Carbon Compounds, Daily Life Chemistry, & Polymers
Complete SSC CGL Chemistry Guide: Concepts, Formulas, Reactions & Exam Tipsसंपूर्ण SSC CGL रसायन विज्ञान गाइड: अवधारणाएं, सूत्र, अभिक्रियाएं और परीक्षा टिप्स
Quick Overview
Carbon is the core element of organic chemistry and the absolute building block of life. This guide covers Carbon's unique properties, hydrocarbons, functional groups, everyday chemical processes (like soap preparation), and polymers (plastics and rubbers)—frequently targeted topics in the SSC CGL General Awareness section.
त्वरित अवलोकन
कार्बन कार्बनिक रसायन विज्ञान का मुख्य तत्व है और जीवन का पूर्ण आधार स्तंभ है। इस गाइड में कार्बन के अनूठे गुण, हाइड्रोकार्बन, क्रियात्मक समूह, दैनिक जीवन की रासायनिक प्रक्रियाएं (जैसे साबुन का निर्माण), और बहुलक (प्लास्टिक और रबर) शामिल हैं—जो SSC CGL सामान्य जागरूकता अनुभाग में अक्सर पूछे जाने वाले विषय हैं।
Learning Objectives
- Understand Carbon's tetravalency and catenation properties.
- Distinguish between Saturated and Unsaturated Hydrocarbons.
- Identify key polymers, their monomers, and real-world applications.
- Understand the chemistry of soaps, detergents, and common daily-use compounds.
सीखने के उद्देश्य
- कार्बन की चतुःसंयोजकता (tetravalency) और शृंखलन (catenation) गुणों को समझना।
- संतृप्त और असंतृप्त हाइड्रोकार्बन के बीच अंतर स्पष्ट करना।
- प्रमुख बहुलकों (polymers), उनके एकलकों (monomers) और वास्तविक जीवन में उनके अनुप्रयोगों की पहचान करना।
- साबुन, अपमार्जक (detergents) और दैनिक उपयोग के सामान्य यौगिकों के रसायन विज्ञान को समझना।
Concept Introduction: The Miracle of Carbon
Carbon is placed in Group 14 and Period 2 of the Periodic Table, with the atomic number $Z = 6$ and electronic configuration $1s^2 2s^2 2p^2$. Because it has 4 valence electrons, it cannot easily lose or gain 4 electrons due to energy constraints. Instead, it shares electrons with other elements to form covalent bonds.
अवधारणा परिचय: कार्बन का चमत्कार
आवर्त सारणी के समूह 14 और आवर्त 2 में स्थित कार्बन की परमाणु संख्या Z = 6 और इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s² 2s² 2p² है। इसके बाहरी कोश में 4 संयोजी इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए ऊर्जा संबंधी सीमाओं के कारण यह आसानी से 4 इलेक्ट्रॉनों को खो या प्राप्त नहीं कर सकता है। इसके बजाय, यह सहसंयोजक बंध बनाने के लिए अन्य तत्वों के साथ इलेक्ट्रॉनों को साझा करता है।
- Catenation: The self-linking ability of carbon atoms through covalent bonds to form long chains or rings.
- Tetravalency: Having four valence electrons, allowing it to bond with four other monovalent atoms or groups.
- शृंखलन (Catenation): कार्बन परमाणुओं द्वारा आपस में सहसंयोजक बंध बनाकर लंबी शृंखलाएं या वलय (rings) बनाने की क्षमता।
- चतुःसंयोजकता (Tetravalency): चार संयोजी इलेक्ट्रॉन होना, जिससे यह चार अन्य एकल-संयोजी परमाणुओं या समूहों के साथ बंध बना सकता है।
Important Definitions & Terms
महत्वपूर्ण परिभाषाएं और शब्दावली
| Term शब्दावली | Definition परिभाषा |
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Hydrocarbons
हाइड्रोकार्बन
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Compounds containing only Carbon ($C$) and Hydrogen ($H$) atoms.
केवल कार्बन (C) और हाइड्रोजन (H) परमाणुओं से बने यौगिक।
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Isomerism
समावयवता (Isomerism)
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Phenomenon where compounds have the same molecular formula but different structural arrangements.
वह घटना जहाँ यौगिकों का रासायनिक सूत्र समान होता है लेकिन उनकी संरचनात्मक व्यवस्था भिन्न होती है।
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Polymers
बहुलक (Polymers)
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High molecular mass substances consisting of repeating structural units (monomers).
