कार्बन एक महत्त्वाचे मूलद्रव्य स्वाध्याय इयत्ता नववी

कार्बन एक महत्त्वाचे मूलद्रव्य स्वाध्याय इयत्ता नववी विज्ञान आणि तंत्रज्ञान

1. दिलेल्या पर्यायांपैकी योग्य पर्याय निवडून विधाने पूर्ण करा.

(एकेरी, सर्व दुहेरी, आयनिक, कार्बन, देवाण घेवाण, हायड्रोजन, बहुबंध, भागीदारी, सेंद्रिय, सहसंयुज)

अ. कार्बनचा अणू इतर अणूंबरोबर ……………… बंध करतो. ह्या बंधामध्ये दोन अणूंमध्ये इलेक्ट्रॉनची ………………. होते.

उत्तर :

कार्बनचा अणू इतर अणूंबरोबर सहसंयुज बंध करतो. ह्या बंधामध्ये दोन अणूंमध्ये इलेक्ट्रॉनची भागीदारी होते.

आ. संपृक्त हायड्रोकार्बनमध्ये सर्व कार्बन कार्बन बंध हे ……………. असतात.

उत्तर :

संपृक्त हायड्रोकार्बनमध्ये सर्व कार्बन कार्बन बंध हे एकेरी असतात.

इ. असंपृक्त हायड्रोकार्बनमध्ये किमान एक बंध हा ………………….. असतो.

उत्तर :

असंपृक्त हायड्रोकार्बनमध्ये किमान एक बंध हा बहुबंध असतो.

ई. सर्व सेंद्रिय पदार्थांमध्ये अत्यावश्यक असलेले मूलद्रव्य ……………… हे होय.

उत्तर :

सर्व सेंद्रिय पदार्थांमध्ये अत्यावश्यक असलेले मूलद्रव्य कार्बन हे होय.

उ. हायड्रोजन हे मूलद्रव्य बहुतेक ………………. पदार्थांमध्ये असते.

उत्तर :

हायड्रोजन हे मूलद्रव्य बहुतेक सेंद्रिय पदार्थांमध्ये असते.

2. खालील प्रश्नांची उत्तरे लिहा.

अ. कार्बन व त्याच्या संयुगांचा इंधन म्हणून उपयोग का करतात ?

उत्तर :

i) कार्बन व त्याच्या संयुगांमध्ये असलेल्या उच्च हायड्रोजन आणि कार्बन सामग्रीमुळे, ते लक्षणीय उष्णतेसह ज्वलन प्रदान करतात.

ii) इंधन-दर्जाची कार्बन संयुगे कार्य करण्यास सरळ असतात आणि त्यांच्यात उच्च उष्मांक मूल्ये आणि आदर्श प्रज्वलन तापमान असते.

iii) त्यांचे ज्वलनावर नियंत्रण असते त्यामुळे कार्बन आणि त्याचे घटक इंधन म्हणून वापरले जातात.

आ. कार्बन कोणकोणत्या संयुगांच्या स्वरूपात सापडतो ?

उत्तर :

i) हवेतील कार्बन डायऑक्साइड, कार्बोनेटच्या स्वरूपात उदा. कॅल्शिअम कार्बोनेट, मार्बल, कॅलामाइन (ZnCO₃)

ii) जीवाश्म इंधने उदा., दगडी कोळसा, पेट्रोलियम, बायोगॅस, नैसर्गिक वायू

iii) कार्बनी पोषकद्रव्ये उदा., पिष्टमय पदार्थ, प्रथिने, मेद

iv) नैसर्गिक धागे उदा., सूती कपडे, लोकर, इत्यादी. रेशीम, नायलॉन, टेरिलिन

इ. हिऱ्याचे उपयोग लिहा.

उत्तर :

i) हिऱ्याचा उपयोग काच कापणे व खडकाला छिद्र पाडण्याच्या उपकरणांमध्ये वापरतात.

ii) दागिन्यांमध्ये मौल्यवान खडा म्हणून हिरा वापरतात.

iii) डोळ्याच्या शस्त्रक्रिया करण्याच्या उपकरणांमध्ये हिऱ्यांचा वापर वापरतात.

iv) अवकाशात व कृत्रिम उपग्रहांमध्ये प्रारणांपासून संरक्षण करणाऱ्या खिडक्या तयार करण्यासाठी हिऱ्याचा उपयोग करतात.

3. फरक स्पष्ट करा.

