Table of Contents

Carbon and its Compounds.

Class 10 Science – Chapter 4: Carbon and its Compounds – Short Notes

1. Introduction: Why Carbon is Unique

Carbon forms a vast number of compounds due to two key properties:

Catenation: The unique ability of carbon atoms to form strong covalent bonds with other carbon atoms, building long chains, branches, and rings.
Tetravalency: A carbon atom has 4 valence electrons, allowing it to form 4 strong covalent bonds with other atoms (including other carbon atoms).

2. Covalent Bonding in Carbon Compounds

Carbon shares its valence electrons to achieve a stable noble gas configuration.
Types of Covalent Bonds:
- Single Bond: Sharing one pair of electrons (e.g., Ethane, C₂H₆).
- Double Bond: Sharing two pairs of electrons (e.g., Ethene, C₂H₄).
- Triple Bond: Sharing three pairs of electrons (e.g., Ethyne, C₂H₂).

3. Allotropes of Carbon

Different forms of the same element having different physical properties but same chemical properties.

Diamond: Hard, transparent, 3D structure. Poor conductor.
Graphite: Opaque, slippery, grey-black. Good conductor of electricity. Has a layered structure.
Fullerenes: Cage-like molecules (e.g., Buckminsterfullerene, C₆₀).

4. Classification of Organic Compounds

A. Saturated Hydrocarbons (Alkanes)

Have only single bonds between carbon atoms.
General formula: CₙH₂ₙ₊₂
Example: Methane (CH₄), Ethane (C₂H₆).

B. Unsaturated Hydrocarbons

Alkenes: Have at least one double bond. General formula: CₙH₂ₙ
- Example: Ethene (C₂H₄).
Alkynes: Have at least one triple bond. General formula: CₙH₂ₙ₋₂
- Example: Ethyne (C₂H₂).

5. Functional Groups

An atom or group of atoms that determines the chemical properties of an organic compound.

Functional Group	Prefix/Suffix	Class of Compound	Example
-Cl (Chloro-)	Chloro-	Haloalkane	CH₃Cl (Chloromethane)
-OH (Hydroxy)	-ol	Alcohol	CH₃OH (Methanol)
-CHO (Formyl)	-al	Aldehyde	HCHO (Methanal)
-COOH (Carboxyl)	-oic acid	Carboxylic Acid	CH₃COOH (Ethanoic acid)
-C=O (Keto)	-one	Ketone	CH₃COCH₃ (Propanone)

6. Homologous Series

A series of organic compounds where:

Each member differs by a -CH₂- unit.
They have the same functional group.
They have similar chemical properties.
Their physical properties show a gradual change.

Example: The Alkane series: CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀…

7. Nomenclature (IUPAC Naming)

A systematic method for naming organic compounds.
Rules:

Identify the number of carbon atoms in the longest continuous chain (Parent chain).
Identify the functional group and its position.
Name any substituents (like methyl, chloro groups) and their positions.
Write the name in the order: Position number-Substituent Parent chain-Position number-Functional group suffix

Example: CH₃-CH₂-CHO is called Propanal.

8. Chemical Properties of Carbon Compounds

A. Combustion:

Carbon compounds burn in air to give CO₂, H₂O, heat, and light.
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + Heat + Light

B. Oxidation:

Alcohols can be oxidized to carboxylic acids using oxidizing agents like alkaline KMnO₄ (Bayer’s Reagent) or K₂Cr₂O₇.
CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O (Ethanol to Ethanoic acid)

C. Addition Reaction (Unsaturated Hydrocarbons):

Hydrogen is added to unsaturated compounds in the presence of a catalyst like Ni or Pd.
CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃ (Ethene to Ethane)
This reaction is used to convert vegetable oils (unsaturated) into vanaspati ghee (saturated).

D. Substitution Reaction (Saturated Hydrocarbons):

In saturated hydrocarbons, an atom is replaced by another atom or group.
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (in presence of sunlight)

9. Important Carbon Compounds

A. Ethanol (CH₃CH₂OH) – Alcohol

Properties: Colourless liquid, pleasant smell, soluble in water.
Reactions:
- With Sodium: 2CH₃CH₂OH + 2Na → 2CH₃CH₂ONa + H₂↑
- Dehydration: With conc. H₂SO₄ at 443K gives Ethene.
Harmful Effects: Consumption in small amounts causes drunkenness. Large amounts can be fatal.

B. Ethanoic Acid (CH₃COOH) – Acetic Acid

Properties: Vinegar smell, sour taste.
Reactions:
- Esterification: With alcohol in presence of conc. H₂SO₄.
  CH₃COOH + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ (Ester) + H₂O
- With Base (Neutralisation): CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
- With Carbonates/Bicarbonates: Produces CO₂ gas.
  2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑
Uses: As a preservative (vinegar), in making esters.