बार-बार दोहराई जाने वाली संरचनात्मक इकाइयों (एकलक/monomers) से बने उच्च आणविक द्रव्यमान वाले पदार्थ।
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Saponification
साबुनीकरण (Saponification)
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The alkaline hydrolysis of fats/oils (esters) using strong bases (like $NaOH$) to produce soap and glycerol.
साबुन और ग्लिसरॉल का उत्पादन करने के लिए मजबूत क्षारों (जैसे NaOH) का उपयोग करके वसा/तेलों (एस्टर) का क्षारीय जलअपघटन।
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Detailed Explanation: Hydrocarbons & Polymers
Let's break down these chemical concepts from the simplest molecules up to highly complex materials used in modern aerospace and medicine.
1. Classification of Hydrocarbons
Hydrocarbons are broadly split into two classes based on their carbon-carbon bonds:
- Saturated Hydrocarbons (Alkanes): Contain only single covalent bonds. Their general formula is $$C_nH_{2n+2}$$. They are relatively unreactive and undergo substitution reactions. Example: Methane ($$CH_4$$), Ethane ($$C_2H_6$$).
- Unsaturated Hydrocarbons (Alkenes & Alkynes):
- Alkenes: Contain at least one carbon-carbon double bond ($$C=C$$). General formula is $$C_nH_{2n}$$. Example: Ethene ($$C_2H_4$$).
- Alkynes: Contain at least one carbon-carbon triple bond ($$C\equiv C$$). General formula is $$C_nH_{2n-2}$$. Example: Ethyne ($$C_2H_2$$), commonly called acetylene, used in gas welding.
विस्तृत विवरण: हाइड्रोकार्बन और बहुलक
आइए इन रासायनिक अवधारणाओं को सबसे सरल अणुओं से लेकर आधुनिक एयरोस्पेस और चिकित्सा में उपयोग की जाने वाली अत्यधिक जटिल सामग्रियों तक विस्तार से समझें।
1. हाइड्रोकार्बन का वर्गीकरण
कार्बन-कार्बन बंधों के आधार पर हाइड्रोकार्बन को व्यापक रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है:
- संतृप्त हाइड्रोकार्बन (एल्केन): इनमें केवल एकल सहसंयोजक बंध होते हैं। इनका सामान्य सूत्र CnH2n+2 होता है। ये अपेक्षाकृत कम क्रियाशील होते हैं और प्रतिस्थापन अभिक्रियाएं दर्शाते हैं। उदाहरण: मीथेन (CH4), एथेन (C2H6)।
- असंतृप्त हाइड्रोकार्बन (एल्कीन और एल्काइन):
- एल्कीन (Alkenes): इनमें कम से कम एक कार्बन-कार्बन दोहरा बंध (C=C) होता है। इनका सामान्य सूत्र CnH2n होता है। उदाहरण: एथीन (C2H4)।
- एल्काइन (Alkynes): इनमें कम से कम एक कार्बन-कार्बन तिहरा बंध (C≡C) होता है। इनका सामान्य सूत्र CnH2n-2 होता है। उदाहरण: एथाइन (C2H2), जिसे आमतौर पर एसीटलीन कहा जाता है और गैस वेल्डिंग में उपयोग किया जाता है।
2. Polymers and Plastics
Polymers can be natural (e.g., DNA, proteins, cellulose, natural rubber) or synthetic (e.g., polythene, nylon, PVC, Bakelite). They are synthesized through two main processes:
- Addition Polymerization: Monomers join end-to-end without losing any atoms.
- Polythene: Made from monomer Ethene ($$C_2H_4$$).
- Teflon (PTFE): Made from Tetrafluoroethylene ($$CF_2=CF_2$$). It is highly heat resistant, non-reactive, and used as non-stick coatings on cookware.
- PVC (Polyvinyl Chloride): Monomer is Vinyl Chloride ($$CH_2=CHCl$$). Used to make water pipes, raincoats, and vinyl flooring.
- Condensation Polymerization: Monomers combine with the elimination of small molecules like water or ammonia.
- Nylon-6,6: Prepared from Adipic acid and Hexamethylenediamine. Known for its high tensile strength and elasticity; used to make parachute fabrics, bristles, and ropes.
- Bakelite: Phenol-formaldehyde polymer. It is a thermosetting plastic—once molded, it cannot be melted or reshaped by heating. Used for making electrical switches, plugs, and cooker handles.
