1. Introduction to Hydrocarbons

Hydrocarbons are the simplest type of organic compounds, made of only two elements – Carbon (C) and Hydrogen (H). They form the basic skeleton of many other organic compounds. For Class 11 Chemistry, they are very important because most organic reactions are studied using hydrocarbons as examples.

Step-wise Notes (English)

1. Definition: Hydrocarbons are organic compounds consisting only of carbon and hydrogen atoms.
2. Importance: They form the foundation of organic chemistry and are used as fuels (petrol, LPG, CNG, etc.).
3. Sources: Mainly obtained from petroleum, natural gas, and coal.
4. General Types: Hydrocarbons are broadly classified into 3 categories –
   • Saturated (Alkanes)
   • Unsaturated (Alkenes & Alkynes)
   • Aromatic (Benzene & derivatives)
5. Applications: Hydrocarbons are used as fuel, solvents, and raw material for drugs, plastics, and paints.

चरणबद्ध नोट्स (हिंदी)

1. परिभाषा: हाइड्रोकार्बन वे कार्बनिक यौगिक हैं जो केवल कार्बन और हाइड्रोजन परमाणुओं से बने होते हैं।
2. महत्व: ये कार्बनिक रसायन विज्ञान की नींव हैं और ईंधन (पेट्रोल, एलपीजी, सीएनजी आदि) के रूप में प्रयुक्त होते हैं।
3. स्रोत: मुख्य रूप से पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस और कोयले से प्राप्त होते हैं।
4. मुख्य प्रकार: हाइड्रोकार्बन 3 श्रेणियों में बाँटे जाते हैं –
   • संतृप्त (ऐल्केन्स)
   • असंतृप्त (ऐल्कीन्स और ऐल्काइन्स)
   • सुगन्धित (बेंजीन और इसके व्युत्पन्न)
5. उपयोग: ईंधन, विलायक तथा औषधि, प्लास्टिक और रंग बनाने में हाइड्रोकार्बन का उपयोग होता है।

Example:

English: Methane (CH₄) is the simplest hydrocarbon – a major component of natural gas.

हिंदी: मीथेन (CH₄) सबसे सरल हाइड्रोकार्बन है – यह प्राकृतिक गैस का मुख्य घटक है।

2. Classification of Hydrocarbons

Hydrocarbons are classified into three main categories on the basis of the type of carbon–carbon bonds present in them.

Step-wise Notes (English)

1. Saturated Hydrocarbons (Alkanes):
   • They contain only single bonds (C–C and C–H).
   • General formula: CₙH₂ₙ₊₂.
   • Example: Methane (CH₄), Ethane (C₂H₆).
   • They are also called paraffins (less reactive).
2. Unsaturated Hydrocarbons:
   • Alkenes: Contain at least one double bond (C=C). General formula: CₙH₂ₙ. Example: Ethene (CH₂=CH₂).
   • Alkynes: Contain at least one triple bond (C≡C). General formula: CₙH₂ₙ₋₂. Example: Ethyne (HC≡CH).
3. Aromatic Hydrocarbons:
   • Cyclic hydrocarbons containing delocalized π-electrons.
   • They follow Hückel’s rule (4n + 2 π electrons).
   • Example: Benzene (C₆H₆), Toluene (C₆H₅-CH₃).

चरणबद्ध नोट्स (हिंदी)

