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कार्बोक्सिलिक अम्ल: कार्बोक्सिल समूह, अम्लता और अभिक्रियाएँ

कार्बोक्सिलिक अम्ल में कार्बोक्सिल समूह −COOH होता है: एक ही कार्बन पर C=O और O−H। यह H⁺ दे सकता है, और बचा हुआ आयन (कार्बोक्सिलेट, −COO⁻) स्थिर होता है क्योंकि उसका ऋण आवेश दोनों ऑक्सीजन में बराबर बँटा होता है। इसी कारण ये फ़ीनॉल और ऐल्कोहॉल से ज़्यादा अम्लीय हैं (पर HCl जैसे खनिज अम्लों से कमज़ोर)। इलेक्ट्रॉन खींचने वाले समूह (Cl, F, NO₂) अम्ल को प्रबल बनाते हैं, इलेक्ट्रॉन धकेलने वाले (ऐल्किल) दुर्बल। इन्हें ऐल्कोहॉल, ऐल्डिहाइड या ऐल्किलबेंज़ीन के ऑक्सीकरण से, नाइट्राइल, एस्टर और ऐमाइड के जल-अपघटन से, या ग्रिन्यार अभिकर्मक और CO₂ से बनाते हैं। मुख्य अभिक्रियाएँ: NaHCO₃ से लवण (CO₂ के बुलबुले), एस्टरीकरण, ऐसिल क्लोराइड और ऐनहाइड्राइड बनना, ऐल्कोहॉल में अपचयन, विकार्बोक्सिलन और HVZ अभिक्रिया।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. यह है कार्बोक्सिल समूह, −COOH। एक कार्बन पर C=O (नीला) और O−H (नारंगी) है। कार्बोनिल + हाइड्रॉक्सिल = कार्बोक्सिल। सिरके का ऐसीटिक अम्ल CH₃COOH इसी वाला है।
  2. इसे कैसे बनाएँ? एथेनॉल लो। कार्बन से दो H हटते हैं, फिर उसी कार्बन पर एक O और जुड़ता है। CH₃CH₂OH बन गया CH₃COOH। KMnO₄ जैसे तेज़ ऑक्सीकारक यह करते हैं।
  3. यह अम्ल क्यों है? पानी में O−H का H, H⁺ बनकर निकल जाता है। बचा ऋण आवेश दोनों ऑक्सीजन में बँट जाता है (दोनों एक रंग के हो जाते हैं)। बँटा हुआ आवेश शांत और स्थिर है, इसलिए H⁺ आसानी से निकलता है।
  4. प्रबल या दुर्बल? बगल वाले कार्बन के H को एक-एक कर Cl से बदलो। Cl इलेक्ट्रॉन खींचता है और ऋण आवेश फैलाने में मदद करता है। देखो pKa 4.76 से 0.65 तक गिरता है: छोटा pKa = प्रबल अम्ल।
  5. एस्टरीकरण: अम्ल को मेथेनॉल और थोड़े H⁺ के साथ मिलाओ। अम्ल का OH और ऐल्कोहॉल का H साथ में पानी बनकर निकलते हैं। बाकी हिस्से जुड़ जाते हैं: मेथिल एथेनोएट, मीठी गंध वाला एस्टर।
  6. अब खुद खेलो: Cl स्लाइडर (0 से 3) खिसकाओ और 'H⁺ हटाओ' दबाओ। नीचे pKa और Ka पढ़ो, और देखने से पहले अनुमान लगाओ कि कौन सा अम्ल सबसे प्रबल है।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

−COOH में C=O है, फिर यह ऐल्डिहाइड जैसा क्यों नहीं (टॉलेन्स, 2,4-DNP नहीं)?

O−H वाला ऑक्सीजन अपना एकाकी युग्म C=O से बाँटता है, इसलिए कार्बन कम धनात्मक होता है और नाभिकस्नेही को कम खींचता है। पहले चरण में दोनों बंध साथ देखो।

−COOH से H⁺ इतनी आसानी से क्यों निकलता है, एथेनॉल से क्यों नहीं?

−COO⁻ में ऋण आवेश दो ऑक्सीजन में बँटा है (तीसरे चरण में दोनों एक रंग के हो जाते हैं)। एथॉक्साइड में आवेश एक ही ऑक्सीजन पर रहता है, जो बहुत कम स्थिर है।

Cl जोड़ने से अम्ल प्रबल क्यों होता है?

Cl बंधों के रास्ते इलेक्ट्रॉन खींचता है, जिससे आयन का ऋण आवेश फैलता है। ज़्यादा Cl, ज़्यादा खिंचाव: चौथे चरण में स्लाइडर से pKa गिरता देखो।

एस्टरीकरण में पानी का O अम्ल से आता है या ऐल्कोहॉल से?

