बहुलक व दैनिक जीवन में रसायन

ये दो इकाइयाँ रसायन पाठ्यक्रम में सर्वाधिक तथ्यात्मक हैं, और उनकी तैयारी का कार्यकुशल उपाय तथ्यों को बार-बार पढ़ने के बजाय उन्हें व्यवस्थित करना है। बहुलकों हेतु व्यवस्थापक प्रश्न है इसे कौन प्रकार की अभिक्रिया ने बनाया, और उसे प्रत्येक सिरे पर क्रियात्मक समूह चाहिए? औषधियों व अपमार्जकों हेतु वह है अणु जैविक लक्ष्य के साथ क्या करता है? दोनों इकाइयाँ केवल कुछ अंक वहन करती हैं, परंतु वे प्रश्नपत्र के सबसे सस्ते अंकों में हैं क्योंकि प्रश्न लगभग सदा किसी वर्गीकरण, एकलक या उपयोग का सीधा स्मरण होते हैं।

योगात्मक बनाम संघनन बहुलक

🎯 संघनन बहुलक को प्रति एकलक दो क्रियात्मक समूह क्यों चाहिए
योगात्मक बहुलक द्विआबंध खोलकर बढ़ता है, अतः प्रति एकलक एक C=C पर्याप्त है और कोई छोटा अणु नहीं खोता — बहुलक का मूलानुपाती सूत्र एकलक के ठीक समान है। संघनन बहुलक दो एकलकों के जुड़ने व जल या HCl निकालने से बढ़ता है, और शृंखला के दोनों सिरों पर बढ़ते रहने हेतु प्रत्येक एकलक द्विक्रियात्मक होना चाहिए: डायॉल सहित द्वि-अम्ल पॉलिएस्टर देता है, डाइऐमीन सहित द्वि-अम्ल बहु-ऐमाइड। इसीलिए टेरेफ़्थैलिक अम्ल व एथिलीन ग्लाइकॉल डैक्रॉन देते हैं, और इसीलिए एकक्रियात्मक अम्ल एक चरण के पश्चात् शृंखला रोक देगा। यह एक परीक्षण — अभिक्रियाशील सिरे गिनें — आपको सूची रटे बिना बताता है कि बहुलक किस वर्ग का है।
पर्चा जिन बहुलकों को नामित करता है, एकलकों सहित
बहुलकएकलकप्रकार व उपयोग
पॉलिथीनएथीनयोगात्मक; थैले, विद्युत्रोधन
PVCविनिल क्लोराइडयोगात्मक; पाइप, केबल आवरण
टेफ़्लॉनटेट्राफ़्लुओरोएथीनयोगात्मक; अ-चिपक लेप
नाइलॉन-6,6ऐडिपिक अम्ल + हेक्सामेथिलीनडाइऐमीनसंघनन बहु-ऐमाइड; रेशे, रस्सियाँ
नाइलॉन-6कैप्रोलैक्टम — एकल एकलकसंघनन; टायर कॉर्ड
डैक्रॉन / टेरिलीनटेरेफ़्थैलिक अम्ल + एथिलीन ग्लाइकॉलसंघनन पॉलिएस्टर; वस्त्र
बैकेलाइटफ़ीनॉल + फ़ॉर्मेल्डिहाइडतिर्यक-बद्ध ऊष्मादृढ़; स्विच
ब्यूना-Sब्यूटाडाईईन + स्टाइरीनसहबहुलक; टायर चाल
⚠️ ऊष्मामृदु व ऊष्मादृढ़ तिर्यक-बंधन से भिन्न हैं, प्रबलता से नहीं
पॉलिथीन या PVC जैसे ऊष्मामृदु में पृथक् रैखिक शृंखलाएँ हैं जो केवल दुर्बल अंतराअणुक बलों से बँधी हैं, अतः गरम करना उन्हें एक-दूसरे के पास सरकने देता है और सामग्री कितनी ही बार मृदु व पुनर्ढाली जा सकती है — ठीक इसीलिए ये प्लास्टिक पुनर्चक्रणीय हैं। बैकेलाइट या मेलामीन जैसा ऊष्मादृढ़ बहुलक सहसंयोजी आबंधों से एक विशाल त्रि-आयामी जाल में तिर्यक-बद्ध है, अतः गरम करना उसे शिथिल नहीं कर सकता और सामग्री गलने के बजाय जलती है। अतः बैकेलाइट विद्युत् स्विचों हेतु क्यों प्रयुक्त है पूछता प्रश्न तिर्यक-बंधन चाहता है, केवल यह तथ्य नहीं कि वह कठोर है: कठोरता जाल से निकलती है, और उसे पुनर्चक्रित न कर पाना भी।

