GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

   

Gujarat Board GSEB Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો Textbook Questions and Answers.

GSEB Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 1.
(i) ઍલ્યુમિનિયમ
(ii) આયર્ન
(iii) કૉપર અને
(iv) ઝિંકની અયસ્કોનાં નામ અને સંઘટનો કયા છે ?
ઉત્તર:
કેટલીક અગત્યની ધાતુઓની મુખ્ય અયસ્ક નીચે કોષ્ટકમાં છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 1
“પેટાપ્રશ્ન : પૃથ્વીના પોપડામાં એલ્યુમિનિયમની પ્રચુરતા અને મુખ્ય ખનીજો વિશે લખો તથા પૃથ્વીના પોપડામાં બીજા સ્થાને મળતું તત્ત્વ કર્યું છે ?
પૃથ્વીના પોપડામાં જુદાજુદા તત્ત્વોની પ્રચુરતા અલગ-અલગ હોય છે.

એલ્યુમિનિયમ :

  • ધાતુઓમાં ખૂબ જ વિપુલ પ્રમાણમાં મળી આવતી ધાતુ છે. પૃથ્વીના પોપડામાં ઍલ્યુમિનિયમ ધાતુની પ્રચુરતા સૌથી વધારે છે.
  • પૃથ્વીના પોપડામાં મળતાં તત્ત્વોમાં ઍલ્યુમિનિયમનું સ્થાન પ્રચુરતાની દૃષ્ટિએ ત્રીજું છે, જે વજનથી લગભગ 8.3% જેટલું છે.

ઍલ્યુમિનિયમની મુખ્ય ઘટકો અબરખ અને માટી છે. કેટલાક જેમસ્ટોન Al2O3 ના અશુદ્ધ સ્વરૂપો છે. ઉદાહરણ તરીકે, માણેક (Ruby)માં Cr ની અશુદ્ધિ હોય છે. નીલમ (Sapphire)માં CO ની અશુદ્ધિ હોય છે. પૃથ્વીના પોપડામાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળી આવતી ધાતુ તરીકે બીજા સ્થાને આયર્ન (લોખંડ-લોહ) છે. તે ઘણાં બધાં સંયોજનો બનાવે છે અને તેમના વિવિધ ઉપયોગ તેને ખુબ જ અગત્યના તત્ત્વનું સ્થાન આપે છે. તે જૈવિક પ્રણાલીઓમાં આવશ્યક તત્ત્વોમાંનું એક છે.

પ્રશ્ન 2.
પર્યાય સમજાવો :
(i) ખનીજ,
(ii) અય,
(iii) ધાતુકર્મવિધિ અને
(iv) ગેંગ,
ઉત્તર:
(i) ખનીજ : તે કુદરતમાં મળી આવતો પદાર્થ છે. જે પૃથ્વીના પોપડામાંથી મળી આવે છે અને તેનું ખનન (rmining) કરી શકાય છે.
(ii) અયસ્ક : (કાચી ધાતુ) : પૃથ્વીના પોપડામાંથી મળી આવતી ખનીજોમાંથી અમુક જ ખનીજોનો તે ધાતુના સ્રોત તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે. આવા ખનીજ અયસ્ક (કાચી ધાતુ) (ore) તરીકે ઓળખાય છે.
(iii) ધાતુકર્મવિધિ : અયસ્કો કે ધાતુઓનાં સંયોજનોમાંથી અલગીકરણ માટેના ઘણા બધા રાસાયણિક સિદ્ધાંતોનો સમન્વય અને વૈજ્ઞાનિક તથા ટેકનૉલૉજીય પ્રક્રમને ધાતુકર્મવિધિ કહે છે.
(iv) ગેંગ : ભાગ્યે જ કોઈ અયસ્ક ઇચ્છિત પદાર્થ ધરાવતો હોય છે. તે સામાન્ય રીતે ભૂમીય (earthly) અથવા અનિચ્છિત પદાર્થો જે ગેંગ (gangue) તરીકે ઓળખાય છે તેના વડે સંદૂષિત (contiminated) થયેલો હોય છે.

