मीथेन के क्लोरीन के साथ प्रतिस्थापन अभिक्रिया (substitution reaction) करने के लिए कौन सी स्थिति आवश्यक है?

Question

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The correct answer is D: सूर्य का प्रकाश. मीथेन, क्लोरीन के साथ मुक्त-मूलक प्रतिस्थापन अभिक्रिया (free-radical substitution reaction) केवल सूर्य के प्रकाश या पराबैंगनी (UV) विकिरण की उपस्थिति में ही करता है। यह ऊर्जा क्लोरीन अणु को अत्यधिक प्रतिक्रियाशील मुक्त मूलकों (free radicals) में तोड़ने के लिए आवश्यक है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
मीथेन, क्लोरीन के साथ मुक्त-मूलक प्रतिस्थापन अभिक्रिया (free-radical substitution reaction) केवल सूर्य के प्रकाश या पराबैंगनी (UV) विकिरण की उपस्थिति में ही करता है। यह ऊर्जा क्लोरीन अणु को अत्यधिक प्रतिक्रियाशील मुक्त मूलकों (free radicals) में तोड़ने के लिए आवश्यक है।

Working Principle: यह अभिक्रिया तीन चरणों वाली मुक्त-मूलक क्रियाविधि के माध्यम से आगे बढ़ती है: प्रारंभन (Initiation), संचरण (Propagation), और समापन (Termination)। सूर्य का प्रकाश $Cl_{2}$ के दो $Cl^{\cdot}$ मुक्त मूलकों में समविभाजन (homolytic fission) के लिए ऊर्जा प्रदान करता है। ये मूलक फिर $CH_{4}$ पर हमला करके एक मिथाइल मूलक ($CH_{3}^{\cdot}$) बनाते हैं, जो बाद में $CH_{2}$ के साथ अभिक्रिया करके $CH_{3}Cl$ देता है और क्लोरीन मूलक को पुनः उत्पन्न करता है।

Key Formulas: $CH_{4} + Cl_{2} \xrightarrow{h
u} CH_{3}Cl + HCl$ — मीथेन के क्लोरीनीकरण के लिए समग्र रासायनिक समीकरण।; $Cl_{2} \xrightarrow{h
u} 2Cl^{\cdot}$ — फोटोन ($h
u$) द्वारा शुरू किया गया समविभाजन चरण।

Key Points: यह अभिक्रिया एक प्रकाश-रासायनिक (photochemical) प्रक्रिया है।; यह एक मुक्त-मूलक प्रतिस्थापन अभिक्रिया है।; यदि अतिरिक्त क्लोरीन का उपयोग किया जाता है, तो अभिक्रिया आगे बढ़कर $CH_{2}Cl_{2}$, $CHCl_{3}$, और $CCl_{4}$ बनाती है।; यह अंधेरे में नहीं होती क्योंकि $Cl-Cl$ बंधन को तोड़ने के लिए अपर्याप्त ऊर्जा होती है।

Advantages: क्लोरोमेथेन के उत्पादन के लिए औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है।; अक्रिय एल्केन्स को क्रियात्मक कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित करने में सहायता करता है।

Disadvantages: चयनात्मकता की कमी (अक्सर उत्पादों का मिश्रण प्राप्त होता है)।; प्रतिस्थापन की सीमा को नियंत्रित करना कठिन है।

Applications: विलायक के रूप में उपयोग किए जाने वाले डाइक्लोरोमेथेन ($CH_{2}Cl_{2}$) का उत्पादन।; क्लोरोफॉर्म ($CHCl_{3}$) और कार्बन टेट्राक्लोराइड ($CCl_{4}$) का संश्लेषण।

Additional Info: $h
u$ शब्द एक फोटोन की ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है, जहाँ $h$ प्लैंक स्थिरांक है और $
u$ प्रकाश की आवृत्ति है।. विकल्प B (ऊष्मा) अलग-अलग अभिक्रिया पथों (जैसे क्रैकिंग) की ओर ले जा सकता है और यह मुक्त-मूलक हैलोजनीकरण प्रारंभ करने की विशिष्ट स्थिति नहीं है।

Answer: D सही है — सूर्य का प्रकाश (पराबैंगनी विकिरण) क्लोरीन अणुओं को प्रतिक्रियाशील मुक्त मूलकों में तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है।

Exam Tip: कार्बनिक रसायन विज्ञान में, एल्केन हैलोजनीकरण के दौरान हमेशा प्रकाश-रासायनिक प्रतीकों ($h
u$ या UV प्रकाश) की तलाश करें; यह मुक्त-मूलक तंत्र को आयनिक तंत्र से अलग करता है।

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Option A: अम्लीय माध्यम

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Option B: ऊष्मा

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Option C: विद्युत धारा

Correct Answer

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