परमाणु कार्बन

परमाणु कार्बन, व्यवस्थित रूप से नामित कार्बन और λ0-मीथेन, जिसे मोनोकार्बन भी कहा जाता है, रासायनिक सूत्र C के साथ एक रंगहीन गैसीय अकार्बनिक रसायन है (जिसे [C] भी लिखा जाता है)। यह परिवेश के तापमान और दबाव पर गतिज रूप से अस्थिर है, जिसे ऑटोपॉलीमराइजेशन के माध्यम से पृथक किया जा रहा है।

परमाणु कार्बन कार्बन का सबसे सरल रूप है, और कार्बन समूहों का जनक भी है। इसके अतिरिक्त, इसे ग्रेफाइट और हीरे जैसे सभी (संघनित) कार्बन आवंटन का मोनोमर माना जा सकता है।

नामकरण
तुच्छ नाम मोनोकार्बन सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला और प्रिय IUPAC नाम है। व्यवस्थित नाम कार्बन, एक मान्य IUPAC नाम, संरचनागत नामकरण के अनुसार बनाया गया है। चूंकि, एक रचनात्मक नाम के रूप में, यह शुद्ध कार्बन के विभिन्न रूपों के बीच अंतर नहीं करता है। व्यवस्थित नाम λ0-मीथेन, वैध आईयूपीएसी नाम भी, प्रतिस्थापन नामकरण के अनुसार बनाया गया है। मोनोकार्बन के साथ, यह नाम टाइटैनिक यौगिक को अलग करता है क्योंकि वे अणु के बारे में संरचनात्मक जानकारी का उपयोग करके प्राप्त करते हैं। इसकी संरचना को बेहतर ढंग से प्रतिबिंबित करने के लिए, मुक्त परमाणु कार्बन को अक्सर [सी] के रूप में लिखा जाता है।

परमाणु कार्बन द्वारा λ2-मिथाइलियम  के लाभ से उत्पन्न आयन है।

उभयचरता
एक लुईस एसिड और बेस परमाणु कार्बन की एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी के साथ जुड़ सकते हैं, और एक लुईस बेस का एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी परमाणु कार्बन के साथ जुड़ सकता है:
 * : [C] + M → [MC]
 * [सी] +: एल → [सीएल]

इस दान या एक जोड़े गए इलेक्ट्रॉन जोड़े की स्वीकृति के कारण, परमाणु कार्बन में लुईस एम्फोटेरिक करेक्टर होता है। परमाणु कार्बन में लुईस एसिड को दो इलेक्ट्रॉन जोड़े तक दान करने की क्षमता है, या लुईस बेस से दो जोड़े तक स्वीकार करने की क्षमता है।

एक प्रोटॉन परमाणु कार्बन के साथ प्रोटोनेशन द्वारा जुड़ सकता है:
 * सी + →

प्रोटॉन के इस कब्जे के कारण, परमाणु कार्बन और इसके लुईस क्षारों के जोड़, जैसे पानी, में ब्रोंस्टेड-लोरी मूल चरित्र भी होता है। परमाणु कार्बन का संयुग्म अम्ल. होता है2-मिथाइलियम.
 * + सी  +

चूंकि, कार्बन केंद्र और. के जलयोजन के कारण योजकों के जलीय घोल अस्थिर होते हैं-मिथाइलियम समूह λ2 का उत्पादन करने के लिए-मेथनॉल (CHOH)2 या-मीथेन 2, या हाइड्रोक्सीमेथिलियम समूह, क्रमशः।
 * + C → CHOH

λ2 - एडिक्ट्स में मेथनॉल समूह formaldehyde बनाने के लिए संभावित रूप से आइसोमेरिज़ कर सकता है, या मिथेनडियोल बनाने के लिए आगे हाइड्रेटेड हो सकता है। व्यसनों में हाइड्रॉक्सीमेथिलियम समूह संभावित रूप से डायहाइड्रोक्सीमेथिलियम बनाने के लिए और अधिक हाइड्रेटेड हो सकता है, या फॉर्मिलियम बनाने के लिए पानी से ऑक्सीकृत हो जाते हैं.