પ્રશ્ન 3.
ધાતુઓના અયસ્કોમાંથી નિષ્કર્ષણ અને અલગનમાં રહેલાં મુખ્ય તબક્કાઓ કયા કયા છે ?
ઉત્તર:

  1. અયસ્કનું સંકેન્દ્ર
  2. ધાતુનું તેની સંકેન્દ્રિત અયસ્કમાંથી અલગન અને
  3. ધાતુનું શુદ્ધીકરણ

ખનીજમાંથી કાચી ધાતુ મેળવવાની રીતોનું ટૂંકમાં વર્ણન :
સંકેન્દ્રીકરણ: અનિચ્છનીય પદાર્થી (જેમ કે, રેતી, માટી)ને અયસ્કમાંથી દૂર કરવાનું સંકેન્દ્રણ, સજાવટ, સમપરિષ્કરણ તરીકે ઓળખાય છે. અશુદ્ધિઓ દૂર કરીને અયસ્ક (કાચી ધાતુ) મેળવવી એટલે ખનીજનું સંકેન્દ્રીકરણ.

અયસ્ક (કાચી ધાતુના) સંકેન્દ્રણમાં બે બાબતો અગત્યની છે :

  • યોગ્ય તબક્કાઓની પસંદગી હાજર ધાતુના સંયોજનના અને ગેંગના ભૌતિક ગુણધર્મો પર આધાર રાખે છે.
  • ધાતુનો પ્રકાર, પ્રાપ્ય સગવડતાઓ અને પર્યાવરણીય પરિબળોને પણ ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 4.
કાચી ધાતુ અયસ્કના સંકેન્દ્રણની જલીય પ્રક્ષાલન પદ્ધતિ વિશે લખો.
ઉત્તર:
સિદ્ધાંત : આ પદ્ધતિ અયસ્કની અને ગેંગકણોની વિશિષ્ટ ઘનતાના તફાવત પર આધારિત છે. આથી આ રીતને સાપેક્ષ ધનતા અલગીકરણ પણ કહી શકાય.
રીત : જલીય પ્રક્ષાલનમાં એક પ્રક્રમમાં ઉપર તરફ જતાં પાણીના વહેણ (પ્રવાહ)નો ઉપયોગ ચૂર્ણ કરેલ (પાઉડર કરેલ)ને ધોવા માટે વાપરવામાં આવે છે.
પરિણામ : પાણી વડે અયસ્ક (કાચી ધાતુ) એકઠી થાય છે.

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 5.
ચુંબકીય અલગીકરણ વિશે વિગતે સમજાવો.
ઉત્તર:
ચુંબકીય અલગીકરણ શું છે ? સમજાવો.
અથવા
સિદ્ધાંત : આ અયસ્ક સંયોજનોના ચુંબકીય ગુણધર્મમાં તફાવત પર આધારિત છે. અયસ્ક અથવા ગેંગ (આ બેમાંથી એક) જો ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે આકર્ષિક થવાને માટે સક્ષમ હોય, તો આવું અલગીકરણ કરવામાં આવે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 3
રીત : આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે ઝીણી દળેલી આયર્નની અયસ્કને એક ચુંબકીય રોલરની ઉપર મૂકવામાં આવે છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ પાડવામાં આવે છે. દળેલી અયસ્કને ચુંબકીય રોલર પર ફરતા કન્વેયર બેલ્ટ (વહન કરતો પદ્મ) પર પડવા દેવામાં આવે છે (જુઓ ઉપરની આકૃતિ).
પરિણામઃ ચુંબકીય આકર્ષણ ધરાવતા ઘટકો રોલરની તરફ ખેંચાયેલા રહે છે અને બિનચુંબકીય ઘટકો આકર્ષણ પામતા નથી અને રોલરથી દૂર પડે છે. આમ, અલગીકરણ થાય છે.

પ્રશ્ન 6.
ફીણપ્લવન પદ્ધતિ વિશે નોંધ લખો.
અથવા
ધાતુવિધિમાં અયસ્કનાં સંકેન્દ્રણ માટેની ફીણપ્લવન પદ્ધતિ વિશે નોંધ લખો. (આકૃતિ જરૂરી નથી.) [ઑગસ્ટ-2020]
ઉત્તર:
સિદ્ધાંત :

  • સલ્ફાઇડયુક્ત અયસ્ક પાઇન ઑઇલ વગેરેથી ભીંજાય છે અને બાકીની કાચી ધાતુ (અયસ્ક) ગેંગ પાણીથી ભીંજાય છે.
  • સલ્ફાઇડયુક્ત અયસ્ક, હવા અને ફીણ રચી, ઉપરના ભાગમાં આવે છે.

