2 सामान्यीकरण और पूर्वानुमान लिए मानसिक मॉडलों का प्रयोग क्रियात्मक न होकर प्रतिस्थायी होना चाहिए।
कार्बन के रसायनिक गुणों में से एक है कि असंख्य यौगिक। यदि हमें व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक यौगिक के बारे में जानने हो तो विभिन्न यौगिकों की भारी संख्या के कारण अध्ययन बहुत कठिन होगा। सौभाग्य से, सामान्य ढाँचागत विशेषताओं और सामान्य रासायनिक गुणधर्मों को साझा करने वाले समूहों में यौगिकों को व्यवस्थित करना संभव है। इनमें से सबसे सरलतम उदाहरण एल्केन हैं, जिन्हें CnH2n+2 के सामान्य सूत्र द्वारा निरूपित किया जा सकता है। जब हम सामान्य विशेषताओं को पहचान जाएँ, तो हम पूर्वानुमान लगाना शुरू कर सकते हैं कि किसी विशेष परिवार में यौगिक किस प्रकार व्यवहार करेंगे जिसका आधार परिवार के एक या दो सदस्यों के व्यवहार के बारे में जैसे अणु के द्रव्यमान के अंतर के प्रभाव के बारे में जानकारी होगी।
कार्बन यौगिकों के सामान्यीकरण और उनके बारे में पूर्वानुमान लगाने के लिए, आपके विद्यार्थी सजातीय श्रृंखला और क्रियात्मक समूहों की अवधारणाओं को लागू करना सीखेंगे।
उनके द्वारा निर्मित किया जाने वाला प्रथम मानसिक मॉडल होगा कि सजातीय श्रृंखला का प्रत्येक सदस्य एक ही सामान्य आणविक सूत्र को साझा करता हो। जैसे कि ऐल्केनों के लिए CnH2n+2 या ऐल्कीनों के लिए CnH2n. इन श्रृंखलाओं में से प्रत्येक के लिए, अणु में एक –CH2 इकाई जोड़ने से श्रृंखला का दूसरा अणु उत्पन्न होगा।
आपके विद्यार्थियों को जिस अगले मानसिक मॉडल की जरूरत होगी, वह है कि आप एक क्लोरीन या ब्रोमीन परमाणु क्रियात्मक/प्रतिस्थायी कहलाने वाले कार्बन परमाणु से जुड़े हाइड्रोजन परमाणुओं में से किसी एक को, या पाठ्यपुस्तक में दिये गये क्रियात्मक समूहों वाली सारणी में दर्शाए गए अन्य समूहों में से किसी एक को प्रतिस्थापित करें। नए यौगिक के रासायनिक गुणधर्म इस पर निर्भर करेंगे कि हाइड्रोजन परमाणु को प्रतिस्थापित करने के लिए आप किस क्रियात्मक समूह का उपयोग करेंगे।
इन दो मॉडलों का संयोजन आपके विद्यार्थियों को ऐल्कोहॉल, कार्बोक्सिलिक अम्ल या अन्य रासायनिक परिवारों की सजातीय श्रृंखला का निर्माण करने की अनुमति देता है, जैसा कि क्रियात्मक समूहों वाली सारणी में दर्शाया गया है। सजातीय श्रृंखला में प्रत्येक यौगिक के रासायनिक गुणधर्म श्रृंखला के सभी अन्य यौगिकों के समान होंगे।
ये विद्यार्थियों को समझने के लिए कठिन अवधारणाएँ हो सकती हैं, इसलिए प्रत्येक पाठ में नई जानकारी की छोटी मात्रा के साथ, छोटे ‘भागों’ में सामग्री का परिचय करवाने का प्रयास करना उपयोगी होगा, जिससे विद्यार्थियों को जानकारी संसाधित करने और पैटर्न समझने के लिए पर्याप्त समय मिले।
केस स्टडी 2: चित्रों और मानसिक मॉडलों के माध्यम से सजातीय श्रृंखला का शिक्षण करना
श्री बलसारा ने सजातीय श्रृंखला के बारे में पढ़ाने के लिए चित्र और मानसिक मॉडलों का इस्तेमाल किया।
मैंने सजातीय श्रृंखला के विचार से अपने विद्यार्थियों का ‘कनेक्शन पहचानें’ खेल के माध्यम से परिचय करवाने का निर्णय लिया। मैंने सबसे अपनी पाठ्यपुस्तक को बंद करने के लिए कहा और ब्लैकबोर्ड पर मीथेन, ईथेन और प्रोपेन के लिए आणविक सूत्र लिखते हुए शुरूआत की–
CH4 C2H6 C3H8
मैंने अपने विद्यार्थियों से कहा, ‘इसी क्रम में अगले दो अणुओं का पूर्वानुमान लगाएँ और बताएँ कि आपने किस प्रकार उसकी गणना की।’