विद्युत चुम्बकीय गुण
परमाणु कार्बन में इलेक्ट्रॉनों को परमाणु कक्षाओं के बीच औफबौ सिद्धांत के अनुसार अद्वितीय क्वांटम स्थितिों का उत्पादन करने के लिए, इसी ऊर्जा स्तरों के साथ वितरित किया जाता है। सबसे कम ऊर्जा स्तर वाली स्थिति, या जमीनी अवस्था, एक त्रिगुणात्मक स्थिति है (3P0), बारीकी से पीछा किया 3P1 तथा 3P2. अगले दो उत्साहित स्थितियों में जो ऊर्जा में अपेक्षाकृत निकटतम हैं एक सिंगलेट हैं (1D2) और सिंगलेट डायराडिकल (1S0) परमाणु कार्बन की गैर-कट्टरपंथी अवस्था को व्यवस्थित रूप से λ. नाम दिया गया है2-मेथिलिडीन, और दैहिक अवस्था जिसमें जमीनी अवस्था सम्मलित है, को कार्बन(2•) या λ2 कहा जाता है।-मेथेनेडियल। ऊपर>1D2 तथा 1S0 स्थिति में झूठ 121.9 kJ mol−1 और 259.0 kJ mol−1 क्रमशः जमीनी अवस्था से ऊपर। स्पिन फ़्लिपिंग और या इलेक्ट्रॉन युग्मन की आवश्यकता के कारण इन तीन स्थितियों के बीच संक्रमण औपचारिक रूप से होने से मना कर दिया गया है। इसका अर्थ है कि परमाणु कार्बन फॉस्फोरस विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के निकट-अवरक्त क्षेत्र में 981.1 एनएम पर होता है। यह पराबैंगनी विकिरण द्वारा उत्तेजना पर क्रमशः 873.0 एनएम और 461.9 एनएम पर नीले क्षेत्र में अवरक्त और फॉस्फोरस में प्रतिदीप्त कर सकता है।

परमाणु कार्बन की विभिन्न अवस्थाएँ भिन्न-भिन्न रासायनिक व्यवहार प्रदर्शित करती हैं। उदाहरण के लिए, गैर-कट्टरपंथी प्रजातियों के साथ ट्रिपल रेडिकल की प्रतिक्रियाओं में सामान्यतः अमूर्तता सम्मलित होती है, जबकि सिंगलेट नॉन-रेडिकल की प्रतिक्रियाओं में न केवल अमूर्तता सम्मलित होती है, इसके अतिरिक्त सम्मिलन द्वारा जोड़ भी सम्मलित होता है।
 * [C]2•(3P0) + → [CHOH] → [CH] + [HO]
 * [C](1D2) + → [CHOH] → CO +  या

उत्पादन
फिल शेवलिन द्वारा विकसित संश्लेषण की एक विधि ने क्षेत्र में प्रमुख कार्य किया है। दो आसन्न कार्बन छड़ों के माध्यम से एक बड़ी धारा को पारित करके, एक विद्युत चाप उत्पन्न करना है। जिस तरह से इस प्रजाति को बनाया गया है, वह फुलरीन C60 फुलरीन60 के निर्माण से निकटता से संबंधित है मुख्य अंतर यह है कि परमाणु कार्बन निर्माण में बहुत कम वैक्यूम का उपयोग किया जाता है।

डाइनाइट्रोजन के 3 समकक्षों के बाहर निकालने पर 5-डायज़ोटेट्राज़ोल के थर्मोलिसिस में परमाणु कार्बन उत्पन्न होता है:

CN6 → :C: + 3N2 टैंटलम कार्बाइड के ऊष्मीय अपघटन के आधार पर परमाणु कार्बन का एक स्वच्छ स्रोत प्राप्त किया जा सकता है। विकसित स्रोत में, कार्बन को एक पतली दीवार वाली टैंटलम ट्यूब में लोड किया जाता है। सील होने के बाद, इसे प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह द्वारा गर्म किया जाता है। सॉल्वेटेड कार्बन परमाणु ट्यूब की बाहरी सतह पर फैल जाते हैं और जब तापमान बढ़ता है, तो टैंटलम ट्यूब की सतह से परमाणु कार्बन का वाष्पीकरण देखा जाता है। स्रोत बिना किसी अतिरिक्त प्रजाति की उपस्थिति के विशुद्ध रूप से कार्बन परमाणु प्रदान करता है।

कार्बन सबऑक्साइड डीकार्बोनाइलेशन
कार्बन सबऑक्साइड डीकार्बोनाइलेशन द्वारा परमाणु कार्बन का उत्पादन किया जा सकता है। इस प्रक्रिया में, कार्बन सबऑक्साइड समीकरण के अनुसार परमाणु कार्बन और कार्बन मोनोआक्साइड का उत्पादन करने के लिए विघटित होता है:
 * → 2 CO + [C]