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 4

રીત: સલ્ફાઇડયુક્ત અયસ્કના પાઉડરને પાણી સાથેનું નિલંબન (suspension) બનાવવામાં આવે છે. હવે તેમાં સંગ્રાહક (collector) અને ફી સ્વાર્થીકારક ઉમેરવામાં આવે છે. સંગ્રાહકો (જેમ કે, પાઇનઑઇલ, ફેટીઍસિડ, ઝેન્થેટ વગેરે) ખનીજ કણોની બિનઆર્દ્રતા (non-wettability) અને ફીણ સ્થાયીકારકો (જેમ કે કેંસોલ, એનિલિન) ફીણને સ્થાયી કરે છે.
પરિણામ : ખનીજના કર્ણા તેલ વડે ભીંજાય છે. જ્યારે મેં તો પાણીથી ભીંજાય છે. ત્યારબાદ ધૂમતું પૅડલ મિશ્રણને નાભિત (agitate) કરે છે અને તેમાં હવાને ખેંચે છે.
આને પરિણામે ફીણની રચના થાય છે તે ખનીજના કણોને લઈ જાય છે. ફીણ હલકું હોવાથી તેને તારવી લેવાય છે તથા ત્યારબાદ અયસ્કના કણો મેળવવા માટે તેને સૂકવવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 7.
નિક્ષાલન એટલે શું ? ઉદાહરણ આપી સમજાવો.
ઉત્તર:
નિકાલન સામાન્ય રીતે અયસ્ક જે કોઈ યોગ્ય દ્રાવકમાં દ્રાવ્ય હોય તો ઉપયોગમાં લેવાય છે. નિશાલન તે અયસ્ક (કાચી
ધાતુના સંકેન્દ્રાની પદ્ધતિ છે.
સિદ્ધાંત : જો અયસ્ક (કાચી ધાતુ) કોઈ યોગ્ય દ્રાવકમાં દ્રાવ્ય થતી હોય તો, તેનું દ્રાવણ બનાવી જુદી પાડી દ્રાવક દૂર કરતાં સંકેન્દ્રિત અયસ્ક મળે છે.

ઉદાહરણ-1 :
બૉક્સાઇટમાંથી ઍલ્યુમિનાનું નિશાલન : ઍલ્યુમિનિયમની મુખ્ય અયસ્ક બૉક્સાઇટ સામાન્ય રીતે SiO2, આયર્ન ઑક્સાઇડ અને ટાઇટેનિયમ ઑક્સાઇડ (TiO2) અશુદ્ધિ તરીકે ધરાવતી હોય છે.
ચૂર્ણ કરેલી અયસ્કન 473-523 K તાપમાન અને 35-36 bar દબાણે NaOHના સાંદ્ર દ્વાવણ સાથે ગ્રંથિત (digested) કરવામાં આવે છે આ રીતે Al2O3 નું સોડિયમ ઍલ્યુમિનેટ તરીકે નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવે છે.

અશુદ્ધિ SiO2 પણ સોડિયમ સિલિકેટ બનાવી દ્રાવ્ય થાય છે અને અન્ય અશુદ્ધિઓ બાકી રહી જાય છે.
Al2O33(s) + 2NaOH(aq) + 3H2O(l) → 2Na[Al(OH)4](aq)
દ્રાવણમાંનો ઍલ્યુમિનેટ CO2 વાયુ પસાર કરવાથી જળયુક્ત Al2O3 માં અવક્ષેપન પામે છે. આ તબક્કે તાજા બનાવેલા જળયુક્ત Al2O3 સાથે દ્રાવણમાં બીજારોપણ કરવામાં આવે છે જે અવક્ષેપનને પ્રેરિત કરે છે.
2Na[Al(OH)4](aq) + 2CO2(g) → Al2O3. xH2O + 2NaHCO3(aq)

સોડિયમ સિલિકેટ દ્વાવણમાં રહી ય છે અને જળયુક્ત ઍલ્યુમિનાને ગાળી લેવામાં આવે છે અને ગરમ કરીને શુદ્ધ Al2O3 પરત મેળવવામાં આવે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 5
ઉદાહરણ-2 : સિલ્વર અને ગોલ્ડ બન્નેની ધાતુકર્મવિધિમાં જે-તે ધાતુનું NaCN અથવા KCNના મંદ દ્વાવણ સાથે હવા (O2)ની હાજરીમાં નિક્ષાલન કરવામાં આવે છે. જેથી પાછળથી વિસ્થાપન દ્વારા તે ધાતુ મેળવી શકાય છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 6