2. बहुलक और प्लास्टिक
बहुलक प्राकृतिक (जैसे- डीएनए, प्रोटीन, सेलुलोज, प्राकृतिक रबर) या सिंथेटिक (जैसे- पॉलीथीन, नायलॉन, पीवीसी, बेकेलाइट) हो सकते हैं। इन्हें दो मुख्य प्रक्रियाओं द्वारा संश्लेषित किया जाता है:
- योगात्मक बहुलीकरण (Addition Polymerization): इसमें एकलक (monomers) बिना किसी परमाणु के ह्रास के आपस में सीधे जुड़ते हैं।
- पॉलीथीन: यह एथीन (C2H4) एकलक से बनता है।
- टेफ्लॉन (PTFE): यह टेट्राफ्लोरोएथिलीन (CF₂=CF₂) से बनता है। यह अत्यधिक गर्मी प्रतिरोधी, गैर-अभिक्रियाशील होता है और इसका उपयोग बर्तनों पर नॉन-स्टिक कोटिंग के रूप में किया जाता है।
- PVC (पॉलीविनाइल क्लोराइड): इसका एकलक विनाइल क्लोराइड (CH₂=CHCl) है। इसका उपयोग पानी के पाइप, रेनकोट और विनाइल फर्श बनाने के लिए किया जाता है।
- संघनन बहुलीकरण (Condensation Polymerization): इसमें एकलक छोटे अणुओं जैसे पानी या अमोनिया के निष्कासन के साथ जुड़ते हैं।
- नायलॉन-6,6: एडिपिक एसिड और हेक्सामेथिलीनडायमाइन से तैयार किया जाता है। यह अपनी उच्च तन्य शक्ति और लोच के लिए जाना जाता है; इसका उपयोग पैराशूट के कपड़े, ब्रश के बाल और रस्सियाँ बनाने में किया जाता है।
- बेकेलाइट: यह फिनोल-फॉर्मेल्डिहाइड बहुलक है। यह एक थर्मोसेटिंग प्लास्टिक है—एक बार ढाले जाने के बाद, इसे गर्म करके पिघलाया या पुन: आकार नहीं दिया जा सकता है। इसका उपयोग बिजली के स्विच, प्लग और बर्तनों के हैंडल बनाने के लिए किया जाता है।
3. Chemistry in Daily Life: Soaps and Detergents
Soaps and synthetic detergents are surfactants used for cleaning. However, they differ in their chemical structures and behaviors in water:
- Soaps: Sodium or potassium salts of long-chain fatty acids (e.g., Sodium Stearate, $$C_{17}H_{35}COONa$$). Soaps do not work in hard water because they react with calcium ($$Ca^{2+}$$) and magnesium ($$Mg^{2+}$$) ions to form an insoluble precipitate called "scum".
- Detergents: Ammonium or alkyl hydrogen sulfate salts of long-chain hydrocarbons. They work effectively in both soft and hard water because their calcium and magnesium salts are soluble in water.
3. दैनिक जीवन में रसायन विज्ञान: साबुन और अपमार्जक (Detergents)
साबुन और सिंथेटिक अपमार्जक सफाई के लिए उपयोग किए जाने वाले सर्फेक्टेंट (surfactants) हैं। हालाँकि, उनकी रासायनिक संरचना और पानी में व्यवहार भिन्न होता है:
- साबुन: लंबी शृंखला वाले वसीय अम्लों के सोडियम या पोटेशियम लवण (जैसे- सोडियम स्टीयरेट, C17H35COONa)। साबुन कठोर जल में काम नहीं करते हैं क्योंकि वे कैल्शियम (Ca²⁺) और मैग्नीशियम (Mg²⁺) आयनों के साथ अभिक्रिया करके एक अघुलनशील अवक्षेप बनाते हैं जिसे "स्कम" (मलफेन) कहा जाता है।
- अपमार्जक (Detergents): लंबी शृंखला वाले हाइड्रोकार्बन के अमोनियम या एल्किल हाइड्रोजन सल्फेट लवण। वे मृदु और कठोर दोनों प्रकार के जल में प्रभावी रूप से कार्य करते हैं क्योंकि उनके कैल्शियम और मैग्नीशियम लवण पानी में घुलनशील होते हैं।
Key Chemical Formulas & Common Names
प्रमुख रासायनिक सूत्र और सामान्य नाम
| Common/Chemical Name सामान्य/रासायनिक नाम | Chemical Formula रासायनिक सूत्र | Primary Use / Exam Context प्राथमिक उपयोग / परीक्षा संदर्भ |
|---|---|---|
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Methane (Marsh Gas)
मीथेन (मार्श गैस)
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$$CH_4$$
CH₄
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Major component of CNG and Biogas; greenhouse gas.
CNG और बायोगैस का प्रमुख घटक; ग्रीनहाउस गैस।
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Chloroform
क्लोरोफॉर्म
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$$CHCl_3$$
CHCl₃
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Anesthetic agent; oxidized to toxic phosgene ($$COCl_2$$) in air.