10. Soaps and Detergents

Soaps: Sodium or potassium salts of long-chain fatty acids.
Cleansing Action: Soap molecules have:
- A hydrophilic (water-attracting) head.
- A hydrophobic (water-repelling, oil-attracting) tail.
The hydrophobic tail attaches to the grease/oil, while the hydrophilic head attaches to water. This forms an emulsion and the dirt is washed away in the form of micelles.
Why Soaps Don’t Work in Hard Water: Hard water contains Ca²⁺ and Mg²⁺ ions which form insoluble precipitates (scum) with soap, wasting the soap.
Detergents: Are ammonium or sulphonate salts of long-chain carboxylic acids. They do not form scum in hard water.

Quick Revision: Important Reactions

Combustion: CₓHᵧ + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + (y/2)H₂O
Esterification: Acid + Alcohol → Ester + Water
Saponification: Ester + NaOH → Soap + Alcohol

Class 10 Science Chapter 4 in Hindi.

कक्षा 10 विज्ञान – अध्याय 4: कार्बन और इसके यौगिक – संक्षिप्त नोट्स

1. परिचय: कार्बन की विशेषताएँ

कार्बन असंख्य यौगिक बनाता है, इसके दो मुख्य कारण हैं:

शृंखलन (Catenation): कार्बन परमाणुओं की स्वयं तथा अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ प्रबल सहसंयोजक बंध बनाकर लंबी शृंखलाएँ, शाखाएँ एवं वलय बनाने की क्षमता।
चतु:संयोजकता (Tetravalency): कार्बन के बाहरी कक्ष में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए यह अन्य परमाणुओं के साथ 4 सहसंयोजक बंध बना सकता है।

2. सहसंयोजक आबंध

कार्बन स्थिरता प्राप्त करने के लिए अपने संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की साझेदारी करता है।
सहसंयोजक आबंध के प्रकार:
- एकल आबंध: एक इलेक्ट्रॉन युग्म की साझेदारी (जैसे, एथेन C₂H₆)।
- द्वि-आबंध: दो इलेक्ट्रॉन युग्मों की साझेदारी (जैसे, एथीन C₂H₄)।
- त्रि-आबंध: तीन इलेक्ट्रॉन युग्मों की साझेदारी (जैसे, एथाइन C₂H₂)।

3. कार्बन के अपररूप (Allotropes of Carbon)

एक ही तत्व के भिन्न-भिन्न रूप जिनके भौतिक गुण अलग-अलग होते हैं परंतु रासायनिक गुण समान होते हैं।

हीरा (Diamond): कठोर, पारदर्शक, विद्युत का कुचालक।
ग्रेफाइट (Graphite): मुलायम, चिकना, भूरा-काला, विद्युत का सुचालक। परतदार संरचना।
फुलेरीन (Fullerenes): पिंजरेनुमा अणु (जैसे, बकमिंस्टरफुलेरीन, C₆₀)।

4. कार्बनिक यौगिकों का वर्गीकरण

A. संतृप्त हाइड्रोकार्बन (ऐल्केन्स)

कार्बन परमाणुओं के बीच केवल एकल आबंध होते हैं।
सामान्य सूत्र: CₙH₂ₙ₊₂
उदाहरण: मेथेन (CH₄), ऐथेन (C₂H₆)।

B. असंतृप्त हाइड्रोकार्बन

ऐल्कीन्स: कम से कम एक द्वि-आबंध होता है। सामान्य सूत्र: CₙH₂ₙ
- उदाहरण: ऐथीन (C₂H₄)।
ऐल्काइन्स: कम से कम एक त्रि-आबंध होता है। सामान्य सूत्र: CₙH₂ₙ₋₂
- उदाहरण: ऐथाइन (C₂H₂)।

5. क्रियात्मक समूह (Functional Groups)

परमाणुओं का वह समूह जो कार्बनिक यौगिक के रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।

क्रियात्मक समूह	उपसर्ग/प्रत्यय	यौगिक का वर्ग	उदाहरण
-Cl (क्लोरो-)	क्लोरो-	हैलोऐल्केन	CH₃Cl (क्लोरोमेथेन)
-OH (हाइड्रॉक्सी)	-ऑल	ऐल्कोहॉल	CH₃OH (मेथेनॉल)
-CHO (फॉर्मिल)	-ऐल्डिहाइड	ऐल्डिहाइड	HCHO (मेथनैल)
-COOH (कार्बॉक्सिल)	-ओइक अम्ल	कार्बोक्सिलिक अम्ल	CH₃COOH (एथनॉइक अम्ल)
-C=O (कीटो)	-ओन	कीटोन	CH₃COCH₃ (प्रोपेनोन)

6. समजातीय श्रेणी (Homologous Series)

कार्बनिक यौगिकों की वह श्रृंखला जिसमें:

प्रत्येक सदस्य -CH₂- इकाई से भिन्न होता है।
सभी के क्रियात्मक समूह समान होते हैं।
इनके रासायनिक गुण समान होते हैं।
इनके भौतिक गुणों में क्रमिक परिवर्तन होता है।