दो और वर्गीकरण आते हैं। प्रत्यास्थलक में दुर्बल बल व कुंडलित शृंखलाएँ हैं जो खिंचती व सिकुड़ती हैं, और सल्फर सहित वल्कनीकरण प्राकृतिक रबर को इतना ही तिर्यक-बद्ध करता है कि उसका बहना रुके व प्रत्यास्थता बनी रहे। और जैव-निम्नीकरणीय बहुलक एक-अंक प्रश्न के रूप में महत्वपूर्ण हैं: PHBV, हाइड्रॉक्सीब्यूटैनोइक व हाइड्रॉक्सीपेंटैनोइक अम्लों से बना, तथा नाइलॉन-2-नाइलॉन-6, ग्लाइसीन व ऐमीनोकैप्रोइक अम्ल से बना, दो नामित उदाहरण हैं, सदियों तक टिकते सामान्य प्लास्टिकों के सामने दिए गए।

औषधियाँ, वे क्या करती हैं इससे वर्गीकृत

उदाहरणों सहित चिकित्सीय वर्ग
वर्गक्रियाउदाहरण
प्रति-अम्लउदर अम्ल उदासीन या दबाता हैMg(OH)₂; रैनिटिडीन, जो हिस्टामीन रोकता है
प्रति-हिस्टामीनहिस्टामीन ग्राही रोकता हैसेटिरिज़ीन, टर्फ़ेनाडीन
प्रशांतककेंद्रीय तंत्रिका तंत्र पर कार्य करता हैइक्वानिल, ल्यूमिनल, क्लोरडाइऐज़ेपॉक्साइड
पीड़ाहारीपीड़ा दूर करता हैऐस्पिरिन (अ-स्वापक); मॉर्फ़ीन (स्वापक)
प्रति-जैविकसूक्ष्मजीव मारता या रोकता हैपेनिसिलिन (सँकरा), क्लोरैम्फ़ेनिकॉल (विस्तृत)
प्रति-रोगाणु व विसंक्रामकजीवित ऊतक पर बनाम वस्तुओं परडेटॉल, 0.2 % फ़ीनॉल; 1 % फ़ीनॉल विसंक्रमित करता है
🎯 वही यौगिक प्रति-रोगाणु या विसंक्रामक हो सकता है — सांद्रता तय करती है
0.2 % पर फ़ीनॉल प्रति-रोगाणु है, घाव पर लगाने योग्य सुरक्षित; 1 % पर वही फ़ीनॉल विसंक्रामक है, फ़र्श व उपकरणों पर प्रयुक्त और जीवित ऊतक हेतु बहुत कठोर। अतः भेद रासायनिक बिल्कुल नहीं बल्कि मात्रा का विषय है — प्रति-रोगाणु जीवित ऊतक पर व विसंक्रामक निर्जीव वस्तुओं पर लगाया जाता है, और अनेक पदार्थ केवल तनुकरण से एक श्रेणी से दूसरी में जाते हैं। यह इस खंड का मानक जाल है: फ़ीनॉल प्रति-रोगाणु है या विसंक्रामक पूछता प्रश्न का कोई एकल उत्तर नहीं जब तक वह आपको सांद्रता न दे, और जब वह एक देता है, वह संख्या ही सम्पूर्ण प्रश्न है।

साबुन, अपमार्जक व खाद्य योजक

साबुन दीर्घ-शृंखला वसा अम्ल का सोडियम लवण है, साबुनीकरण से बना — वसा या तेल का क्षारीय जल-अपघटन, जो ग्लिसरॉल भी देता है। संश्लेषित अपमार्जक तीन प्रकार के हैं: ऋणायनी (ऐल्किल बेंज़ीन सल्फ़ोनेट, अधिकांश धावन चूर्णों में प्रयुक्त), धनायनी (चतुष्क अमोनियम लवण, बाल संवारक व कीटाणुनाशक के रूप में प्रयुक्त) और अनआयनी (पॉलिएथिलीन ग्लाइकॉल एस्टर, द्रव बर्तन-धावन अपमार्जकों में प्रयुक्त)।

