ब्यूटेन: विशेषताओं, रासायनिक संरचना और उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

ब्यूटेन नाम दिया है करने के लिए रासायनिक सूत्र सी के साथ चार आइसोमरों की एक श्रृंखला ₄ एच ₈ । वे अल्केन्स या ओलेफिन हैं, अर्थात्, उनकी संरचना में सी = सी डबल बॉन्ड है। इसके अलावा, वे हाइड्रोकार्बन हैं, जो तेल क्षेत्रों में पाए जा सकते हैं या थर्मल क्रैकिंग से उत्पन्न होते हैं और कम आणविक भार के उत्पाद प्राप्त करते हैं।

चार आइसोमर्स गर्मी और एक पीले रंग की लौ जारी करने के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। इसी तरह, वे छोटे अणुओं की एक विस्तृत स्पेक्ट्रम के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं जो उनके दोहरे बंधन में जोड़ते हैं।

स्रोत: बेन मिल्स विकिपीडिया के माध्यम से

लेकिन ब्यूटेन के आइसोमर्स क्या हैं? ऊपरी छवि 1-ब्यूटेन के लिए सफेद (हाइड्रोजेन) और काले (कार्बन) क्षेत्रों के साथ संरचना का प्रतिनिधित्व करती है। 1-ब्यूटेन सी ₄ एच ₈ हाइड्रोकार्बन का सबसे सरल आइसोमर है । ध्यान दें कि आठ सफेद गोले और चार काले गोले हैं, जो रासायनिक सूत्र से सहमत हैं।

अन्य तीन आइसोमर्स सीस और ट्रांस 2-ब्यूटेन और आइसो-ब्यूटेन हैं। वे सभी बहुत समान रासायनिक गुणों का प्रदर्शन करते हैं, हालांकि उनकी संरचना भौतिक गुणों (पिघलने और उबलते बिंदु, घनत्व, आदि) में भिन्नता का कारण बनती है। इसके अलावा, उनके आईआर स्पेक्ट्रा में अवशोषण बैंड के समान पैटर्न हैं।

बोलचाल की भाषा में, 1-ब्यूटेन को ब्यूटेन कहा जाता है, हालांकि 1-ब्यूटेन केवल एक आइसोमर को संदर्भित करता है और जेनेरिक नाम को नहीं। ये चार कार्बनिक यौगिक गैस हैं, लेकिन ये तापमान में कमी के साथ उच्च दबाव या कंडेनस (और यहां तक ​​कि क्रिस्टलीज़) पर तरलीकृत कर सकते हैं।

वे गर्मी और ऊर्जा का एक स्रोत हैं, अन्य कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण के लिए अभिकर्मकों और सबसे ऊपर, ब्यूटाडाइन के संश्लेषण के बाद कृत्रिम रबर के निर्माण के लिए आवश्यक हैं।

ब्यूटेन की विशेषताएं

आणविक वजन

56.106 जी / मोल। यह भार सूत्र C ₄ H _{8 के} सभी आइसोमरों के लिए समान है ।

शारीरिक पहलू

यह एक रंगहीन और ज्वलनशील गैस (अन्य आइसोमर्स की तरह) है, और इसमें अपेक्षाकृत सुगंधित गंध है।

क्वथनांक

ब्यूटेन के आइसोमर्स के लिए क्वथनांक निम्नानुसार हैं:

1-ब्यूटेन: -6º सी

सीस -2-ब्यूटेन: 3.7º सी

ट्रांस -2-ब्यूटेन: 0.96ºC

2-मिथाइलप्रोपीन: -6.9 MethC

गलनांक

1-ब्यूटेन: -185.3ºC

Cis-2-Butene: -138.9.C

ट्रांस -2-ब्यूटेन: -105.5ºC

2-मिथाइलप्रोपीन: -140.4 Meth सी

घुलनशीलता

ब्यूटेन अपने नॉनपोलर प्रकृति के कारण पानी में बहुत अघुलनशील है। हालांकि, यह कुछ अल्कोहल, बेंजीन, टोल्यूनि और इथर में पूरी तरह से घुल जाता है।

