परमाणु कार्बन

परमाणु कार्बन, व्यवस्थित रूप से कार्बन और λ0-मीथेन, जिसे मोनोकार्बन भी कहा जाता है, इसे रासायनिक सूत्र C से प्रदर्शित किया जाता हौ और यह एक रंगहीन गैसीय अकार्बनिक रसायन है। यह साधारण रूप से तापमान और दबाव के अंतर्गत गतिज रूप से अस्थिर होता है, इसे ऑटोपॉलीमराइजेशन के माध्यम से पृथक किया जाता है।

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

नामकरण
संक्षिप्त नाम मोनोकार्बन सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला परमाणु है और इसका मानक IUPAC नाम भी है। इसका व्यवस्थित नाम कार्बन होने के साथ एक मान्य IUPAC नाम जिसे संरचनागत नामकरण के अनुसार बनाया गया है। चूंकि, रचनात्मक नाम होने के कारण शुद्ध कार्बन के विभिन्न रूपों के बीच अंतर नहीं किया जा सकता है। इसके व्यवस्थित नाम λ0-मीथेन को वैध आईयूपीएसी नाम के कारण प्रतिस्थापन नामकरण के अनुसार बनाया गया है। मोनोकार्बन के साथ इस परमाणु के नाम को टाइटैनिक यौगिक से पृथक किया जाता है क्योंकि इन अणुओं के बारे में संरचनात्मक जानकारी का उपयोग करके इसे प्राप्त किया जाता हैं। इसकी संरचना को और अच्छी तरह से प्रतिबिंबित करने के लिए, मुक्त परमाणु कार्बन को अधिकांशतः [C] के रूप में लिखा जाता है।

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

उभयचरता
लुईस एसिड और बेस परमाणु कार्बन को इलेक्ट्रॉन की जोड़ी के साथ जोड़ा जा सकता हैं, और एक लुईस बेस के इन इलेक्ट्रॉनों को जोड़ी परमाणु कार्बन के साथ जोड़ सकते है:
 * : [C] + M → [MC]
 * [C] + :L → [CL]

इस प्रकार जोड़े गए इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी की स्वीकृति के कारण, परमाणु कार्बन में लुईस एम्फोटेरिक करेक्टर होता है। परमाणु कार्बन में लुईस एसिड को दो इलेक्ट्रॉनों द्वारा जोड़ने के साथ इसमें दान करने की क्षमता होती है, या लुईस बेस से दो जोड़े तक स्वीकार करने की क्षमता होती है।

प्रोटॉन परमाणु कार्बन के साथ प्रोटॉनीकरण करके जोड़ा जा सकता है:
 * C + →

प्रोटॉन के कारण, परमाणु कार्बन और इसके लुईस क्षारों की जोड़ी के कारण इसका पानी, में ब्रोंस्टेड-लोरी मूल चरित्र भी होता है। परमाणु कार्बन का संयुग्म अम्ल मिथाइलियम 2-. होता है
 * + C  +

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 अद्वितीय ऊर्जा स्तरों के साथ अद्वितीय क्वांटम राज्यों का उत्पादन करने के लिए आफबाऊ सिद्धांत के अनुसार परमाणु कक्षाओं के बीच वितरित किया जाता है। सबसे कम ऊर्जा स्तर, या जमीनी अवस्था वाली स्थिति में एक ट्रिपलेट डायरैडिकल स्टेट(3P0) है, जिसके बाद 3P1 और 3P2 हैं। अगले दो उत्साहित स्थिति में जो ऊर्जा में अपेक्षाकृत निकट होती हैं, एक सिंगलेट (1D2) और सिंगलेट डायरैडिकल (1S0) हैं। परमाणु कार्बन की गैर-कट्टरपंथी स्थिति को व्यवस्थित रूप से λ2-मिथाइलिडीन नाम दिया गया है, और मूलभूत अवस्थाओं को सम्मलित करने वाले डायरेडिकल स्थितियों को कार्बन (2•) या λ2-मेथेनेडियल नाम दिया गया है। D2 और 1S0 स्थिति क्रमशः 121.9 kJ mol−1 और 259.0 kJ mol−1 जमीनी अवस्था से ऊपर हैं। स्पिन फ्लिपिंग और या इलेक्ट्रॉन जोड़ी की आवश्यकता के कारण इन तीन स्थितियों के बीच संक्रमण औपचारिक रूप से होने से मना कर दिया गया है। इसका अर्थ यह है कि परमाणु कार्बन 981.1 एनएम पर विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के निकट-अवरक्त क्षेत्र में स्फुरित होता है। यह पराबैंगनी विकिरण द्वारा उत्तेजन पर क्रमश: 873.0 एनएम और 461.9 एनएम पर नीले क्षेत्र में अवरक्त और फॉस्फोरस में भी प्रतिदीप्त हो 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) → [CCO] + CO
 * 2) [CCO] → CO + [C]

उपयोग
सामान्यतः, परमाणु कार्बन का 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 बंध 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 बंध में सम्मिलन जो रिंग-ओपनिंग से गुजरता है, एक साधारण उदाहरण एक क्यूम्यलीन बनाने के लिए एल्केन में सम्मिलत है।

O-H बंध में पानी डालने से कार्बाइन, H-CO-H बनता है जो फॉर्मलाडेहाइड, HCHO को पुनर्व्यवस्थित करता है।