अयस्क, धातुकर्म और मिश्रधातुएं: प्रक्रम तथा संघटन

सही उत्तर B, Au अर्थात सोना है। आघातवर्ध्यता पतली चादरों में पीटे जाने का गुण है और तन्यता तारों में खींचे जाने का गुण, और सोने में ये दोनों किसी भी धातु से अधिक मात्रा में हैं: एक ग्राम सोने को लगभग एक वर्ग मीटर की चादर में पीटा जा सकता है और बहुत लंबे तार में खींचा जा सकता है, इसीलिए सदियों से सोने का वरक और सोने का तार बनाया जाता रहा है। विकल्प A गलत है क्योंकि सोडियम इतना मृदु है कि उसे चाकू से काटा जा सकता है और इतना क्रियाशील है कि उसे किरोसिन में रखा जाता है, इसलिए उसे प्रयोग योग्य तार में नहीं खींचा जा सकता। विकल्प C गलत है क्योंकि सीरियम, जो लाइटर के पत्थरों तथा मिश्रधातुओं में प्रयुक्त एक लैंथेनाइड है, भंगुर है और इन दोनों गुणों के लिए नहीं जाना जाता। विकल्प D गलत है क्योंकि पारा कक्ष ताप पर द्रव रहने वाली एकमात्र धातु है, और किसी द्रव को न चादरों में पीटा जा सकता है न तारों में खींचा जा सकता है।

सही उत्तर B, सीसा है। गैलेना सीसे का सल्फाइड है, जिसका सूत्र PbS है, और यह वही मुख्य अयस्क है जिससे सीसा निकाला जाता है; सल्फाइड होने के कारण इसका सांद्रण झाग प्लवन से होता है और अपचयन से पहले इसे भर्जित करके ऑक्साइड में बदला जाता है। विकल्प A गलत है क्योंकि जस्ते के अयस्क जिंक ब्लेंड हैं, जो सल्फाइड ZnS है, तथा कैलेमीन, जो कार्बोनेट ZnCO3 है। विकल्प C गलत है क्योंकि टिन कैसिटेराइट या टिन पत्थर से आता है, जो ऑक्साइड SnO2 है, और उसका परिष्करण द्रवण से होता है। विकल्प D गलत है क्योंकि पारा सिनेबार से आता है, जो सल्फाइड HgS है, और उसका परिष्करण आसवन से होता है क्योंकि वह कम ताप पर उबलता है। बनाने योग्य आदत यह है कि नाम का अंत देखें: इस समूह के अधिकांश सल्फाइड ब्लेंड, पायराइट, गैलेना या सिनेबार पर समाप्त होते हैं, जबकि कार्बोनेट आइट पर समाप्त होते हैं और उनका भर्जन नहीं, निस्तापन होता है।

सही उत्तर B, सल्फाइड अयस्क है। झाग प्लवन में चूर्णित अयस्क को जल, चीड़ के तेल जैसे झाग कारक तथा संग्राहक के साथ मथा जाता है। सल्फाइड कण तेल से अधिमानतः भीगते हैं और झाग के साथ ऊपर चले जाते हैं, जबकि मिट्टी वाला गैंग जल से भीगकर तल में बैठ जाता है, इसलिए जिंक ब्लेंड और कॉपर पायराइट का सांद्रण इसी से होता है। विकल्प A गलत है क्योंकि ऑक्साइड अयस्क सामान्यतः गैंग से भारी होते हैं और उनका सांद्रण जल प्रक्षालन से होता है, जैसे हेमेटाइट तथा टिन पत्थर में। विकल्प C गलत है क्योंकि कार्बोनेट अयस्क तेल से नहीं भीगते और उनका सांद्रण निस्तापन से पहले सामान्यतः प्रक्षालन से होता है। विकल्प D गलत है क्योंकि शैल लवण जैसे हैलाइड अयस्क जल में घुलनशील हैं और उन्हें घोलकर तथा क्रिस्टलन से संभाला जाता है। सोडियम सायनाइड जैसा अवनमक एक सल्फाइड को रोक सकता है जब दूसरा तैरता है।