एनेस्थेटिक (निश्चेतक) एजेंट; हवा में ऑक्सीकृत होकर जहरीली फॉस्जीन (COCl₂) गैस बनाता है।
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Ethanol (Grain Alcohol)
एथेनॉल (ग्रेन अल्कोहल)
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$$C_2H_5OH$$
C₂H₅OH
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Active ingredient in alcoholic drinks, hand sanitizers, bio-fuel.
मादक पेय पदार्थों, हैंड सैनिटाइज़र, जैव-ईंधन का सक्रिय घटक।
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Acetic Acid (Ethanoic Acid)
एसिटिक एसिड (एथेनोइक एसिड)
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$$CH_3COOH$$
CH₃COOH
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A 5-8% aqueous solution is known as Vinegar.
इसके 5-8% जलीय घोल को सिरका (Vinegar) कहा जाता है।
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LPG (Liquefied Petroleum Gas)
एलपीजी (द्रवीकृत पेट्रोलियम गैस)
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Propane ($$C_3H_8$$) & Butane ($$C_4H_{10}$$)
प्रोपेन (C₃H₈) और ब्यूटेन (C₄H₁₀)
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Domestic cooking fuel; Ethyl Mercaptan is added for leak detection.
घरेलू रसोई गैस; रिसाव का पता लगाने के लिए इसमें एथिल मर्कैप्टान मिलाया जाता है।
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Examples & Conceptual Cases
Case 1: The Chemistry of Non-stick Cookware
Have you ever wondered why food doesn't stick to certain frying pans? This is because of Teflon (Polytetrafluoroethylene). Teflon contains strong carbon-fluorine ($$C-F$$) bonds. This bond is highly stable and does not interact with other molecules, making the surface extremely slippery and resistant to heat.
Case 2: Thermoplastics vs. Thermosetting Plastics
Why do plastic buckets reshape easily on heating, but electrical switches char and burn without melting?
- Thermoplastics (e.g., Polythene, PVC): Linear polymers with weak intermolecular forces. They easily soften on heating and can be remolded indefinitely.
- Thermosetting Plastics (e.g., Bakelite, Melamine): Heavily cross-linked polymers. Heating them causes extensive cross-linking, making them permanently hard. They cannot be remolded.
उदाहरण और वैचारिक मामले
मामला 1: नॉन-स्टिक बर्तनों का रसायन विज्ञान
क्या आपने कभी सोचा है कि कुछ फ्राइंग पैन पर खाना क्यों नहीं चिपकता? ऐसा टेफ्लॉन (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन) के कारण होता है। टेफ्लॉन में मजबूत कार्बन-फ्लोरीन (C-F) बंध होते हैं। यह बंध अत्यधिक स्थिर होता है और अन्य अणुओं के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता है, जिससे इसकी सतह अत्यधिक चिकनी और गर्मी प्रतिरोधी हो जाती है।
मामला 2: थर्मोप्लास्टिक बनाम थर्मोसेटिंग प्लास्टिक
प्लास्टिक की बाल्टियाँ गर्म करने पर आसानी से अपना आकार बदल लेती हैं, लेकिन बिजली के स्विच बिना पिघले केवल झुलसते और जलते क्यों हैं?
- थर्मोप्लास्टिक (जैसे पॉलीथीन, पीवीसी): कमजोर अंतर-आणविक बलों वाले रैखिक बहुलक हैं। ये गर्म करने पर आसानी से नरम हो जाते हैं और इन्हें बार-बार ढाला जा सकता है।
- थर्मोसेटिंग प्लास्टिक (जैसे बेकेलाइट, मेलामाइन): अत्यधिक क्रॉस-लिंक्ड बहुलक हैं। इन्हें गर्म करने पर और अधिक क्रॉस-लिंकिंग हो जाती है, जिससे ये स्थायी रूप से कठोर हो जाते हैं। इन्हें दोबारा ढाला नहीं जा सकता।
Practice Questions (MCQs)
अभ्यास प्रश्न (MCQs)
Q1. Which of the following is the monomer of Natural Rubber?
A) Neoprene
B) Isoprene
C) Styrene
D) Vinyl Chloride
Q1. निम्नलिखित में से कौन सा प्राकृतिक रबर का एकलक (monomer) है?