🎯 अपमार्जक कठोर जल में चलते हैं व साबुन नहीं क्यों
कठोर जल में Ca²⁺ व Mg²⁺ हैं, और वसा अम्लों के कैल्शियम व मैग्नीशियम लवण अविलेय हैं — अतः साबुन चिकनाई फँसाते मिसेल बना पाने से पूर्व मैल के रूप में अवक्षेपित हो जाता है, साबुन व धुलाई दोनों व्यर्थ करते हुए। इसके विपरीत ऐल्किल सल्फ़ोनेटों के कैल्शियम लवण विलेय हैं, अतः संश्लेषित अपमार्जक कठोरता चाहे जो हो चलता रहता है। समझौता पर्यावरणीय है: शाखित ऐल्किल शृंखलाएँ जीवाणु-विघटन का प्रतिरोध करती हैं और उन्होंने नदियों में टिकाऊ झाग उत्पन्न किया, इसीलिए आधुनिक अपमार्जक सीधी शृंखलाएँ प्रयोग करते हैं जो जैव-निम्नीकरणीय हैं। वही युग्म — कठोर जल में चलता है, परंतु केवल सीधी-शृंखला रूप निम्नीकरणीय है — वही है जिस पर इस विषय के प्रश्न प्रायः टिकते हैं।
खाद्य योजक व कृत्रिम मधुरक
पदार्थभूमिका या गुण
सोडियम बेंज़ोएटपरिरक्षक
BHA व BHTप्रति-ऑक्सीकारक, वसाओं का बासी होना रोकते हुए
सैकरीनसुक्रोस से लगभग 550 गुना मीठा; अपरिवर्तित उत्सर्जित
ऐस्पार्टेमलगभग 100 गुना मीठा, परंतु पकाने पर विघटित
सुक्रालोसलगभग 600 गुना मीठा व ऊष्मा-स्थायी
ऐलिटेमलगभग 2000 गुना मीठा; भोजन में मिठास नियंत्रित करना कठिन
ℹ️ ऐस्पार्टेम ठंडे भोजनों तक सीमित है, और वही परीक्षा-बिंदु है
ऐस्पार्टेम द्विपेप्टाइड है, अतः गरम करना उसे जल-अपघटित कर मिठास नष्ट करता है — इसीलिए वह ठंडे पेयों व मेज़ी मधुरकों में आता है परंतु पकी वस्तुओं में नहीं। सुक्रालोस व सैकरीन पाक-तापों पर स्थायी हैं अतः वे वहाँ प्रयुक्त होते हैं जहाँ ऊष्मा सम्मिलित हो। कौन मधुरक पकाने हेतु अनुपयुक्त है पूछता प्रश्न ऐस्पार्टेम चाहता है, और देने योग्य कारण उसकी पेप्टाइड संरचना है, कोई अस्पष्ट अस्थायित्व नहीं।

मुख्य बिंदु

  • योगात्मक बहुलकों को एक C=C चाहिए व कुछ नहीं खोता; संघनन बहुलकों को द्विक्रियात्मक एकलक चाहिए।
  • नाइलॉन-6 एकल एकलक कैप्रोलैक्टम से आता है, नाइलॉन-6,6 के विपरीत जिसे दो चाहिए।
  • ऊष्मामृदु में पृथक् शृंखलाएँ हैं व वे पुनर्ढाले जा सकते हैं; ऊष्मादृढ़ तिर्यक-बद्ध हैं व नहीं।
  • वल्कनीकरण रबर को इतना ही तिर्यक-बद्ध करता है कि बहना रुके व प्रत्यास्थता बची रहे।
  • प्रति-रोगाणु बनाम विसंक्रामक सांद्रता व कहाँ लगाया जाता है का विषय है, रसायन का नहीं।
  • साबुन कठोर जल में विफल होता है क्योंकि उसके कैल्शियम लवण अविलेय हैं; अपमार्जक लवण विलेय हैं।
  • केवल सीधी-शृंखला अपमार्जक जैव-निम्नीकरणीय हैं — शाखित वालों ने नदियों में टिकाऊ झाग उत्पन्न किया।
  • ऐस्पार्टेम द्विपेप्टाइड है व पकाने पर विघटित होता है; सुक्रालोस व सैकरीन ऊष्मा-स्थायी हैं।

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. कौन-सा बहुलक एकल एकलक कैप्रोलैक्टम से बनता है?