सही उत्तर B है। निस्तापन अयस्क को वायु की अनुपस्थिति या सीमित आपूर्ति में तथा उसके गलनांक से नीचे गर्म करना है, जिससे जलयोजन जल और कार्बन डाइऑक्साइड निकल जाएं; इसलिए यही चरण कैलेमीन जैसे कार्बोनेट अयस्कों तथा बॉक्साइट जैसे जलयोजित अयस्कों के लिए प्रयुक्त होता है। विकल्प A गलत है क्योंकि वायु की पर्याप्त आपूर्ति में गर्म करना भर्जन है, जो जिंक ब्लेंड जैसे सल्फाइड अयस्कों पर लागू होता है, जहां गंधक सल्फर डाइऑक्साइड के रूप में निकलती है। विकल्प C गलत है क्योंकि कोक जैसा अपचायक मिलाना प्रगलन या अपचयन का अलग चरण है, जो निस्तापन या भर्जन के बाद आता है। विकल्प D गलत है क्योंकि निस्तापन और भर्जन दोनों जानबूझकर गलनांक से नीचे किए जाते हैं; अयस्क को पिघलाना प्रगलन का कार्य है। दोनों चरणों का एक ही उद्देश्य है, ऑक्साइड प्राप्त करना, जो अपचयन के लिए सबसे सरल रूप है।

सही उत्तर B है। मंडल परिष्करण इस तथ्य पर आधारित है कि अशुद्धियां उसी धातु के ठोस रूप की अपेक्षा पिघले रूप में अधिक घुलनशील होती हैं। चल तापक से एक संकरा पिघला मंडल बनाया जाता है और छड़ के साथ धीरे-धीरे आगे बढ़ाया जाता है, जिससे अशुद्धियां पिघले भाग के साथ चलकर एक सिरे पर संचित हो जाती हैं, और वह सिरा काट दिया जाता है; यही विधि अर्धचालकों में प्रयुक्त अत्यंत शुद्ध सिलिकॉन, जर्मेनियम और गैलियम देती है। विकल्प A गलत है क्योंकि कम क्वथनांक आसवन द्वारा परिष्करण का आधार है, जो जस्ता, पारा और कैडमियम के लिए प्रयुक्त होता है। विकल्प C गलत है क्योंकि वाष्पशील कार्बोनिल बनना निकल के मॉण्ड प्रक्रम का आधार है, जिसमें निकल कार्बोनिल अधिक ताप पर वियोजित हो जाता है। विकल्प D गलत है क्योंकि सरंध्र कपेल में ऑक्सीकरण कपेलन का वर्णन है, जो चांदी को सीसे से अलग करने में प्रयुक्त होता है।

सही उत्तर B, तांबा और जस्ता है। पीतल तांबे को जस्ते के साथ मिलाकर बनाया जाता है, जिससे तांबे से कठोर, ढालने तथा मशीनन में सरल और साधारण संक्षारण से बची रहने वाली धातु मिलती है, इसलिए वह बर्तनों, नलों, फिटिंग तथा वाद्य यंत्रों के ढांचे में प्रयुक्त होता है। विकल्प A गलत है क्योंकि तांबा और टिन कांसा बनाते हैं, जो मूर्तियों, सिक्कों और पदकों की मिश्रधातु है; बेल मेटल वही युग्म है जिसमें टिन का अनुपात अधिक होता है। विकल्प C गलत है क्योंकि तांबा और निकल कॉन्स्टैन्टन बनाते हैं, जो प्रतिरोध तार तथा तापयुग्म में प्रयुक्त होता है, और तांबा, जस्ता तथा निकल तीनों मिलकर जर्मन सिल्वर बनाते हैं, जिसमें नाम के विपरीत चांदी नहीं होती। विकल्प D गलत है क्योंकि तांबा एल्युमिनियम मिश्रधातु ड्यूरालुमिन का एक संघटक है, किंतु ड्यूरालुमिन वायुयानों में प्रयुक्त एल्युमिनियम मिश्रधातु है और उसे पीतल नहीं कहा जाता।