घनत्व

25 डिग्री सेल्सियस पर 0.577। इसलिए, यह पानी से कम घना है और एक कंटेनर में इसके ऊपर स्थित होगा।

जेट

किसी भी एल्केन की तरह, इसके दोहरे बंधन में अणुओं को जोड़ने या ऑक्सीकरण करने की संभावना होती है। यह ब्यूटेन और इसके आइसोमर्स को प्रतिक्रियाशील बनाता है। दूसरी ओर, वे ज्वलनशील पदार्थ होते हैं, यही वजह है कि गर्म होने पर वे हवा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

रासायनिक संरचना

ऊपरी छवि में 1-ब्यूटेन की संरचना का प्रतिनिधित्व किया जाता है। इसके बाईं ओर आप पहले और दूसरे कार्बन के बीच दोहरे बंधन का स्थान देख सकते हैं। अणु में एक रैखिक संरचना होती है, हालांकि इन कार्बन के ² संकरण के कारण C = C बंध के आसपास का क्षेत्र समतल होता है ।

यदि 1-ब्यूटेन अणु को 180 it के कोण के माध्यम से घुमाया गया था, तो इसमें बिना किसी स्पष्ट परिवर्तन के एक ही अणु होगा, इसलिए, इसमें ऑप्टिकल गतिविधि का अभाव है।

इसके अणु कैसे बातचीत करेंगे? सीएच, सी = सी और सीसी बॉन्ड प्रकृति में एक साथ हैं, इसलिए उनमें से कोई भी द्विध्रुवीय क्षण के निर्माण में सहयोग नहीं करता है। नतीजतन, CH ₂ = CHCH ₂ CH ₃ अणु लंदन बिखरने वाली ताकतों के माध्यम से बातचीत करना चाहिए।

ब्यूटेन का दाहिना छोर तात्कालिक द्विध्रुवीय बनाता है, जो थोड़ी दूरी पर पड़ोसी अणु के आसन्न परमाणुओं को ध्रुवीकृत करता है। इसके भाग के लिए, C = C बॉन्ड का बायाँ छोर of बादलों को एक दूसरे के ऊपर (जैसे दो वेफर्स या शीट) सुपरइम्पोज़ करके इंटरैक्ट करता है।

क्योंकि आणविक कंकाल बनाने वाले चार कार्बन परमाणु होते हैं, उनकी बातचीत तरल चरण के लिए -6 pointC के क्वथनांक के लिए मुश्किल से पर्याप्त होती है।

संवैधानिक और ज्यामितीय आइसोमर्स

स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

1-ब्यूटेन का आणविक सूत्र C ₄ H _{8 है}; हालांकि, अन्य यौगिकों की संरचना में C और H परमाणुओं का समान अनुपात हो सकता है।

यह कैसे संभव है? यदि 1-ब्यूटेन की संरचना को बारीकी से देखा जाता है, तो C = C कार्बन्स पर प्रतिस्थापन का आदान-प्रदान किया जा सकता है। यह विनिमय एक ही कंकाल से अन्य यौगिकों का उत्पादन करता है। इसके अलावा, सी -1 और सी -2 के बीच दोहरे बंधन की स्थिति सी -2 और सी -3 सीएच ₃ सीएच = सीएचसीएच ₃, 2-ब्यूटेन को स्थानांतरित कर सकती है ।

2-ब्यूटेन में एच परमाणु दोहरे बंधन के एक ही तरफ स्थित हो सकते हैं, जो सिस स्टेरिसोमर से मेल खाता है; या एक विपरीत स्थानिक अभिविन्यास में, ट्रांस स्टीरियोइसोमर में। वे दोनों का गठन करते हैं जिन्हें ज्यामितीय आइसोमर्स के रूप में भी जाना जाता है। वही -CH ₃ समूहों के लिए लागू होता है ।

