औद्योगिक रसायन: कांच, सीमेंट, उर्वरक और विस्फोटक नोट्स

औद्योगिक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम का वह भाग है जो पूछता है कि रोज़मर्रा की वस्तुएं किससे बनती हैं और कैसे बनती हैं। चार समूह बार-बार आते हैं: कांच, सीमेंट, उर्वरक और विस्फोटक। प्रश्न विरले ही क्रियाविधि पर होते हैं; वे कच्चे माल, किसी विशेष प्रयोजन से मिलाए गए एक पदार्थ, पोषक तत्व के प्रतिशत और किसी प्रक्रिया के आविष्कारक पर होते हैं। यह अध्याय उन तथ्यों को उसी क्रम में जुटाता है जिस क्रम में प्रश्न-निर्माता उनका उपयोग करता है।

कांच और उसके प्रकार

कांच क्रिस्टलीय ठोस नहीं है। वह अक्रिस्टलीय ठोस है, जिसे पिघली अवस्था से इतनी तेजी से ठंडा किया जाता है कि उसके कण जालक में बैठ ही नहीं पाते, इसीलिए उसका कोई निश्चित गलनांक नहीं होता और उसे अक्सर अतिशीतित द्रव कह दिया जाता है। साधारण खिड़की और बोतल का कांच सोडा-लाइम कांच है, जो बालू के रूप में सिलिका को सोडा ऐश यानी सोडियम कार्बोनेट और चूना-पत्थर यानी कैल्शियम कार्बोनेट के साथ पिघलाकर बनाया जाता है। एक घटक बदलने से कांच पूरी तरह बदल जाता है।

रंग पिघले कांच में घुले धातु ऑक्साइडों से आता है, और परीक्षक इन जोड़ियों को बहुत पूछते हैं: कोबाल्ट ऑक्साइड नीला, क्रोमियम ऑक्साइड हरा, क्यूप्रस ऑक्साइड लाल, मैंगनीज डाइऑक्साइड बैंगनी, लोहे के यौगिक हरा या भूरा, कैडमियम सल्फाइड पीला और कोलॉइडी स्वर्ण गहरा माणिक लाल रंग देता है। आकार देने के बाद कांच का तापानुशीतन किया जाता है, अर्थात उसे धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, जिससे वे भीतरी प्रतिबल दूर हो जाएं जो उसे चटका सकते हैं।

सीमेंट

पोर्टलैंड सीमेंट का पेटेंट 1824 में जोसेफ ऐस्पडिन ने कराया और नाम उस पोर्टलैंड पत्थर पर पड़ा जिससे जमने पर वह मिलता-जुलता था। उसका कच्चा माल एक चूनेदार पदार्थ, चूना-पत्थर, और एक मिट्टीदार पदार्थ, चिकनी मिट्टी है, जिन्हें साथ पीसकर घूमने वाली भट्ठी में लगभग 1450 डिग्री सेल्सियस पर जलाया जाता है, जहां वे कठोर गुटिकाओं में बदल जाते हैं जिन्हें क्लिंकर कहते हैं। फिर क्लिंकर को लगभग दो-तीन प्रतिशत जिप्सम के साथ पीसा जाता है। मोटे तौर पर संघटन है चूना साठ से सड़सठ प्रतिशत, सिलिका सत्रह से पच्चीस प्रतिशत और ऐलुमिना तीन से आठ प्रतिशत, कुछ लौह ऑक्साइड के साथ।

चार यौगिक महत्वपूर्ण हैं: ट्राइकैल्शियम सिलिकेट, जो आरंभिक सामर्थ्य देता है; डाइकैल्शियम सिलिकेट, जो आगे के सप्ताहों में सामर्थ्य देता है; ट्राइकैल्शियम ऐलुमिनेट, जो लगभग तुरंत जम जाता है और जिसे नियंत्रित करना पड़ता है; और टेट्राकैल्शियम ऐलुमिनोफेराइट। जिप्सम ठीक इसी ट्राइकैल्शियम ऐलुमिनेट को धीमा करने और शीघ्र जमाव रोकने के लिए मिलाया जाता है, जिससे मिश्रित सीमेंट काम करने योग्य बना रहे। जमना सूखना नहीं, जलयोजन है, अर्थात जल के साथ रासायनिक अभिक्रिया, जिससे ऊष्मा निकलती है; इसी कारण बड़ी ढलाई को ठंडा करना पड़ता है। सीमेंट, बालू और जल मिलकर गारा बनाते हैं; सीमेंट, बालू, रोड़ी और जल मिलकर कंक्रीट, और भीतर लोहे की छड़ें हों तो प्रबलित कंक्रीट। पोज़ोलाना सीमेंट में फ्लाई ऐश और स्लैग सीमेंट में भट्ठी का धातुमल होता है, जिससे जलयोजन की ऊष्मा घटती है। जिप्सम का एक दूसरा उपयोग भी याद रखें: लगभग 120 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करने से वह अपना कुछ जल खोकर प्लास्टर ऑफ पेरिस बन जाता है।