सही उत्तर B, निकल है। जर्मन सिल्वर तांबे, जस्ते और निकल की मिश्रधातु है, और इसका नाम उसके सफेद चांदी जैसे रूप से आया है, उसके संघटन से नहीं, क्योंकि उसमें चांदी बिल्कुल नहीं होती; वह मेज के बर्तनों, आभूषणों तथा विद्युत संपर्कों में प्रयुक्त होता है। विकल्प A ठीक इसी भ्रम के कारण गलत है: जो अभ्यर्थी नाम से अनुमान लगाएगा वह चांदी चुनेगा और अंक खो देगा। विकल्प C गलत है क्योंकि टिन तांबे के साथ कांसा देता है, और टिन तांबे तथा जस्ते के साथ मिलकर गन मेटल देता है, जो गियर तथा भाप फिटिंग में प्रयुक्त होता है। विकल्प D गलत है क्योंकि सीसा टिन के साथ सोल्डर देता है, और सीसा एंटिमनी तथा टिन के साथ छपाई का टाइप मेटल देता है। भ्रामक नामों की सूची स्वयं सीखने योग्य है: जर्मन सिल्वर में चांदी नहीं होती, और निकल सिल्वर तथा डच मेटल भी इसी प्रकार अपने रूप के कारण नामित हैं।

सही उत्तर B है। शुद्ध एल्युमिना अत्यंत उच्च ताप पर पिघलता है, इसलिए हॉल तथा हेरॉल्ट प्रक्रम में उसे पिघले क्रायोलाइट, अर्थात सोडियम हेक्साफ्लुओरोएल्युमिनेट में घोला जाता है, सामान्यतः कुछ फ्लोरस्पार के साथ, जो नांद का कार्यकारी ताप घटाता है और पिघले मिश्रण को विद्युत का बहुत अच्छा चालक बना देता है। इसके बाद कार्बन एनोड प्रयुक्त होते हैं और एल्युमिनियम कैथोड पर संचित होता है। विकल्प A गलत है क्योंकि क्रायोलाइट अपचायक के रूप में कोई भाग नहीं लेता; यहां अपचयन विद्युतीय है, इसीलिए एल्युमिनियम लोहे की तरह कोक से प्रगलन द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता। विकल्प C गलत है क्योंकि कार्बन एनोड वास्तव में मुक्त ऑक्सीजन से धीरे-धीरे क्षय होता है, किंतु वह एक अवांछित दुष्प्रभाव है, क्रायोलाइट मिलाने का प्रयोजन नहीं। विकल्प D गलत है क्योंकि लोहे तथा सिलिका की अशुद्धियां पहले ही हट जाती हैं, जब बॉक्साइट का गर्म सोडियम हाइड्रॉक्साइड से बेयर निक्षालन होता है।

सही उत्तर B, जस्तीकरण है। जस्तीकरण लोहे या इस्पात पर जस्ते की परत चढ़ाना है, जो सामान्यतः उसे पिघले जस्ते में डुबोकर किया जाता है। जस्ता लोहे से अधिक क्रियाशील है, इसलिए परत खुरच जाने पर भी जस्ता नीचे के लोहे के स्थान पर स्वयं संक्षारित होता है, और इस व्यवहार को बलिदानी सुरक्षा कहते हैं, इसीलिए जस्तीकृत चादरें तथा पाइप खुले लोहे से कहीं अधिक चलते हैं। विकल्प A गलत है क्योंकि कलई करना टिन की परत चढ़ाना है, जो खाद्य डिब्बों के भीतर प्रयुक्त होता है; टिन लोहे से कम क्रियाशील है, इसलिए टिन चढ़ी चादर में खरोंच वस्तुतः जंग लगने को तेज कर देती है। विकल्प C गलत है क्योंकि एनोडीकरण एल्युमिनियम पर प्राकृतिक ऑक्साइड परत को मोटा करना है, लोहे का उपचार नहीं। विकल्प D गलत है क्योंकि क्रोमियम लेपन मुख्यतः रूप तथा कठोरता के लिए किया जाता है और लोहे को कोई बलिदानी सुरक्षा नहीं देता।