પ્રશ્ન 8.
સંકેન્દ્રિત અયસ્કને ક્યા સ્વરૂપમાં પરિવર્તિત કરવી જોઈએ ? શા માટે ?
ઉત્તર:
સંકેન્દ્રિત અયસ્કને એવા સ્વરૂપમાં પરિવર્તિત કરવી જોઈએ જેથી તે રિડક્શન માટે યોગ્ય બને. સામાન્ય રીતે સલ્ફાઇડ અયસ્કને રિડક્શન પહેલાં ઑક્સાઇડમાં પરિવર્તિત કરવામાં આવે છે. જેથી ઑક્સાઈડનું રિડક્શન કરવું વધારે સરળ રહે છે.

પ્રશ્ન 9.
નિસ્તાપન (Calcination) અને ભૂંજન (Roasting) વિગતવાર સમજાવો.
અથવા
સંકેન્દ્રિત અયસ્ક (કાચી ધાતુ)નું ઑક્સાઇડમાં પરિવર્તન કરવાની રીતો કઈ છે ? તેઓને વિગતવાર સમજાવો.
ઉત્તર:
સંકેન્દ્રિત અયસ્ક (કાચી ધાતુ)ને ઑક્સાઈડમાં ફેરવવાની બે રીતો છે (A) નિસ્તાપન (Calcination) અને (B) મૂંજન(Roasting)
(A) નિસ્તાપન (Calcination) : નિસ્તાપનમાં ગરમ કરવાની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રક્રિયા બાષ્પશીલ દ્રવ્યોને દૂર કરે છે અને ધાતુ ઑક્સાઇડને બાકી રહેવા દે છે. બાષ્પશીલ વ્ય ગરમ કરતાં દૂર થાય છે અને ધાતુ ઓક્સાઇડ પાછળ રહી જાય છે. તેનો સમાવેશ થાય છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 7
(B) મૂંજન (Roasting) : ભૂંજનમાં અયસ્કને ધાતુના ગલનબિંદુથી નીચા તાપમાને હવાના નિયમિત પુરવઠા સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે. સલ્ફાઇડ અયસ્કનો સમાવેશ કરતી કેટલીક પ્રક્રિયા આ પ્રમાણે છે :
2ZnS + 3O2 → 2Zn0 + 2SO2
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 8
કૉપરની સલ્ફાઇડ અપસ્કને પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરવામાં આવે છે. જો અયસ્ક આયર્ન ધરાવી હોય તો તેને ગરમ કરતાં પહેલાં સિલિકા સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે. આયર્ન ઑક્સાઇડ આયર્ન સિલિકેટના ‘ધાતુમલ (slag)” તરીકે અને કોપર ‘કોપર મેટ્ટ (matte)’ સ્વરૂપમાં નીપજે છે, જે Cu2S અને FeS ધરાવે, તે નીપજે છે.
FeO + SiO2 → FeSiO3 (ધાતુમલ)
ઉત્પાદન પામતો SO2 વાયુ H2SO4 ઉત્પાદનમાં વપરાય છે.

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 10.
કાચી ધાતુના ઑક્સાઇડનું ધાતુમાં રિડક્શન સમજાવો.
ઉત્તર:
રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્બન અથવા કાર્બન મોનૉક્સાઇડ ધાતુ ઑક્સાઈડના રિડક્શનમાં ડિડક્શનકર્તા તરીકે (C અથવા CO અથવા અન્ય કોઈ ધાતુ પણ વર્તના કોઈ અન્ય પદાર્થ સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે.
રિડક્શનકર્તા તરીકે (જેમ કે, કાર્બન) ધાતુ ઑક્સાઇડના ઑક્સિજન સાથે સંયોજક છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 9
કેટલાક ધાતુ ઑક્સાઇડ સહેલાઈથી રિડક્શન પામે છે જ્યારે કેટલાકને રિડક્શન કરવા ધણા જ મુશ્કેલ હોય છે. (રિડક્શનનો અર્થ એ છે કે ધાતુ આયન દ્વારા ઇલેક્ટ્રૉન મેળવવો અથવા ઇલેક્ટ્રૉન સાથે સંયોજાવું જેને ઇલેક્ટ્રૉનેશન કહે છે.) કોઈ પણ કિસ્સામાં ગરમીની પણ જરૂર પડે છે,