अम्ल से। अम्ल OH खोता है और ऐल्कोहॉल सिर्फ़ H (¹⁸O वाले ऐल्कोहॉल से सिद्ध)। पाँचवें चरण में OH अम्ल से निकलता दिखता है।

एथेनॉल एथेनोइक अम्ल कैसे बनता है? क्या यह जोड़ना और हटाना एक साथ है?

हाँ: ऑक्सीकरण पहले दो H हटाता है (ऐल्डिहाइड बनता है) और फिर उसी कार्बन पर एक O जोड़ता है। दूसरे चरण में दोनों कदम दिखते हैं।

क्या ट्राइक्लोरोऐसीटिक अम्ल HCl जितना प्रबल है?

नहीं। इसका pKa 0.65 है, कार्बनिक अम्ल के लिए बहुत प्रबल, पर HCl (pKa लगभग −7) कहीं ज़्यादा प्रबल है। खेल वाले चरण में मान मिलाओ।

कार्बोक्सिल समूह

कार्बोक्सिल समूह (−COOH) = एक ही कार्बन पर कार्बोनिल (C=O) और हाइड्रॉक्सिल (O−H)।

भौतिक गुण

कार्बोक्सिलिक अम्ल बनाने की विधियाँ

कार्बोक्सिलिक अम्लों की अम्लता

RCOOH + H₂O ⇌ RCOO⁻ + H₃O⁺। अम्ल वियोजन स्थिरांक Ka बताता है कि अम्ल कितना H⁺ देता है। आमतौर पर pKa = −log Ka लेते हैं: छोटा pKa = प्रबल अम्ल।

फ़ीनॉल और ऐल्कोहॉल से ज़्यादा अम्लीय क्यों?

प्रतिस्थापियों का प्रभाव

कार्बोक्सिलिक अम्लों की अभिक्रियाएँ

O−H बंध टूटना

C−OH बंध टूटना

−COOH समूह की अभिक्रियाएँ

श्रृंखला और वलय में प्रतिस्थापन

कार्बोक्सिलिक अम्लों के उपयोग

करके देखो: घर पर बुलबुला परीक्षण

एक कप में आधा चम्मच बेकिंग सोडा (NaHCO₃) डालो। पहले अनुमान लगाओ: क्या सिरके से बुलबुले बनेंगे? अब एक चम्मच सिरका डालो। बुलबुले CO₂ हैं: ऐसीटिक अम्ल इतना प्रबल है कि HCO₃⁻ को H⁺ दे सके। 3D के खेल वाले चरण में Cl = 3 करो और अनुमान लगाओ कि ट्राइक्लोरोऐसीटिक अम्ल और तेज़ बुलबुले देगा या नहीं (हाँ: pKa 0.65, 4.76 से बहुत छोटा है)।

परीक्षा कोना

अपेक्षित प्रश्न: कारण सहित अम्लता का क्रम, 'RCOOH फ़ीनॉल से अधिक अम्लीय क्यों', फ़ीनॉल और बेन्ज़ोइक अम्ल में अंतर (NaHCO₃ परीक्षण), ग्रिन्यार अभिकर्मक से बनाना, नाम वाली अभिक्रियाएँ (HVZ, विकार्बोक्सिलन, कोल्बे), और 1–3 अंक के pKa/Ka आंकिक प्रश्न।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एथेनोइक अम्ल का Ka = 1.8 × 10⁻⁵ है। इसका pKa निकालो।

चरण 1: pKa = −log Ka = −log(1.8 × 10⁻⁵)। चरण 2: log 1.8 = 0.255, तो log Ka = 0.255 − 5 = −4.745। चरण 3: pKa = 4.745 ≈ 4.75। उत्तर: pKa ≈ 4.75।

2. क्लोरोएथेनोइक अम्ल का pKa 2.86 है। Ka निकालो और बताओ यह एथेनोइक अम्ल (pKa 4.76) से कितने गुना प्रबल है।

चरण 1: Ka = 10^(−2.86) = 1.38 × 10⁻³। चरण 2: Ka का अनुपात = 10^(4.76 − 2.86) = 10^1.9 ≈ 79। उत्तर: Ka ≈ 1.4 × 10⁻³; लगभग 80 गुना प्रबल।

3. 0.1 M एथेनोइक अम्ल (Ka = 1.8 × 10⁻⁵) का pH निकालो।

चरण 1: [H⁺] ≈ √(Ka × c) = √(1.8 × 10⁻⁵ × 0.1) = √(1.8 × 10⁻⁶)। चरण 2: √1.8 = 1.34, तो [H⁺] = 1.34 × 10⁻³ M। चरण 3: pH = −log(1.34 × 10⁻³) = 3 − 0.127 = 2.87। उत्तर: pH ≈ 2.87।

4. 0.01 M एथेनोइक अम्ल का कितने प्रतिशत आयनित होता है? (Ka = 1.8 × 10⁻⁵)

चरण 1: α ≈ √(Ka / c) = √(1.8 × 10⁻⁵ / 0.01) = √(1.8 × 10⁻³)। चरण 2: √(18 × 10⁻⁴) = 4.24 × 10⁻²। चरण 3: % = 0.0424 × 100 = 4.2%। उत्तर: लगभग 4.2% (ज़्यादातर अणु CH₃COOH ही रहते हैं)।