सही उत्तर A, निकल है। मॉण्ड प्रक्रम में अशुद्ध निकल को कार्बन मोनोऑक्साइड की धारा में मध्यम ताप पर गर्म किया जाता है, जिससे वाष्पशील यौगिक निकल टेट्राकार्बोनिल बनता है; इस वाष्प को ठोस अशुद्धियों से दूर ले जाकर अधिक ताप पर गर्म किया जाता है, जिससे वह वियोजित होकर अत्यंत शुद्ध निकल जमा कर देता है। विकल्प B गलत है क्योंकि टाइटेनियम का, ज़िरकोनियम के साथ, परिष्करण वान आर्केल प्रक्रम से होता है, जिसमें धातु वाष्पशील आयोडाइड बनाती है जो तप्त टंगस्टन तंतु पर वियोजित हो जाता है। विकल्प C गलत है क्योंकि तांबे का परिष्करण विद्युत अपघटन से होता है, जिसमें अशुद्ध तांबा एनोड और शुद्ध तांबा कैथोड होता है, और पहले हरी लकड़ी से पोलिंग द्वारा होता था। विकल्प D गलत है क्योंकि जस्ते का परिष्करण आसवन से होता है, क्योंकि वह तुलनात्मक रूप से कम ताप पर उबलता है और अशुद्धियां नहीं।

सही उत्तर B है। चूना पत्थर भट्टी में वियोजित होकर कैल्शियम ऑक्साइड बनाता है, जो एक क्षारकीय गालक है और अयस्क के अम्लीय सिलिका गैंग से संयोग करके कैल्शियम सिलिकेट बनाता है, जो एक गलनशील धातुमल है, पिघले लोहे पर तैरता है और अलग निकाल लिया जाता है। विकल्प A गलत है क्योंकि लोहे के ऑक्साइड का अपचयन कोक तथा उससे बने कार्बन मोनोऑक्साइड से होता है, चूना पत्थर से नहीं; यही वह प्रतिष्ठित कार्बन अपचयन है जो मध्यम क्रियाशील धातुओं के लिए प्रयुक्त होता है। विकल्प C गलत है क्योंकि ताप गर्म वायु की धौंकनी में कोक के जलने से आता है, और चूना पत्थर का वियोजन वस्तुतः ताप सोखता है। विकल्प D गलत है क्योंकि कच्चा लोहा कोक से कार्बन लेता है और उसमें लोहे के उत्पादों में सर्वाधिक कार्बन होता है, किंतु उसमें चूना पत्थर की कोई भूमिका नहीं; पिटवां लोहे में कार्बन सबसे कम और इस्पात में मध्यम मात्रा होती है।

सही उत्तर B, नाइक्रोम है। नाइक्रोम निकल, क्रोमियम और लोहे की मिश्रधातु है जिसका विद्युत प्रतिरोध तथा गलनांक उच्च होता है, और वह लाल तप्त होने पर भी सरलता से ऑक्सीकृत नहीं होती, इसलिए नाइक्रोम का तार वर्षों तक जलकर नष्ट हुए बिना दहकता रह सकता है; यही संयोजन उसे इस्तरी, टोस्टर, गीजर तथा हेयर ड्रायर के तापन तत्वों की मानक सामग्री बनाता है। विकल्प A गलत है क्योंकि इन्वार लोहे तथा निकल की मिश्रधातु है जो अपने अत्यंत कम तापीय प्रसार के कारण चुनी जाती है और दोलकों तथा मापन फीतों में प्रयुक्त होती है, जहां गर्म होने से लंबाई नहीं बदलनी चाहिए। विकल्प C गलत है क्योंकि ड्यूरालुमिन, जो एल्युमिनियम की तांबे, मैग्नीशियम और मैंगनीज के साथ मिश्रधातु है, वायुयानों में प्रयुक्त हल्की संरचनात्मक मिश्रधातु है। विकल्प D गलत है क्योंकि सोल्डर, जो सीसे तथा टिन की मिश्रधातु है, जानबूझकर कम गलनांक वाली बनाई जाती है और तार जोड़ने में प्रयुक्त होती है।