1. संतृप्त हाइड्रोकार्बन (ऐल्केन्स):
   • इनमें केवल एकल बंध (C–C और C–H) होते हैं।
   • सामान्य सूत्र: CₙH₂ₙ₊₂।
   • उदाहरण: मीथेन (CH₄), एथेन (C₂H₆)।
   • इन्हें पैराफिन भी कहते हैं (कम अभिक्रियाशील)।
2. असंतृप्त हाइड्रोकार्बन:
   • ऐल्कीन्स: इनमें कम से कम एक द्वि-बंध (C=C) होता है। सामान्य सूत्र: CₙH₂ₙ। उदाहरण: एथीन (CH₂=CH₂)।
   • ऐल्काइन्स: इनमें कम से कम एक त्रि-बंध (C≡C) होता है। सामान्य सूत्र: CₙH₂ₙ₋₂। उदाहरण: एथाइन (HC≡CH)।
3. सुगन्धित हाइड्रोकार्बन:
   • चक्रीय हाइड्रोकार्बन जिनमें विस्थानीकृत π-इलेक्ट्रॉन होते हैं।
   • ये हुकल का नियम (4n + 2 π इलेक्ट्रॉन) का पालन करते हैं।
   • उदाहरण: बेंजीन (C₆H₆), टोलुईन (C₆H₅-CH₃)।

Example:

English: Methane (CH₄) → Alkane; Ethene (CH₂=CH₂) → Alkene; Ethyne (HC≡CH) → Alkyne; Benzene (C₆H₆) → Aromatic hydrocarbon.

हिंदी: मीथेन (CH₄) → ऐल्केन; एथीन (CH₂=CH₂) → ऐल्कीन; एथाइन (HC≡CH) → ऐल्काइन; बेंजीन (C₆H₆) → सुगन्धित हाइड्रोकार्बन।

3. Nomenclature of Hydrocarbons

Nomenclature means the systematic method of naming organic compounds. The IUPAC system (International Union of Pure and Applied Chemistry) is followed for naming hydrocarbons. It ensures that each compound has a unique and standard name.

Step-wise Notes (English)

1. Identify the Longest Chain: Find the longest continuous chain of carbon atoms. This is considered the “parent chain.” Example: In CH₃–CH₂–CH₃, the longest chain has 3 carbons → Parent name: Propane.
2. Number the Chain: Number the carbon atoms from the end nearer to a substituent or functional group, to give the lowest possible numbers.
3. Identify and Name Substituents: Groups attached to the main chain (like –CH₃, –C₂H₅) are called substituents. Examples: Methyl-, Ethyl-.
4. Combine Name: Prefix substituents with their numbers + parent chain. Example: CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH₃ → 2-Methylbutane.
5. For Double/Triple Bonds: Use suffix -ene (for alkenes) and -yne (for alkynes). Example: CH₂=CH₂ → Ethene; HC≡CH → Ethyne.

चरणबद्ध नोट्स (हिंदी)

1. सबसे लंबी श्रृंखला की पहचान करें: कार्बन परमाणुओं की सबसे लंबी सतत श्रृंखला को चुनते हैं। यही “मुख्य श्रृंखला” कहलाती है। उदाहरण: CH₃–CH₂–CH₃ → इसमें 3 कार्बन हैं → नाम होगा प्रोपेन।
2. श्रृंखला का क्रमांकन करें: कार्बन परमाणुओं को उस छोर से गिनें जहाँ से प्रतिस्थापक या विशेष बंध (C=C, C≡C) को सबसे छोटी संख्या मिले।
3. प्रतिस्थापकों की पहचान करें: मुख्य श्रृंखला से जुड़े समूह (जैसे –CH₃, –C₂H₅) प्रतिस्थापक कहलाते हैं। उदाहरण: मिथाइल, एथिल।
4. नाम को संयोजित करें: प्रतिस्थापकों के स्थानांक + नाम + मुख्य श्रृंखला को जोड़कर नाम लिखते हैं। उदाहरण: CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH₃ → 2-मेथिलब्यूटेन।
5. दोहरा/त्रिभुज बंध के लिए: द्वि-बंध वाले यौगिक का प्रत्यय -ene तथा त्रि-बंध वाले का प्रत्यय -yne लगाया जाता है। उदाहरण: CH₂=CH₂ → एथीन; HC≡CH → एथाइन।

Examples:

• English: CH₃–CH₂–CH₃ → Propane
  CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH₃ → 2-Methylbutane
• हिंदी: CH₃–CH₂–CH₃ → प्रोपेन
  CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH₃ → 2-मेथिलब्यूटेन
• English: CH₂=CH₂ → Ethene ; HC≡CH → Ethyne
• हिंदी: CH₂=CH₂ → एथीन ; HC≡CH → एथाइन

4. Chemical Properties of Hydrocarbons

Each type of hydrocarbon shows different chemical reactions depending on the type of bonds (single, double, triple, or aromatic). Let us study them step by step.