इस प्रक्रिया में एक मध्यवर्ती के रूप में डाइकार्बन मोनोऑक्साइड सम्मलित है, और यह दो चरणों में होता है। दोनों डीकार्बोनाइलेशन के लिए फोटोलाइटिक दूर पराबैंगनी विकिरण की आवश्यकता होती है।
 * 1) → [सीसीओ] + सीओ
 * 2) [सीसीओ] → सीओ + [सी]

उपयोग
सामान्यतः, परमाणु कार्बन का एक नमूना थर्मोडायनामिक संतुलन में जमीनी अवस्था के अतिरिक्त उत्तेजित अवस्थाओं के मिश्रण के रूप में सम्मलित होता है। प्रत्येक स्थिति प्रतिक्रिया तंत्र में अलग-अलग योगदान देता है जो हो सकता है। कौन सा स्थिति सम्मलित है, यह निर्धारित करने के लिए उपयोगकिया जाने वाला एक साधारण परीक्षणओं के साथ ट्रिपलेट स्थिति की नैदानिक ​​​​प्रतिक्रिया का उपयोग करना है, यदि प्रतिक्रिया उपज अपरिवर्तित है तो यह इंगित करता है कि एकल अवस्था सम्मलित है। तिरछी जमीनी अवस्था सामान्यतः अमूर्त प्रतिक्रियाओं से गुजरती है। कार्बोनिल समूहों से ऑक्सीजन परमाणुओं के अमूर्तन द्वारा वास्तविक कार्बेनेस उत्पन्न करने के लिए परमाणु कार्बन का उपयोग किया गया है:


 * R2C = O +: C: → R2C: + CO

इस तरह से बनने वाले कार्बेन सच्चे कार्बेनिक व्यवहार को प्रदर्शित करेंगे। डायज़ो यौगिकों जैसे अन्य विधियों से तैयार कार्बेन, कार्बाइन के अतिरिक्त कार्बाइन (जो कार्बाइन व्यवहार की नकल करते हैं) बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले डायज़ो यौगिक के लिए बेहतर गुणों को प्रदर्शित कर सकते हैं। यह वास्तविक कार्बाइन व्यवहार परिप्रेक्ष्य की यंत्रवत समझ से महत्वपूर्ण है।

प्रतिक्रियाएं
चूंकि परमाणु कार्बन एक इलेक्ट्रॉन की कमी वाली प्रजाति है, यह अपने शुद्ध रूप में स्वतः ही स्वत: पॉलीमराइज़ हो जाता है, या लुईस एसिड या बेस के साथ उपचार पर एक जोड़ में परिवर्तित हो जाता है। परमाणु कार्बन का ऑक्सीकरण कार्बन मोनोऑक्साइड देता है, जबकि कमी होने पर मीथेन2 देता है।

ऑक्सीजन सहित गैर-धातुएं, परमाणु कार्बन पर जोरदार हमला करती हैं, जिससे द्विसंयोजक कार्बन यौगिक बनते हैं:
 * 2 [C] + → 2 CO

परमाणु कार्बन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होता है, अधिकांश प्रतिक्रियाएँ बहुत ऊष्माक्षेपी होती हैं। वे सामान्यतः तरल नाइट्रोजन तापमान (77 K) पर गैस चरण में किए जाते हैं। कार्बनिक यौगिकों के साथ विशिष्ट प्रतिक्रियाओं में सम्मलित हैं:
 * कार्बाइन बनाने के लिए अल्केन्स में C-H बॉन्ड में प्रवेश करना
 * कीटोन्स और एल्डीहाइड्स में कार्बोक्सिल समूहों का डीऑक्सीजनेशन एक कार्बाइन बनाने के लिए, 2-ब्यूटेनोन 2-ब्यूटेनलिडीन बनाता है।
 * साइक्लोप्रोपाइलिडीन बनाने के लिए कार्बन-कार्बन डबल बॉन्ड में सम्मिलन जो रिंग-ओपनिंग से गुजरता है, एक साधारण उदाहरण एक क्यूम्यलीन बनाने के लिए एक एल्केन में सम्मिलन है।

ओ-एच बॉन्ड में पानी डालने से कार्बाइन, एच-सी-ओएच बनता है जो फॉर्मलाडेहाइड, एचसीएचओ को पुनर्व्यवस्थित करता है।