    1. नाइलॉन-6,6
    2. नाइलॉन-6
    3. डैक्रॉन
    4. बैकेलाइट
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — नाइलॉन-6

    नाइलॉन-6 कैप्रोलैक्टम के वलय-विदारण बहुलकन से बनता है, जिसमें एक ही अणु में ऐमीन व अम्ल दोनों क्रिया पहले से हैं। नाइलॉन-6,6 को दो एकलक चाहिए, ऐडिपिक अम्ल व हेक्सामेथिलीनडाइऐमीन; डैक्रॉन को टेरेफ़्थैलिक अम्ल व एथिलीन ग्लाइकॉल; और बैकेलाइट को फ़ीनॉल व फ़ॉर्मेल्डिहाइड। एकलक गिनना प्रायः इन्हें सीधे उत्तर देने हेतु पर्याप्त है।
  2. बैकेलाइट गरम करने पर पुनर्ढाला नहीं जा सकता क्योंकि वह है:

    1. रैखिक शृंखलाओं सहित ऊष्मामृदु
    2. तिर्यक-बद्ध ऊष्मादृढ़ बहुलक
    3. प्रत्यास्थलक
    4. जैव-निम्नीकरणीय बहुलक
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — तिर्यक-बद्ध ऊष्मादृढ़ बहुलक

    बैकेलाइट फ़ीनॉल व फ़ॉर्मेल्डिहाइड से बना त्रि-आयामी सहसंयोजी जाल है, अतः कोई पृथक् शृंखलाएँ नहीं जिन्हें ऊष्मा एक-दूसरे के पास सरकने दे सके — सामग्री मृदु होने के बजाय जलती है। पॉलिथीन जैसे ऊष्मामृदु में दुर्बल बलों से बँधी पृथक् शृंखलाएँ हैं, इसीलिए वे बार-बार पुनर्गलित व पुनर्चक्रित हो सकते हैं।
  3. साबुन कठोर जल में अच्छा झाग नहीं देता क्योंकि:

    1. कठोर जल का pH निम्न है
    2. वसा अम्लों के कैल्शियम व मैग्नीशियम लवण अविलेय हैं व मैल के रूप में अवक्षेपित होते हैं
    3. साबुन कठोर जल में विघटित हो जाता है
    4. कठोर जल चिकनाई नहीं घोल सकता
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — वसा अम्लों के कैल्शियम व मैग्नीशियम लवण अविलेय हैं व मैल के रूप में अवक्षेपित होते हैं

    कठोर जल में Ca²⁺ व Mg²⁺ वसा अम्ल ऋणायन सहित अविलेय लवण बनाते हैं, अतः साबुन चिकनाई उठाते मिसेल जोड़ पाने से पूर्व मैल के रूप में विलयन से हट जाता है। संश्लेषित अपमार्जक समस्या से बचते हैं क्योंकि उनके कैल्शियम व मैग्नीशियम लवण विलेय हैं, धुलाई प्रयोग हेतु साबुन को हटाने का सम्पूर्ण कारण यही है।
  4. कौन-सा कृत्रिम मधुरक पकाए भोजनों में प्रयोग हेतु अनुपयुक्त है?