Step-wise Notes (English)

1. Alkanes (Saturated Hydrocarbons):
   • Combustion: Alkanes burn in oxygen to give CO₂ and H₂O with heat energy.
     CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + Heat
   • Halogenation: In presence of U.V light, alkanes react with halogens.
     CH₄ + Cl₂ →(UV)→ CH₃Cl + HCl
2. Alkenes (Unsaturated with Double Bond):
   • Addition Reaction: Alkenes readily add molecules across C=C.
     CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br (Decolorizes bromine water).
   • Markovnikov’s Rule: When HX (e.g., HCl) adds, hydrogen goes to carbon having more H.
     CH₂=CH–CH₃ + HCl → CH₃–CHCl–CH₃
3. Alkynes (Unsaturated with Triple Bond):
   • They also undergo addition reactions similar to alkenes.
   • Example: HC≡CH + 2Br₂ → CHBr₂–CHBr₂
4. Aromatic Hydrocarbons:
   • Undergo substitution instead of addition (to preserve aromaticity).
   • Example: Benzene + Cl₂ → (FeCl₃) → Chlorobenzene + HCl

चरणबद्ध नोट्स (हिंदी)

1. ऐल्केन्स (संतृप्त हाइड्रोकार्बन):
   • दहन (Combustion): ऐल्केन्स ऑक्सीजन में जलकर CO₂ और H₂O के साथ ऊष्मा देते हैं।
     CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + ऊष्मा
   • हैलोजनीकरण: UV प्रकाश में ऐल्केन्स हैलोजन से अभिक्रिया करते हैं।
     CH₄ + Cl₂ →(UV)→ CH₃Cl + HCl
2. ऐल्कीन्स (द्वि-बंध वाले हाइड्रोकार्बन):
   • योग अभिक्रिया: ऐल्कीन्स आसानी से अणुओं को जोड़ लेते हैं।
     CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br (ब्रॉमीन जल को बे-रंग करता है)।
   • मार्कोनीकॉफ़ का नियम: HX के योग में हाइड्रोजन उस कार्बन से जुड़ता है जिस पर पहले से अधिक हाइड्रोजन होते हैं।
     CH₂=CH–CH₃ + HCl → CH₃–CHCl–CH₃
3. ऐल्काइन्स (त्रि-बंध वाले हाइड्रोकार्बन):
   • ये भी योग अभिक्रिया करते हैं।
   • उदाहरण: HC≡CH + 2Br₂ → CHBr₂–CHBr₂
4. सुगंधित हाइड्रोकार्बन:
   • इनमें योग नहीं बल्कि प्रतिस्थापन होता है ताकि एरोमैटिक गुण नष्ट न हों।
   • उदाहरण: बेंजीन + Cl₂ →(FeCl₃)→ क्लोरोबेंजीन + HCl

Key Differences between Alkanes, Alkenes, and Alkynes

Property	Alkanes	Alkenes	Alkynes
Bond Type	Single (C–C)	Double (C=C)	Triple (C≡C)
Reactivity	Least Reactive	Reactive	Reactive
Main Reaction	Substitution, Combustion	Addition	Addition

हिंदी तालिका:

• ऐल्केन्स: एकल बंध, अभिक्रियाशीलता कम, मुख्य अभिक्रिया → प्रतिस्थापन, दहन।
• ऐल्कीन्स: द्वि-बंध, अधिक अभिक्रियाशील, मुख्य अभिक्रिया → योग।
• ऐल्काइन्स: त्रि-बंध, अधिक अभिक्रियाशील, मुख्य अभिक्रिया → योग।

Examples:

English: Methane → Substitution with Cl₂; Ethene → Addition with Br₂; Ethyne → Addition with Br₂; Benzene → Substitution (Cl₂/FeCl₃).