अ. हिरा व ग्रॅफाइट

उत्तर :

आ. कार्बनची स्फटिक रूपे व अस्फटिक रूपे

उत्तर :

4. शास्त्रीय कारणे लिहा.

अ. ग्रॅफाइट विद्युतवाहक आहे.

उत्तर :

ग्रॅफाइट हा विजेचा चांगला वाहक आहे कारण –

i) त्याच्या स्तरांमध्ये मुक्त इलेक्ट्रॉन असतात.

ii) हे मुक्त इलेक्ट्रॉन संपूर्ण स्तरांमध्ये सतत फिरतात आणि त्यामुळे वीजेचे वहन होते.

iii) म्हणून, ग्रॅफाइट विद्युतवाहक आहे.

आ. ग्रॅफाइटचा वापर दागिन्यांमध्ये करत नाहीत.

उत्तर :

i) ग्रॅफाइटचा वापर दागिन्यांमध्ये सहसा केला जात नाही याचे प्रमुख कारण म्हणजे ग्रॅफाइटची भौतिक गुणधर्म.

ii) ग्रॅफाइट एक कमी कठोरता असलेला पदार्थ आहे आणि तो सहज तुटतो किंवा गुळगुळीत होतो. दागिन्यांमध्ये वापरण्यासाठी पदार्थ कठोर, टिकाऊ आणि आकर्षक असावे लागतात.

iii) त्यामुळे, ग्रॅफाइटला दागिन्यांमध्ये उपयोगात आणले जात नाही.

इ. चुन्याच्या निवळीतून CO₂ वायू सोडल्यास चुन्याची निवळी दुधाळ होते.

उत्तर :

जेव्हा कार्बन डायऑक्साईड CO₂ वायू चुनाच्या पाण्यात सोडतो तेव्हा त्यात कॅल्शियम कार्बोनेटच्या निर्मितीमुळे ते दुधाळ बनते.

ई. बायोगॅस हे पर्यावरणस्नेही इंधन आहे.

उत्तर :

i) बायोगॅसमध्ये सुमारे 55 ते 60% मिथेन व उर्वरित भाग कार्बन डायऑक्साइड असतो.

ii) हे इंधन चटकन जळते आणि तत्परतेने उष्णता निर्माण करते.

iii) याच्या ज्वलनापासून कोणत्याही प्रकारचा स्थायू कचरा (राख इत्यादी) शिल्लक राहत नाही.

iv) या इंधनाचे स्थानांतर सहज करता येते.

v) वायू इंधनाची उष्णता निर्मिती क्षमता उच्च असते.

म्हणून बायोगॅस हे पर्यावरणस्नेही इंधन आहे.

5. स्पष्ट करा.

अ. हिरा, ग्रॅफाइट व फुलरिन ही कार्बनची स्फटिकी रूपे आहेत.

उत्तर :

i) स्फटिक रूपातील पदार्थाच्या अणूंची रचना नियमित आणि निश्चित असते.

ii) चतुष्कोनातील त्रिमितीय रचना तयार करण्याकरता हिऱ्यात प्रत्येक कार्बन अणू हा शेजारील चार कार्बन अणूंशी सहसंयुज बंधाने बंधित असतो, म्हणून हिऱ्यात अणूंची नियमित व निश्चित रचना आढळते.

iii) ग्रॅफाइटमध्ये करबंचा प्रत्येक अणू इतर तीन कार्बन अणूंसोबत अशाप्रकारे बंधित असतो की त्यामुळे त्याची प्रतलीय षटकोनी रचना तयार होते. ग्रॅफाइटमधील ही अणूंची रचनाही नियमित व निश्चित असते.

iv) फुलरीनमध्ये, C60 अणू पंचकोनी आणि षटकोनी व्यवस्थांमध्ये एकमेकांशी जोडलेले असतात. परिणामी, फुलरीनची रचना फुटबॉलसारखी असते. फुलरिनचे रेणू बकीबाॅल्स (गोलाकार), बकीट्यूब्ज्या (दंडगोलाकार) स्वरूपात आढळतात.

v) हिरा, ग्रॅफाइट व फुलरिन अशा पदार्थांना निश्चित भौमितिक रचना, तीक्ष्ण कडा व सपाट पृष्ठभाग असल्याने ते स्फटिकासारखे असतात. म्हणूनच हिरा, ग्रॅफाइट व फुलरिन ही कार्बनची स्फटिकी रूपे आहेत.

आ. मिथेनला मार्श गॅस म्हणतात.