A) निओप्रीन
B) आइसोप्रीन
C) स्टाइरीन
D) विनाइल क्लोराइड
Explanation: Natural rubber is a polymer of isoprene (2-methyl-1,3-butadiene). Neoprene is a synthetic rubber made from chloroprene. उत्तर: B (आइसोप्रीन)
स्पष्टीकरण: प्राकृतिक रबर आइसोप्रीन (2-मेथिल-1,3-ब्यूटाडाईन) का एक बहुलक है। निओप्रीन क्लोरोप्रीन से बना एक कृत्रिम रबर है।
Q2. Bakelite is classified as a:
A) Thermoplastic
B) Thermosetting Plastic
C) Elastomer
D) Fiber
Q2. बेकेलाइट को किस श्रेणी में वर्गीकृत किया गया है?
A) थर्मोप्लास्टिक
B) थर्मोसेटिंग प्लास्टिक
C) इलास्टोमेर (प्रत्यास्थलक)
D) रेशा (फाइबर)
Explanation: Bakelite is a cross-linked formaldehyde-phenol resin. It is a thermosetting polymer, meaning it cannot be reused or remolded once set. उत्तर: B (थर्मोसेटिंग प्लास्टिक)
स्पष्टीकरण: बेकेलाइट एक क्रॉस-लिंक्ड फॉर्मेल्डिहाइड-फिनोल रेजिन है। यह एक थर्मोसेटिंग बहुलक है, जिसका अर्थ है कि इसे एक बार सेट होने के बाद पुनः उपयोग या दोबारा ढाला नहीं जा सकता है।
Q3. Which compound is added to LPG cylinders to detect gas leakages by its characteristic strong smell?
A) Methyl Isocyanate
B) Methane
C) Ethyl Mercaptan
D) Chloroform
Q3. एलपीजी सिलेंडर में गैस रिसाव का पता लगाने के लिए उसकी तीव्र गंध के लिए कौन सा यौगिक मिलाया जाता है?
A) मिथाइल आइसोसाइनेट
B) मीथेन
C) एथिल मर्कैप्टान
D) क्लोरोफॉर्म
Explanation: LPG is naturally odorless. Ethyl Mercaptan ($C_2H_5SH$) is added to LPG so that even minor leakages can be detected immediately through smell. उत्तर: C (एथिल मर्कैप्टान)
स्पष्टीकरण: एलपीजी स्वाभाविक रूप से गंधहीन होती है। एलपीजी में एथिल मर्कैप्टान (C₂H₅SH) मिलाया जाता है ताकि रिसाव होने पर इसकी गंध से तुरंत पता लगाया जा सके।
Q4. Why does soap fail to clean clothes efficiently in hard water?
A) Soap decomposes in hard water.
B) Soap reacts with calcium and magnesium ions to form insoluble scum.
C) Hard water is highly acidic.
D) Soap is insoluble in cold hard water.
Q4. कठोर जल में साबुन कपड़ों की सफाई कुशलतापूर्वक करने में विफल क्यों रहता है?
A) कठोर जल में साबुन अपघटित हो जाता है।
B) साबुन कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ अभिक्रिया करके अघुलनशील स्कम (मलफेन) बनाता है।
C) कठोर जल अत्यधिक अम्लीय होता है।
D) साबुन ठंडे कठोर जल में अघुलनशील होता है।
Explanation: Hard water contains Ca2+ and Mg2+ ions. These ions react with sodium salts of soaps to form insoluble precipitates (scum), reducing cleaning efficiency. उत्तर: B (साबुन कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों के साथ अभिक्रिया करके अघुलनशील स्कम बनाता है।)
स्पष्टीकरण: कठोर जल में Ca²⁺ और Mg²⁺ आयन होते हैं। ये आयन साबुन के सोडियम लवणों के साथ अभिक्रिया करके अघुलनशील अवक्षेप (स्कम) बनाते हैं, जिससे सफाई की प्रभावशीलता कम हो जाती है।
Q5. Vinegar is a solution containing:
A) 50% Acetic Acid
B) 5-8% Acetic Acid
C) 100% Acetic Acid
D) 5-8% Formic Acid
Q5. सिरका (Vinegar) एक घोल है जिसमें होता है:
A) 50% एसिटिक एसिड
B) 5-8% एसिटिक एसिड
C) 100% एसिटिक एसिड
D) 5-8% फॉर्मिक एसिड
Explanation: Vinegar is a dilute solution containing roughly 5-8% ethanoic (acetic) acid in water, widely used for preservation and cooking. उत्तर: B (5-8% एसिटिक एसिड)
स्पष्टीकरण: सिरका पानी में लगभग 5-8% एथेनोइक (एसिटिक) एसिड का एक तनु घोल होता है, जिसका व्यापक रूप से खाद्य संरक्षण और खाना पकाने में उपयोग किया जाता है।