हिंदी: मीथेन → क्लोरीनीकरण; एथीन → ब्रॉमीन के साथ योग; एथाइन → ब्रॉमीन के साथ योग; बेंजीन → प्रतिस्थापन (Cl₂/FeCl₃)।

5. Summary / Quick Revision

This section gives a short overview of the whole chapter for last-minute revision.

Quick Notes (English)

• Definition: Hydrocarbons → Compounds made of Carbon (C) + Hydrogen (H).
• Sources: Petroleum, Coal, Natural Gas.
• Classification:
  • Alkanes: Saturated, single bonds, general formula CₙH₂ₙ₊₂.
  • Alkenes: Unsaturated, at least one double bond (C=C), formula CₙH₂ₙ.
  • Alkynes: Unsaturated, at least one triple bond (C≡C), formula CₙH₂ₙ₋₂.
  • Aromatic: Cyclic with delocalized π-electrons (Benzene rule: 4n+2).
• Nomenclature (IUPAC Rules): Longest chain → Numbering → Substituents → Combine name. Example: 2-Methylbutane.
• Chemical Properties:
  • Alkanes: Combustion, Halogenation.
  • Alkenes: Addition (Br₂ test), Markovnikov’s Rule.
  • Alkynes: Addition reactions.
  • Aromatic: Substitution (Electrophilic substitution).
• Uses: Fuels (CNG, LPG), Industrial raw materials, Plastics, Solvents, Pharmaceuticals.

त्वरित नोट्स (हिंदी)

• परिभाषा: हाइड्रोकार्बन → केवल कार्बन (C) और हाइड्रोजन (H) से बने यौगिक।
• स्रोत: पेट्रोलियम, कोयला, प्राकृतिक गैस।
• वर्गीकरण:
  • ऐल्केन्स: संतृप्त, केवल एकल बंध, सूत्र CₙH₂ₙ₊₂।
  • ऐल्कीन्स: असंतृप्त, कम से कम एक द्वि-बंध, सूत्र CₙH₂ₙ।
  • ऐल्काइन्स: असंतृप्त, कम से कम एक त्रि-बंध, सूत्र CₙH₂ₙ₋₂।
  • सुगन्धित: π-इलेक्ट्रॉन युक्त चक्रीय संरचना (हुकल नियम: 4n+2)।
• संरचनात्मक नियम (IUPAC): सबसे लंबी श्रृंखला → क्रमांकन → प्रतिस्थापक → पूरा नाम लिखना। उदाहरण: 2-मेथिलब्यूटेन।
• रासायनिक गुणधर्म:
  • ऐल्केन्स: दहन, हैलोजनीकरण।
  • ऐल्कीन्स: योग अभिक्रिया (ब्रॉमीन टेस्ट), मार्कोनीकॉफ़ नियम।
  • ऐल्काइन्स: योग अभिक्रियाएँ।
  • सुगंधित यौगिक: प्रतिस्थापन (विद्युतऋणात्मक प्रतिस्थापन अभिक्रिया)।
• उपयोग: ईंधन (CNG, LPG), औद्योगिक कच्चा माल, प्लास्टिक, विलायक, औषधियाँ।

Last Minute Tip:

English: Alkanes → Substitution ; Alkenes & Alkynes → Addition ; Aromatic → Substitution.

हिंदी: ऐल्केन्स → प्रतिस्थापन ; ऐल्कीन्स व ऐल्काइन्स → योग ; सुगन्धित → प्रतिस्थापन।