उत्तर :

मिथेन वायू मृत प्राणी व वनस्पतीच्या अपघटनाने दलदलीच्या पृष्ठभागावर बुडबुड्यांच्या रूपात तयार होतो म्हणून मिथेनला मार्श गॅस म्हणतात.

इ. पेट्रोल, डिझेल, दगडी कोळसा ही जीवाश्म इंधने आहेत.

उत्तर :

i) समुद्रातील किंवा जमिनीवरून समुद्रात वाहत असलेल्या जीवांचे मृतावशेष समुद्राच्या तळाशी साठतात. त्यावर वाळू व माती यांचे थर जमा होतात.

ii) या अवशेषावर प्रचंड उष्णता, प्रचंड दाब व काही उत्प्रेरण क्रिया यामुळे लक्षावधी वर्षाच्या काळात त्यांचे पेट्रोलिअममध्ये रूपांतर होते आणि पेट्रोलिअमचे भागश: ऊर्ध्वपातन करून पेट्रोल, डिझेल तयार होते म्हणून पेट्रोल, डिझेल ही जीवाश्म इंधने आहेत.

iii) दगडी कोळसा हे देखील एक जीवाश्म इंधन आहे. लक्षावधी वर्षांपूर्वी भूपृष्ठाखाली गाडल्या गेलेल्या प्राण्यांच्या व वनस्पतींच्या अवशेषांपासून दगडी कोळसा तयार झाला आहे.

ई. कार्बनच्या विविध अपरूपांचे उपयोग

उत्तर :

कार्बनच्या हिरा, ग्रॅफाइट, फुलरिन, कोल, कोक अशा विविध अपरूपांचे उपयोग खालीलप्रमाणे :

हिऱ्याचे उपयोग :

i) काच कापण्याच्या व खडकाला छिद्र पाडण्याच्या उपकरणांत हिरे वापरतात.

ii) अलंकार तयार करण्यासाठी हिऱ्याचा उपयोग होतो.

iii) डोळ्यांची शस्त्रक्रिया करण्याच्या उपकरणांमध्ये हिऱ्याचा वापर करतात.

iv) हिऱ्याच्या भुकटीचा वापर दुसऱ्या हिऱ्यांना चकाकी देण्यासाठी करतात.

v) हिऱ्याचा उपयोग अवकाशात व कृत्रिम उपग्रहांमध्ये प्रारणापासून संरक्षण देणाऱ्या खिडक्या तयार करण्यासाठी करतात.

ग्रॅफाइटचे उपयोग :

i) ग्रॅफाइटचा उपयोग वंगण तयार करण्यासाठी करतात.

ii) कार्बन इलेक्ट्रोड तयार करण्यासाठी ग्रॅफाइटचा वापर करतात.

iii) ग्रॅफाइटचा वापर लिहिण्याच्या पेन्सिलमध्ये केला जातो.

iv) रंग, पॉलिश यांच्यातही ग्रॅफाइटचा वापर करतात.

v) खूप प्रकाश देणाऱ्या आर्क लॅम्पमध्ये ग्रॅफाइट वापरतात.

फुलरिनचे उपयोग :

i) फुलरिनचा उपयोग विसंवाहक म्हणून करतात.

ii) जलशुद्धीकरणात फुलरिनचा उतप्रेरक म्हणून वापर करतात.

iii) एका ठराविक तापमानाला फुलरिन अतिवाहकता हा गुणधर्म दाखवतो.

कोळशाचे उपयोग :

i) कारखान्यात व घरामध्ये कोळसा इंधन म्हणून वापरतात.

ii) कोक, कोल गॅस व कोल टार मिळवण्यासाठी कोळशाचा वापर करतात.

iii) विद्युत निर्मितीसाठी औष्णिक विद्युत केंद्रात कोळसा वापरतात.

iv) जलशुद्धीकरण तसेच सेंद्रिय पदार्थांच्या शुद्धीकरणासाठी चारकोल वापरतात.

कोकचे उपयोग :

i) घरगुती इंधन म्हणून वापरतात.

ii) क्षपणकारक म्हणून कोकचा उपयोग करतात.

iii) वॉटर गॅस (CO + H₂) व प्रोड्युसर गॅस (CO + H₂ + CO₂ + N₂) ह्या वायुरूप इंधनाच्या निर्मितीत कोकचा उपयोग करतात.