यह भी ध्यान दें कि यदि एक तरफ H परमाणुओं को CH ₃ CH = CHCH ₃ अणु और दूसरे पर CH ₃ समूहों में छोड़ दिया गया है, तो एक संवैधानिक आइसोमर प्राप्त किया जाएगा: CH ₂ = C (CH ₃) ₂, 2 -मेथिलप्रोपीन (इसे आइस-ब्यूटेन के रूप में भी जाना जाता है)।

इन चार यौगिकों में एक ही सूत्र C ₄ H ₈ लेकिन विभिन्न संरचनाएं हैं। 1-ब्यूटेन और 2-मिथाइलप्रोपीन संवैधानिक आइसोमर हैं; और सीआईएस और ट्रांस -2 ब्यूटेन, उनके बीच ज्यामितीय आइसोमर्स (और बाकी के संबंध में संवैधानिक)।

स्थिरता

ज्वलन की ऊष्मा

ऊपर की छवि से, चार आइसोमर्स में से कौन सबसे स्थिर संरचना का प्रतिनिधित्व करता है? जवाब पाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, उनमें से प्रत्येक के दहन के ताप में। जब ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया होती है, तो सूत्र C ₄ H ₈ वाला आइसोमर CO ₂ में परिवर्तित होकर पानी और ऊष्मा में बदल जाता है:

C ₄ H ₈ (g) + 6O ₂ (g) => 4CO ₂ (g) + 4H ₂ O (g)

दहन एक्ज़ोथिर्मिक है, इसलिए जितनी अधिक गर्मी जारी की जाती है, उतना ही अस्थिर हाइड्रोकार्बन। इसलिए, चार आइसोमर्स में से एक जो हवा में जलने पर कम से कम गर्मी जारी करता है, सबसे स्थिर होगा।

चार आइसोमरों के लिए दहन के ताप हैं:

-1-ब्यूटेन: 2717 केजे / मोल

-किस -2-ब्यूटेन: 2710 केजे / मोल

-ट्रांस-2-ब्यूटेन: 2707 केजे / मोल

-2-मिथाइलप्रोपीन: 2700 केजे / मोल

ध्यान दें कि 2-मिथाइलप्रोपीन एक आइसोमर है जो कम से कम गर्मी देता है। जबकि 1-ब्यूटेन वह है जो अधिक गर्मी छोड़ता है, जो अधिक अस्थिरता में परिवर्तित होता है।

स्टीरियो और इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव

आइसोमर्स के बीच स्थिरता में यह अंतर सीधे रासायनिक संरचना से घटाया जा सकता है। एलिकेंस के अनुसार, जिस व्यक्ति के पास अधिक आर सबस्टेशन हैं, वह अपने दोहरे बंधन के अधिक स्थिरीकरण को प्राप्त करता है। इस प्रकार, 1-ब्यूटेन सबसे अस्थिर है, क्योंकि इसमें शायद ही एक सबस्टिट्यूट (-CH ₂ सीएच ₃) है; वह है, यह मोनोसुबस्टिलेटेड (आरएचसी = सीएच ₂) है।

2-ब्यूटेन के सीआईएस और ट्रांस आइसोमर्स स्टिक प्रभाव के कारण वैन डेर वाल तनाव के कारण ऊर्जा में भिन्न होते हैं। सीस आइसोमर में, डबल सीएच के एक ही तरफ दो सीएच ₃ समूह एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, जबकि ट्रांस आइसोमर में, वे एक दूसरे से काफी दूर हैं।

लेकिन फिर 2-मिथाइलप्रोपीन सबसे स्थिर आइसोमर क्यों है? क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव में व्यवधान होता है।

इस मामले में, हालांकि यह एक डिसबैलिस्ड अल्केन है, दो सीएच ₃ समूह एक ही कार्बन पर हैं; एक दूसरे के सापेक्ष रत्न स्थिति में। ये समूह दोहरे बंधन के कार्बन को अपने इलेक्ट्रॉन बादल का हिस्सा देकर स्थिर करते हैं (क्योंकि यह ² संकरण होने के कारण अपेक्षाकृत अधिक अम्लीय है)।