उर्वरक

पौधों को तीन प्रमुख पोषक तत्व चाहिए, नाइट्रोजन, फॉस्फोरस और पोटैशियम, और उर्वरक का वर्गीकरण इसी से होता है कि वह इनमें से कौन-सा देता है। सीधा उर्वरक एक प्रमुख पोषक देता है; मिश्र या जटिल उर्वरक दो या अधिक देता है, इसीलिए डाइअमोनियम फॉस्फेट, जिसमें नाइट्रोजन और फॉस्फोरस दोनों हैं, जटिल उर्वरक है।

यूरिया अमोनिया और कार्बन डाइऑक्साइड से बनाया जाता है, और अमोनिया स्वयं हैबर प्रक्रिया से आती है, जिसमें नाइट्रोजन और हाइड्रोजन लोहे के उत्प्रेरक पर उच्च दाब तथा लगभग 450 से 500 डिग्री सेल्सियस ताप पर संयोग करते हैं। सुपरफॉस्फेट ऑफ लाइम राक फॉस्फेट पर गंधकाम्ल की क्रिया से बनता है और वह फॉस्फेटिक उर्वरक है, नाइट्रोजनी कभी नहीं, और परीक्षक इस भेद को सीधे पूछते हैं। इन निर्मित उर्वरकों के साथ जैविक खादें भी हैं। गोबर की खाद, अर्थात पशुओं के गोबर, मूत्र और बिछावन का सड़ा मिश्रण, पोषक तत्वों में कमजोर है और उसमें केवल आधा प्रतिशत के आसपास नाइट्रोजन होता है, पर वह मिट्टी की बनावट और जल-धारण क्षमता उस तरह सुधारती है जैसा कोई रासायनिक उर्वरक नहीं कर सकता। अधिक उर्वरक बहकर झीलों में पहुंचे तो सुपोषण होता है, और पेयजल में नाइट्रेट से मेथेमोग्लोबिनीमिया अर्थात ब्लू बेबी सिंड्रोम होता है।

विस्फोटक

विस्फोटक रासायनिक ऊर्जा संचित रखता है, जो बहुत थोड़े समय में गर्म गैस के रूप में मुक्त होती है। निम्न विस्फोटक तेजी से जलते हैं और प्रणोदक के रूप में काम आते हैं: इनमें सबसे पुराना बारूद लगभग पचहत्तर भाग पोटैशियम नाइट्रेट अर्थात शोरा, पंद्रह भाग कोयला और दस भाग गंधक का मिश्रण है। उच्च विस्फोटक विस्फोटित होते हैं, जिसमें आघात तरंग पदार्थ में ध्वनि से भी तेज चलती है। नाइट्रोग्लिसरीन, जिसे पहले एस्कानियो सोब्रेरो ने बनाया, इतना संवेदनशील था कि उसे संभालना कठिन था, जब तक अल्फ्रेड नोबेल ने 1867 में उसे कीज़लगुर में सोखकर डायनामाइट नहीं बनाया; बाद में उन्होंने उसे नाइट्रोसेल्यूलोज के साथ मिलाकर ब्लास्टिंग जेलेटिन बनाया, और इससे अर्जित धन से नोबेल पुरस्कारों की नींव पड़ी। ट्राइनाइट्रोटोल्यूईन या टीएनटी विस्फोटक शक्ति की तुलना का मानक है, क्योंकि वह पिघलाकर ढालने योग्य स्थायी पदार्थ है। आरडीएक्स, जिसे साइक्लोनाइट भी कहते हैं, उससे भी अधिक शक्तिशाली है और सी-4 जैसे प्लास्टिक विस्फोटकों का आधार है। नाइट्रोसेल्यूलोज, जिसे गन कॉटन कहते हैं, रुई के नाइट्रीकरण से बनता है और धूमरहित बारूद तथा कॉर्डाइट का आधार है। मरक्यूरी फुलमिनेट तथा लेड ऐजाइड जैसे प्रारंभक डेटोनेटर में काम आते हैं, और खनन में सबसे सस्ता आवेश एएनएफओ है, जो अमोनियम नाइट्रेट और ईंधन तेल का मिश्रण है।