उ. अग्निशामक यंत्रात CO₂ वायूचा उपयोग

उत्तर :

i) कार्बन डायऑक्साइड (CO₂) हा वायू ज्वलनशील नाही तसेच तो ज्वलनास मदत करत नाही.

ii) CO₂ अग्निशामके ही क्षरण न होणारी व वीजप्रवाह प्रतिबंधक असतात. त्यामुळे विद्युत उपकरणे व यंत्रांना लागलेल्या आगीत ही अग्निशामके वापरतात. म्हणून अग्निशामक यंत्रात CO₂ चा उपयोग होतो.

ऊ. CO₂ चे व्यावहारिक उपयोग

उत्तर :

CO₂ चे व्यावहारिक उपयोग – i) फसफसणारी शीतपेये तयार करण्यासाठी करतात.

ii) शीतकपाटांमध्ये तसेच सिनेमा-नाटकामध्ये धुक्यासारखे परिणाम मिळविण्यासाठी करतात.

iii) अग्निशामक यंत्रात

iv) कॉफीमधून कॅफिन काढून टाकण्यासाठी वापरतात.

v) हवेतील CO₂ ची उपयोग वनपाल प्रकाश संश्लेषणासाठी करतात.

6. प्रत्येकी दोन भौतिक गुणधर्म लिहा.

अ. हिरा

उत्तर :

i) तेजस्वी व शुद्ध हिरा हा नैसर्गिक पदार्थांत सर्वांत कठीण असणारा पदार्थ आहे.

ii) हिरा विद्युत दुर्वाहक असतो कारण त्यात मुक्त इलेक्ट्रॉन नसतात.

आ. चारकोल

उत्तर :

i) वजनाने हलका, रंगाने काळा असा चारकोल हे कार्बनचे अस्फटिकी अपरूप आहे.

ii) तो उष्णता व विद्युत दुर्वाहक आहे.

इ. कार्बनचे स्फटिक रूप

उत्तर :

i) स्फटिक रूपातील अणूंची रचना नियमित आणि निश्चित असते.

ii) यांचे द्रवणांक व उत्कलनांक उच्च असतात.

7. खालील रासायनिक अभिक्रिया पूर्ण करा.

1. ……………… + ……………….. →  CO₂ + 2H₂O + उष्णता

उत्तर :

CH₄ + 2O₂ →  CO₂ + 2H₂O + उष्णता

2. ……………… + ……………….. → CH₃Cl+ HCl

उत्तर :

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl+ HCl

3. 2NaOH + CO₂ → ………………. + ……………………

उत्तर :

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

8. खालील प्रश्नांची उत्तरे विस्तृत स्वरूपात लिहा.

अ. कोळशाचे प्रकार सांगून त्यांचे उपयोग लिहा.

उत्तर :

कोळशाचे पुढील चार मुख्य प्रकार आहेत : पीट, लिग्नाइट, बिट्यूमिनस व अँन्थ्रासाइट

उपयोग :

i) कोळसा हे एक जीवाश्म इंधन आहे. याचा वापर कारखान्यात व घरात इंधन म्हणून करतात. कोक, कोलगॅस व कोलटार मिळवण्यासाठी कोशाचा वापर करतात.

ii) विद्युतनिर्मितीसाठी औष्णिक विद्युत केंद्रात कोळसा वापरतात.

iii) दगडी कोळशातून कोल गॅस काढून घेतल्यावर उरणाऱ्या शुद्ध कोळशाला कोक म्हणतात. घरगुती इंधनात कोकचा वापर करतात.

iv) क्षपणकारक म्हणून याचा उपयोग करतात.

v) वॉटर गॅस, प्रोड्यूसर गॅसच्या निर्मितीत कोकचा वापर करतात.

आ. ग्रॅफाइट विद्युत वाहक असते हे एका छोट्या प्रयोगाने कसे सिद्ध कराल ?

उत्तर :

उद्देश्य : ग्रॅफाइट विद्युतवाहक आहे हे सिद्ध करणे.

साहित्य : पेन्सिल, विद्युतवाहक तारा, बॅटरी/सेल, लहान बल्ब.

कृती :

i) पेन्सिलमधील लेड काढा व तिचा हाताला होणारा स्पर्श अनुभवा. तिचा रंग कसा आहे तो पहा. ती लेड हाताने तोडून पहा.

ii) आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे साहित्य जुळवा. परिपथात विद्युतप्रवाह सुरू करा.

निरीक्षण : विद्युत प्रवाह सुरू झाल्यावर बल्ब प्रकाशमान दिसतो.

अनुमान/निष्कर्ष : ह्या प्रयोगावरून असे सिद्ध होते, की ग्रॅफाइट पेन्सिलमधील हे विद्युत सुवाहक आहे.

इ. कार्बनचे गुणधर्म स्पष्ट करा.