उन्होंने मुझे बताया कि अगले दो अणुओं C4H10 तथा C5H12 हो सकते हैं, और प्रत्येक में आपको एक C तथा दो H जोड़ने होंगे।
फिर मैंने पूछा, ‘गणना करें कि यदि मैंने C10 से शुरूआत की, तो उत्तर क्या होगा? और बताएँ कि यह उत्तर उन्हें कैसे प्राप्त हुआ?’ मैंने किसी एक का उत्तर चुनने से पहले, उन्हें उत्तर पर जोड़ी में चर्चा करने के लिए कहा।
रवि ने मुझे बताया कि उत्तर C10H22 होना चाहिए, और मेरे विद्यार्थियों में से एक ने कहा कि C के लिए आपके पास जो भी संख्या हो, उसे दुगुना करना होगा और 2 जोड़ना होगा ताकि आपको H की संख्या प्राप्त हो सके। मैंने इसे CnH2n+2 के रूप में लिखा, फिर उनसे कहा कि यह उस परिवार का सामान्य सूत्र है इसे ऐल्केनों के नाम से जाना जाता है। इस प्रकार के परिवार को भी सजातीय श्रृंखला कहा जाता है।
मैंने अपने विद्यार्थियों से यह भी चाहा कि उन्होंने इन दो श्रृंखलाओं में अणुओं के संरचनात्मक चित्रों पर अभी जो चर्चा की थी उसे सुनाएँ, क्योंकि उन्हें एक ही अणु का निरूपण करने के दोनों तरीकों को पहचानने की आवश्यकता होगी।
मैंने CH4 और C2H6 के लिए संरचनात्मक चित्र प्रदान किए और सबसे C4H10 तथा C5H12 के चित्र बनाने को कहा। चूँकि सजातीय श्रृंखला के नियमों को वे पहले ही समझ चुके थे, इसलिए प्रत्येक कोई आसानी से इसमें सफल रहे।
मैंने सुझाव दिया कि अगली बार जब वे इंटरनेट कैफ़े जाएँ तो वे कार्बन अणुओं के कुछ चित्रों का पता लगाएँ जिससे वे उनको निरूपित करने के विभिन्न तरीक़ों को देख सकें।
गतिविधि 2: क्रियात्मक समूहों के साथ मॉडलों का विस्तार करना
यह गतिविधि आपको अपनी योजना विकसित करने और कक्षा में पढ़ाने में मदद करेगी।
कक्षा X की पाठ्यपुस्तक में क्रियात्मक समूहों की सूची को देखें। यह एक प्रोपेन अणु से एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए क्रियात्मक समूह द्वारा प्रतिस्थापन प्रभाव को दर्शाता है।
- यदि आपको ऐल्कीन की सजातीय श्रृंखला को पढ़ाने के लिए केस स्टडी 1 का उपयोग करना हो, तो आपके द्वारा संरचनात्मक चित्रों का उपयोग शुरू करने के प्रमुख आवश्यकता क्या होगी? आपको कैसे पता चलेगा कि आपके विद्यार्थियों के पास इस श्रृंखला के लिए सही धातु मॉडल मौजूद हैं या नहीं?
- सारणी के सभी उदाहरणों में संशोधित किए जाने वाले शुरूआती संरचना के रूप में प्रोपेन का उपयोग क्यों सहायक है?
- विभिन्न क्रियात्मक समूहों के लिए सजातीय श्रृंखला से अपने विद्यार्थियों को परिचित करवाने में सहायक एक और तरीक़ा कार्ड का पैकेट उपलब्ध करवाना है, जिसमें से प्रत्येक पर आणविक संरचना का अलग चित्र बनाया गया हो, तथा विद्यार्थियों से यथासंभव शीघ्र उन्हें अलग सजातीय श्रृंखलाओं में छाँटने के लिए कहना है। यदि आप ऐल्कोहॉल, ऐल्डिहाइड, कीटोन और कार्बोक्सिलिक एसिड को पहचानने पर काम करना चाहते हैं, तो आपको इन क्रियात्मक समूहों में से प्रत्येक के लिए अलग श्रृंखला लंबाई वाले उदाहरणों को शामिल करना होगा। निम्नलिखित को अलग से पहचानने के लिए आप अपने विद्यार्थियों के पास किस मानसिक मॉडल की मौजूदगी की उम्मीद करते हैं:
- कार्बोक्सिलिक एसिड से ऐल्कोहॉल?
- कीटोन से ऐल्डिहाइड?
- काबोर्क्सिलिक एसिड से ऐल्डिहाइड?
अधिक जानकारी के लिए संसाधन 1, ‘पाठों की योजना बनाना’ पढ़ें।
1 कार्बन यौगिकों का प्रतिनिधित्व करने के लिए विभिन्न प्रकार के मॉडलों का उपयोग करना