5. 6.0 g एथेनोइक अम्ल NaHCO₃ से पूरी तरह अभिक्रिया करे तो कितने ग्राम CO₂ निकलेगी? (C = 12, H = 1, O = 16)

चरण 1: CH₃COOH का मोलर द्रव्यमान = 60 g/mol, मोल = 6.0 / 60 = 0.10 mol। चरण 2: CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂: 1 mol अम्ल से 1 mol CO₂। चरण 3: CO₂ का द्रव्यमान = 0.10 × 44 = 4.4 g। उत्तर: 4.4 g CO₂।

6. 12 g एथेनोइक अम्ल को अधिक एथेनॉल के साथ गरम करने पर 11 g एथिल एथेनोएट बनता है। % लब्धि निकालो। (CH₃COOC₂H₅ = 88 g/mol)

चरण 1: अम्ल के मोल = 12 / 60 = 0.20 mol। चरण 2: 1 mol अम्ल → 1 mol एस्टर, तो अपेक्षित एस्टर = 0.20 × 88 = 17.6 g। चरण 3: % लब्धि = 11 / 17.6 × 100 = 62.5%। उत्तर: 62.5% (एस्टरीकरण उत्क्रमणीय है, इसलिए लब्धि कभी 100% नहीं होती)।

7. बढ़ती अम्लता के क्रम में लिखो: CH₃COOH, FCH₂COOH, ClCH₂COOH, HCOOH।

चरण 1: CH₃ इलेक्ट्रॉन धकेलता है → सबसे दुर्बल (pKa 4.76)। HCOOH में ऐल्किल नहीं → प्रबल (3.75)। चरण 2: हैलोजन इलेक्ट्रॉन खींचते हैं: Cl (2.86), F ज़्यादा खींचता है (2.59)। उत्तर: CH₃COOH < HCOOH < ClCH₂COOH < FCH₂COOH।

8. प्रोपेनोइक अम्ल बनाने के लिए कौन सा ग्रिन्यार अभिकर्मक और क्या चाहिए? चरण दिखाओ।

चरण 1: प्रोपेनोइक अम्ल CH₃CH₂COOH में 3 C हैं; COOH का कार्बन CO₂ से आता है। चरण 2: तो ग्रिन्यार में 2 C चाहिए: CH₃CH₂MgBr। चरण 3: CH₃CH₂MgBr + CO₂ → CH₃CH₂COOMgBr; फिर H₃O⁺ → CH₃CH₂COOH। उत्तर: एथिलमैग्नीशियम ब्रोमाइड + शुष्क बर्फ़, फिर तनु अम्ल।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. सबसे प्रबल अम्ल कौन है?
2. बेन्ज़ोइक अम्ल और फ़ीनॉल में अंतर का परीक्षण:
3. HVZ अभिक्रिया हैलोजन को कहाँ लगाती है?
4. RMgX + CO₂, फिर H₃O⁺, देता है:
5. कार्बोक्सिलिक अम्लों के ऊँचे क्वथनांक का मुख्य कारण है:

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

कार्बोक्सिलिक अम्ल फ़ीनॉल से ज़्यादा अम्लीय क्यों हैं?

कार्बोक्सिलेट आयन अपना ऋण आवेश दो ऑक्सीजन परमाणुओं पर बराबर बाँटता है। फ़ीनॉक्साइड आयन उसे वलय के कार्बन परमाणुओं पर फैलाता है, जो कम असरदार है। ज़्यादा स्थिर आयन = प्रबल अम्ल।

HVZ अभिक्रिया क्या है?

α-हाइड्रोजन वाले कार्बोक्सिलिक अम्ल लाल फ़ॉस्फ़ोरस की उपस्थिति में क्लोरीन या ब्रोमीन से अभिक्रिया कर α-क्लोरो या α-ब्रोमो अम्ल देते हैं। नाम हेल, फ़ोलार्ड और ज़ेलिंस्की के नाम पर है।

बेन्ज़ोइक अम्ल और फ़ीनॉल में अंतर कैसे करें?

सोडियम हाइड्रोजनकार्बोनेट का विलयन डालो। बेन्ज़ोइक अम्ल CO₂ की तेज़ बुदबुदाहट देता है; फ़ीनॉल नहीं, क्योंकि वह बहुत दुर्बल अम्ल है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

पोलैंडLiceum ogólnokształcące, klasa IICarboxylic acids
पोलैंडLiceum ogólnokształcące, klasa IIICarboxylic acids
रोमानियाClasa a X-aCompounds with functional groups
यूक्रेन10 класOxygen-containing organic compounds
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सीबीएसई (भारत)कक्षा 12ऐल्डिहाइड, कीटोन एवं कार्बोक्सिलिक अम्ल
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रूस10 классOxygen-containing compounds
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