उदाहरण: ऐल्केन श्रेणी: CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀…

7. नामपद्धति (IUPAC Nomenclature)

कार्बनिक यौगिकों के नामकरण की एक व्यवस्थित पद्धति।
नियम:

सबसे लंबी कार्बन शृंखला (मूल शृंखला) की पहचान करो।
क्रियात्मक समूह और उसकी स्थिति पहचानो।
किसी भी प्रतिस्थापी (जैसे मेथिल, क्लोरो समूह) और उनकी स्थिति का नाम दो।
नाम इस क्रम में लिखो: स्थिति संख्या-प्रतिस्थापी मूल शृंखला-स्थिति संख्या-क्रियात्मक समूह प्रत्यय

उदाहरण: CH₃-CH₂-CHO का नाम प्रोपेनल है।

8. कार्बनिक यौगिकों के रासायनिक गुण

A. दहन (Combustion):

कार्बनिक यौगिक वायु की उपस्थिति में जलकर CO₂, H₂O, ऊष्मा與 प्रकाश देते हैं।
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + ऊष्मा + प्रकाश

B. ऑक्सीकरण (Oxidation):

क्षारीय KMnO₄ (बेयर अभिकर्मक) या K₂Cr₂O₇ की उपस्थिति में ऐल्कोहॉल का कार्बोक्सिलिक अम्ल में ऑक्सीकरण होता है।
CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O (एथनॉल से एथनॉइक अम्ल)

C. योग अभिक्रिया (Addition Reaction):

उत्प्रेरक (Ni or Pd) की उपस्थिति में असंतृप्त यौगिकों में हाइड्रोजन जुड़ती है।
CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃ (ऐथीन से ऐथेन)
इस अभिक्रिया का उपयोग वनस्पति तेलों (असंतृप्त) को वनस्पति घी (संतृप्त) में बदलने के लिए किया जाता है।

D. प्रतिस्थापन अभिक्रिया (Substitution Reaction):

संतृप्त हाइड्रोकार्बनों में एक परमाणु का स्थान दूसरे परमाणु समूह द्वारा ले लिया जाता है।
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में)

9. महत्वपूर्ण यौगिक

A. एथनॉल (CH₃CH₂OH) – ऐल्कोहॉल

गुण: रंगहीन द्रव, सुगंध, जल में विलेय।
अभिक्रियाएँ:
- सोडियम के साथ: 2CH₃CH₂OH + 2Na → 2CH₃CH₂ONa + H₂↑
- निर्जलीकरण: सांद्र H₂SO₄ के साथ 443K ताप पर ऐथीन देता है।
हानिकारक प्रभाव: कम मात्रा में सेवन से नशा, अधिक मात्रा घातक।

B. एथनॉइक अम्ल (CH₃COOH) – एसिटिक अम्ल

गुण: सिरके जैसी गंध, खट्टा स्वाद।
अभिक्रियाएँ:
- एस्टरीकरण: ऐल्कोहॉल के साथ सांद्र H₂SO₄ की उपस्थिति में।
  CH₃COOH + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ (एस्टर) + H₂O
- क्षारक के साथ (उदासीनीकरण): CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
- कार्बोनेट/बाइकार्बोनेट के साथ: CO₂ गैस उत्पन्न करता है।
  2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑
उपयोग: परिरक्षक (सिरका), एस्टर बनाने में।

10. साबुन अपमार्जक (Soaps and Detergents)

साबुन: लंबी शृंखला वाले वसा अम्लों के सोडियम पोटैशियम लवण।
सफाई की क्रिया: साबुन के अणु में होते हैं:
- एक जल-रागी (हाइड्रोफिलिक) सिरा (जल को आकर्षित करता है)।
- एक जल-विरागी (हाइड्रोफोबिक) पूँछ (तैल/ग्रीस को आकर्षित करता है)।
जल-विरागी पूँछ गंदगी से जुड़ जाती है और जल-रागी सिरा पानी से। इससे माइसिल बनते हैं और गंदगी बह जाती है।
साबुन कठोर जल में झाग क्यों नहीं देता? कठोर जल में उपस्थित Ca²⁺Mg²⁺ आयन साबुन के साथ अघुलनशील अवक्षेप ( scam ) बनाते हैं।
अपमार्जक (Detergents): लंबी शृंखला वाले कार्बोक्सिलिक अम्लों के अमोनियम或 सल्फोनेट लवण। ये कठोर जल में झाग देते हैं।

त्वरित संशोधन: महत्वपूर्ण अभिक्रियाएँ

दहन: CₓHᵧ + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + (y/2)H₂O
एस्टरीकरण: अम्ल + ऐल्कोहॉल → एस्टर + जल
साबुनीकरण: एस्टर + NaOH → साबुन + ऐल्कोहॉल

Class 10 Science – Chapter 4