    1. सैकरीन
    2. ऐस्पार्टेम
    3. सुक्रालोस
    4. तीनों ऊष्मा-स्थायी हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — ऐस्पार्टेम

    ऐस्पार्टेम द्विपेप्टाइड है, अतः पकाना पेप्टाइड आबंध जल-अपघटित करता है व मिठास खो जाती है — अतः वह केवल ठंडे पेयों व मेज़ी मधुरकों में आता है। सैकरीन व सुक्रालोस पाक-ताप सहन करते हैं व पकी वस्तुओं में प्रयुक्त होते हैं। बताने योग्य कारण पेप्टाइड संरचना है, अस्थायित्व का सामान्य दावा नहीं।
  5. फ़ीनॉल का 1 % विलयन प्रयुक्त होता है:

    1. घावों पर प्रति-रोगाणु के रूप में
    2. फ़र्श व उपकरणों हेतु विसंक्रामक के रूप में
    3. प्रति-अम्ल के रूप में
    4. पीड़ाहारी के रूप में
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — फ़र्श व उपकरणों हेतु विसंक्रामक के रूप में

    1 % पर फ़ीनॉल जीवित ऊतक हेतु बहुत कठोर है व निर्जीव वस्तुओं पर प्रयुक्त होता है, उसे विसंक्रामक बनाते हुए; 0.2 % पर वही यौगिक प्रति-रोगाणु के रूप में कार्य करने योग्य मृदु है। अतः श्रेणी पूर्णतः सांद्रता व इस पर निर्भर है कि विलयन किस पर लगाया जाता है, इसीलिए इस प्रकार का प्रश्न सदा प्रतिशत देता है।
  6. रबर के वल्कनीकरण में उसे किसके साथ गरम किया जाता है:

    1. सल्फर
    2. क्लोरीन
    3. केवल कार्बन ब्लैक
    4. फ़ॉर्मेल्डिहाइड
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सल्फर

    सल्फर पॉलिआइसोप्रीन शृंखलाओं के बीच तिर्यक-बंध बनाता है, जो उन्हें एक-दूसरे के पास सरकने से रोकता है अतः प्राकृतिक रबर की चिपचिपाहट व शीत प्रवाह हटाता है, शृंखलाओं को खिंचने व सिकुड़ने हेतु पर्याप्त स्वतंत्रता छोड़ते हुए। बहुत अधिक सल्फर सामग्री को अति-तिर्यक-बद्ध कर उसे कठोर व भंगुर बना देगा, अतः मात्रा ही अंतिम प्रत्यास्थता नियंत्रित करती है।
  7. बाल संवारकों में कौन अपमार्जक प्रकार प्रयुक्त होता है?

    1. ऋणायनी
    2. धनायनी
    3. अनआयनी
    4. साबुन
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — धनायनी

    धनायनी अपमार्जक चतुष्क अमोनियम लवण हैं, और उनका धन आवेश उन्हें बालों के ऋणावेशित पृष्ठ से बँधने देता है, इसीलिए वे संवारते हैं और इसीलिए वे कीटाणुनाशक के रूप में भी कार्य करते हैं। ऋणायनी ऐल्किल बेंज़ीन सल्फ़ोनेट धावन चूर्णों में व अनआयनी एस्टर द्रव बर्तन-धावन अपमार्जकों में जाते हैं, अतः प्रत्येक प्रकार भिन्न उपयोग से मेल खाता है।
  8. शाखित-शृंखला ऐल्किल बेंज़ीन सल्फ़ोनेट सीधी-शृंखला वालों से क्यों बदले जा रहे हैं?

    1. सीधी शृंखलाएँ बेहतर सफ़ाई करती हैं
    2. शाखित शृंखलाएँ जीवाणु-निम्नीकरण का प्रतिरोध करती व जल-निकायों में टिकी रहती हैं
    3. शाखित शृंखलाएँ कठोर जल में विफल होती हैं
    4. सीधी शृंखलाएँ बनाना सस्ता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — शाखित शृंखलाएँ जीवाणु-निम्नीकरण का प्रतिरोध करती व जल-निकायों में टिकी रहती हैं

    जीवाणु सीधी हाइड्रोकार्बन शृंखलाएँ सरलता से निम्नीकृत करते हैं परंतु शाखित वालों से जूझते हैं, अतः शाखित अपमार्जक नदियों में एकत्र होकर देर तक टिकता झाग उत्पन्न करते थे। दोनों प्रकार कठोर जल में पूर्णतः अच्छे चलते हैं, क्योंकि वह लाभ शृंखला-आकार के बजाय सल्फ़ोनेट शीर्ष से आता है — अतः सफ़ाई प्रदर्शन विभेदक नहीं, पर्यावरणीय टिकाव है।