerization): monomers ஒன்றோடொன்று இணைந்து polymer உருவாகும் செயல்முறை.

paper clip ஒப்புமை: ஒற்றை clip = monomer; இணைந்த clip சங்கிலி = polymer. monomer-இன் சார்பு மூலக்கூற்று நிறை குறைவு; ஆயிரக்கணக்கான monomers இணைவதால் polymer-இன் நிறை மிக அதிகம்.

எத்தீன் → பொலித்தீன்:
எத்தீன் மூலக்கூறில் C=C இரட்டைப் பிணைப்பு உள்ளது. பல்பகுதியாக்கத்தின்போது இரட்டைப் பிணைப்பின் ஒரு பிணைப்பு உடைந்து, ஆயிரக்கணக்கான எத்தீன் மூலக்கூறுகள் ஒன்றோடொன்று இணைகின்றன:

n (H₂C=CH₂) → ( –CH₂–CH₂– )ₙ

அதாவது 'n' எண்ணிக்கையான எத்தீன் மூலக்கூறுகள் இணைந்து, 'n' எண்ணிக்கையான –CH₂–CH₂– மீளும் அலகுகளைக் கொண்ட பொலித்தீன் பேரணு மூலக்கூறு உருவாகின்றது.
• Monomer: எத்தீன் (C₂H₄)
• மீளும் அலகு: –CH₂–CH₂–
• Polymer: பொலித்தீன்

6. பல்பகுதியுள்ளிகளை (i) மூலத்தின் அடிப்படையில் இயற்கை/செயற்கை என வகைப்படுத்துக — உதாரணங்களுடன். (ii) பொலித்தீன், PVC, Teflon — monomer + பயன்பாடு அட்டவணை. (iii) இறப்பர் + கந்தகமாக்கம். (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Natural: rubber, protein, starch, cellulose, DNA, RNA.
Synthetic: polythene, PVC, Teflon, nylon, polyester.
Polythene/PVC/Teflon monomers + uses.
Rubber from isoprene.
Vulcanization with sulphur.

(i) மூலத்தின் அடிப்படையில் வகைப்பாடு:
• இயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகள் (natural): இறப்பர் (rubber), புரதம் (protein), மாப்பொருள் (starch), செல்லுலோஸ் (cellulose), DNA, RNA. இவை விலங்கு/தாவரப் பாகங்களில் இயற்கையாகக் காணப்படுபவை.
• செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகள் (artificial): பொலித்தீன், PVC, Teflon, polyester, nylon, terylene, polystyrene, bakelite. இவை பொதுவாக plastics எனப்படும்.

(ii) அட்டவணை:
| பல்பகுதியுள்ளி | Monomer | பயன்பாடு |
|---|---|---|
| பொலித்தீன் | எத்தீன் (C₂H₄) | plastic பாட்டில், polythene பை, toys, garbage bin |
| PVC | குளோரோஎத்தீன் (C₂H₃Cl) | water pipe, gutter, conduit, நெகிழ் குழாய் |
| Teflon | டெட்ராபுளோரோஎத்தீன் (C₂F₄) | non-stick சமையல் பாத்திரம், snow shoe |
பொலித்தீன் — மின்காப்பி, நீர்/காற்று புகாது, இலேசு; PVC — தீக்கு எதிர்ப்பு, நீர் புகாது; Teflon — வெப்ப எதிர்ப்பு.

(iii) இறப்பர் + கந்தகமாக்கம்:
இறப்பர் ஐசோபிரீன் (isoprene) என்னும் monomer-இன் பல்பகுதியாக்கத்தால் உருவான இயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளி. இறப்பரின் அதிக மீள்தன்மை சில பயன்பாடுகளுக்குச் சிக்கல்.
கந்தகமாக்கம் (vulcanization): இறப்பரைக் கந்தகத்துடன் (sulphur) தாக்கி, நேர்ச் சங்கிலிகளுக்கு இடையே குறுக்குப் பிணைப்புகள் (cross-links) உருவாக்கி, இறப்பரை மீள்தன்மை குறைத்து வலுவாக்குகின்றனர். கந்தகமாக்கப்பட்ட இறப்பர் tyre, tube, battery case தயாரிக்கப் பயன்படுகின்றது.

7. செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகளின் (plastics) நன்மைகளும் சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகளும். இப்பிரச்சினைகளுக்கான தீர்வுகள். (ஐதரோகாபன் எரிபொருட்களின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்தையும் சேர்க்கலாம்.) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம்:

Advantages: cheap, mouldable, durable, colourful, light.
Non-biodegradable → accumulate.
Burning → toxic gases.
Solutions: biodegradable/photodegradable/water-soluble polymers; cotton/wool blends.
Incomplete combustion → CO toxic.
Proper waste management.

செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகளின் நன்மைகள்:
முன்பு உணவைக் கட்ட வாழை இலை, கொளபத்தா போன்ற இயற்கைப் பொருட்கள் பயன்பட்டன; இன்று polythene. காரணம்:
• தேவையான பண்புகளுடன் உருவாக்கக்கூடியது.
• பயன்படுத்த எளிது.
• பல்வேறு வடிவங்களில் தயாரிக்கக்கூடியது.
• எந்த நிறத்திலும் ஆக்கக்கூடியது.
• விலை மலிவு, இலேசு, உறுதியானது.

சுற்றுச்சூழல் பிரச்சினைகள்:
• பெரும்பாலான செயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகள் உயிரியல் முறையில் அழிவதில்லை (non-biodegradable) — சுற்றுச்சூழலில் சேர்ந்து குவிகின்றன → நீர்வழிகள், வடிகால்கள் அடைப்பு, கடல் மாசு.
• எரித்தால் நச்சு வாயுக்கள் வெளியாகும் என்பதால் எரிப்பும் பொருத்தமன்று.
• nylon, terylene, polyester ஆடைகள் வியர்வையை உறிஞ்சாமல் உடலுக்கு அசௌகரியம் தருகின்றன.

தீர்வுகள்:
• உயிரழிவுறும் (biodegradable), ஒளியழிவுறும் (photodegradable), நீரில் கரையும் பல்பகுதியுள்ளிகளை உருவாக்குதல்.
• cotton, wool போன்ற இயற்கைப் பல்பகுதியுள்ளிகளை செயற்கைவற்றுடன் கலத்தல் (ஆடை அசௌகரியம் குறைய).
• சரியான கழிவு முகாமைத்துவம் (மறுசுழற்சி, குறைத்தல், மீள்பயன்பாடு).

ஐதரோகாபன் எரிபொருள் தாக்கம் (சேர்ப்பு):
ஐதரோகாபன் எரிபொருட்களின் முழுமையற்ற எரிவில் நச்சு CO + soot வெளியாகும். எனவே போதிய காற்றோட்டத்தில் (நீலச் சுடர்) எரிப்பது + L.P. gas போன்ற சுத்தமான எரிபொருளைப் பயன்படுத்துவது சுற்றுச்சூழலுக்கு நல்லது.

முடிவு: பல்பகுதியுள்ளிகள் நவீன வாழ்வுக்கு இன்றியமையாதவை; ஆனால் அவற்றின் அழியாமை ஒரு பெரும் சவால். பொறுப்பான உற்பத்தி + பயன்பாடு + கழிவு முகாமைத்துவமே தீர்வு.