इसके अलावा, 2-ब्यूटेन में इसके दो आइसोमर्स में केवल 2ons कार्बन होते हैं; जबकि 2-मिथाइलप्रोपीन में 3 जी कार्बन होता है, जिसमें अधिक इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता होती है।

अंतर आणविक बल

चार आइसोमरों की स्थिरता एक तार्किक क्रम का अनुसरण करती है, लेकिन इंटरमॉलिक्युलर बल नहीं करते हैं। यदि उनके पिघलने और उबलते बिंदुओं की तुलना की जाती है, तो यह पाया जाएगा कि वे एक ही आदेश का पालन नहीं करते हैं।

यह उम्मीद की जाएगी कि ट्रांस-2-ब्यूटेन, सिस-2-ब्यूटेन के विपरीत, दो अणुओं के बीच अधिक से अधिक सतह संपर्क होने के कारण सबसे अधिक अंतर-आणविक बल पेश करेगा, जिसका कंकाल एक सी। हालांकि, सिस-2-ब्यूटेन उबलता है। तापमान (3.7 (C), ट्रांस आइसोमर (0.96)C) से।

1-ब्यूटेन और 2-मिथाइलप्रोपीन के लिए समान उबलते बिंदुओं की उम्मीद की जाएगी क्योंकि संरचनात्मक रूप से वे बहुत समान हैं। हालांकि, ठोस अवस्था में अंतर मौलिक रूप से बदल जाता है। 1-ब्यूटेन -185.3 ButC पर पिघलता है, जबकि 2-मिथाइलप्रोपीन -140.4ºC पर।

इसके अलावा, सीआईएस-2-ब्यूटेन आइसोमर -138.9,C पर पिघलता है, 2-मिथाइलप्रोपेनोम के बहुत करीब तापमान पर, जिसका मतलब यह हो सकता है कि ठोस में वे समान रूप से स्थिर व्यवस्था पेश करते हैं।

इन आंकड़ों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि, सबसे स्थिर संरचनाओं को जानने के बावजूद, वे इस बात पर पर्याप्त प्रकाश नहीं डालते हैं कि तरल में इंटरमॉलिक्युलर बलों का संचालन कैसे होता है; और भी अधिक, इन आइसोमरों के ठोस चरण में।

अनुप्रयोग

-लेटीनेस, उनके दहन की गर्मी को देखते हुए, बस गर्मी या ईंधन के स्रोत के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इस प्रकार, 1-ब्यूटेन की लौ अन्य आइसोमर्स की तुलना में अधिक गर्म होने की उम्मीद करेगी।

-ऑर्गेनिक सॉल्वैंट्स के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

गैसोलीन के ओकटाइन स्तर को बढ़ाने के लिए योजक के रूप में सुरक्षित रखें।

-विथिन कार्बनिक संश्लेषण, 1-ब्यूटेन अन्य यौगिकों के उत्पादन में भाग लेता है जैसे: ब्यूटिलीन ऑक्साइड, 2-ग्लूटानॉल, स्यूसिमिनाइड और टर्ट-ब्यूटाइलसेप्टान (खाना पकाने की गैस को अपनी विशिष्ट गंध देने के लिए उपयोग किया जाता है)। इसी तरह, ब्यूटाडीन (सीएच ₂ = सीएच-सीएच = सीएच ₂) ब्यूटेन आइसोमर्स से प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें से कृत्रिम रबर को संश्लेषित किया जाता है।

इन सिंथेसिस से परे, उत्पादों की विविधता इस बात पर निर्भर करेगी कि कौन से अणु दोहरे बंधन में जोड़े जाते हैं। उदाहरण के लिए, अल्काइल हलाइड्स को संश्लेषित किया जा सकता है यदि उन्हें हलोजन के साथ प्रतिक्रिया की जाती है; अल्कोहल, यदि वे एक एसिड माध्यम में पानी जोड़ते हैं; और टर्ट-ब्यूटाइल एस्टर यदि वे कम आणविक भार शराब (जैसे मेथनॉल) जोड़ते हैं।

संदर्भ

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