उत्तर :

i) कार्बन अपरुपता प्रदर्शित करते. हे एकापेक्षा जास्त रूपांत अस्तित्वात आहे. या विविध रूपांचे रासायनिक गुणधर्म समान आहेत परंतु त्यांचे भौतिक गुणधर्म भिन्न आहेत.

ii) कार्बन अपरूपचे दोन रूप आहेत : स्फटिक रूप आणि अस्फटिक रूप

अ. स्फटिक रूप :

a. स्फटिक रूपातील अणूंची रचना नियमित निश्चित असते.

b. यांचे द्रवणांक व उत्कलनांक उच्च असतात.

c. स्फटिक रूपातील पदार्थांना निश्चित भौमितिक रचना, तीक्ष्ण कडा व सपाट पृष्ठभाग असतात.

1. हिरा, 2. ग्रॅफाइट, 3. फुलरिन

ब. अस्फटिक रूप : कार्बन अणूंची रचना अनियमित असते. उदाहरणे : दगडी कोळसा, चारकोल, कोक

ई. कार्बनचे वर्गीकरण करा.

उत्तर :

कार्बन हे मूलद्रव्य अपरुपता दर्शवते. कार्बनची दोन अपरूपे आहेत : 1) स्फटिक रूप 2) अस्फटिक रूप

1) स्फटिक रूप : कार्बनची तीन स्फटिकी बहुरूपे आहेत :

हिरा : हिऱ्यात प्रत्येक कार्बन अणूहा शेजारील चार कार्बन अणूंशी सहसंयुज बंधाने बांधलेला असतो. जसे की ते नियमित टेट्राहेड्रॉन बनतात.

ग्रॅफाइट : ग्रॅफाइटमध्ये एकाच स्फटिकाचे अणू एकाच प्रतलीय षटकोनी रचनामध्ये व्यवस्थित केले जातात. समांतर रेणूंमध्ये दोन एकल स्फटिकाच्या कार्बन अणूंमधील बंध कमकुवत असतात.

फुलरिन : बममिन्स्टर फुलेरिन हा साठ कार्बन अणूंचा एक समूह आहे जो फुटबॉलच्या स्वरूपात मांडला जातो.

2) अस्फटिक रूप : कार्बनची पुढील अस्फटिकी रूपे आहेत :

दगडी कोळसा : वनस्पतींचे मृत अवशेष जेव्हा जमिनीत गाडले जातात तेव्हा ते तेथे असलेल्या उच्च तापमान आणि दाबाच्या परिस्थितीमुळे विघटित होतात. साधारणपणे चार प्रकारचे कोळशाचे साठे अस्तित्वात आहेत.

I. पीट (60% पेक्षा कमी कार्बन प्रमाण), II) लिग्नाइट (60%-70% कार्बन प्रमाण), III) बिट्युमिनस (70%-90% कार्बन प्रमाण) IV) अँन्थ्रासाइट (95% कार्बन प्रमाण)

चारकोल : हा प्राण्यांच्या हाडांपासून तसेच लाकडाच्या ज्वलनातून तयार होतो.

कोक : दगडी कोळशातून कोल गॅस काढून घेतल्यावर उरणाऱ्या शुद्ध कोळशाला कोक म्हणतात.

9. कार्बन डायऑक्साइडचे गुणधर्म कसे पडताळून पहाल ?

उत्तर :

i) जळती मेणबत्ती कार्बन डायऑक्साइडच्या वायुपात्रात ठेवली असता ती विझते; म्हणून CO₂ हा ज्वलनशील नाही व ज्वलनास मदतही करीत नाही.

ii) कार्बन डायऑक्साइड असलेल्या वायुपात्रात चुन्याची निवळी टाकल्यास ती दुधाळ बनते. यात अद्रावणीय कॅल्शिअम कार्बोनेट तयार होते. यावरून CO₂ चे अस्तित्व ओळखता येते.

iii) सोडिअम हायड्रॉक्साइडच्या जलीय द्रावणातून कार्बन डायऑक्साइड पाठवल्यास सोडियम कार्बोनेट मिळते. (सोडियम कार्बोनेट – धुण्याचा सोडा)

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

iv) निळा व लाल लिटमस ओला करून CO₂ च्या वायुपात्रात टाकला असता, निळा लिटमस लाल होतो. यावरून CO₂ हे आम्लधर्मी ऑक्साइड आहे हे सिद्ध होते. मात्र ओल्या लाल लिटमसमध्ये कोणताच बदल होत नाही.