પ્રશ્ન 11.
ધાતુકર્મવિધિમાં ભૌતિક-રાસાયણિક સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ સમજાવો.
અથવા
ધાતુકર્મવિધિના ઉષ્માગતિય સિદ્ધાંતો સમજાવો.
ઉત્તર:
ઉષ્માગતિશાસ્ત્રની કેટલીક પાયાની સંકલ્પનાઓ ધાતુકર્મવિધિમાં રૂપાંતરણોના સિદ્ધાંતને સમજવામાં મદદ કરે છે.
ઉષ્મીય રિડક્શન તાપધાતુકર્મવિધિ (Pyrometallurgy)માં તાપમાનમાં વિચરણ (Variation) માટે કયું તત્ત્વ આપેલ ધાતુ ઑક્સાઇડ (MxOy) માટે યોગ્ય રહેશે તે અંગેનું અર્થઘટન ગિબ્સ-ઊર્જાથી ક૨વામાં આવે છે તથા ઉષ્મીય રિડક્શન સરળતાથી થાય તે માટેનો માપદંડ આપેલા તાપમાને ગિબ્સ- ઊર્જા ફેરફારનું મૂલ્ય ઋણ થવું જોઈએ તે છે.
ગિબ્સ-ઊર્જામાં ફેરફાર કોઈ દર્શાવેલા તાપમાને ΔGને નીચેના સમીકરણ વડે દર્શાવાય છે.
ΔG = ΔH – TΔS
જ્યાં ΔH = ઍન્થાલ્પી ફેરફાર, ΔS = ઍન્ડ્રૉપી ફેરફાર
ઉપરના સમીકરણમાં જ્યારે ΔGનું મૂલ્ય ઋણ હોય છે ત્યારે જ કોઈ પણ પ્રક્રિયા આગળ વધશે.

(i) તાપમાન T વધારતાં : જો AS ધન હશે તો તાપમાન (T) વધારતાં TΔSનું મૂલ્ય વધશે (ΔH < TΔS) અને પછી ΔG ઋણ બનશે. જો બે પ્રક્રિયાઓ એટલે કે ઑક્સિડેશન અને રિડક્શનના યુગ્મનથી થતી એકંદર પ્રક્રિયા માટે ΔGનું મૂલ્ય ઋણ પરિણમે તો અંતિમ પ્રક્રિયા સરળતાથી થાય છે. આ રીતનું યુગ્મન ઑક્સાઇડના નિર્માણ માટે ગિબ્સ-ઊર્જા (ΔrG ) વિરુદ્ધ Tના આલેખ દ્વારા સરળતાથી સમજી શકાય છે. આ આલેખ જ્યારે એક ગ્રામ મોલ ઑક્સિજન વપરાય ત્યારે થતાં મુક્ત ઊર્જા ફેરફાર માટેનો છે.

(ii) એલિંગહામ આકૃતિઓ : ગિબ્સ-ઊર્જાની આલેખીય રજૂઆત સૌપ્રથમ એચ.જે.ટી. એલિંગહામ (H.J.T. Ellingham) દ્વારા ઉપયોગમાં લેવામાં આવેલી તથા ઑક્સાઇડના રિડક્શનમાં રિડક્શનકર્તાની પસંદગીની ગણતરી માટે નિર્વિવાદ (sound) પાયો પૂરો પાડે છે. આ એલિંગહામ આકૃતિ તરીકે ઓળખાય છે. એલિંગહામ આકૃતિઓ અયસ્કના તાપીય રિડક્શનની સુગમતા માટે મદદરૂપ થાય છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 10
(iii) ધાતુ ઑક્સાઇડનો યોગ્ય રિડક્શનકર્તા અને તાપમાન તથા ΔG : રિડક્શનકર્તાનો ફાળો રિડક્શનકર્તાનું ઑક્સિડેશન અને ધાતુ ઑક્સાઇડનું રિડક્શન એવી બે પ્રક્રિયાઓના (ΔrG)નો સરવાળો પૂરતો મોટો અને ઋણ કરવાનો છે.
રિડક્શન દરમિયાન ધાતુનો ઑક્સાઇડ વિઘટન પામતાં નીચે પ્રમાણે પ્રક્રિયા થાય છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 11
જો રિડક્શન કાર્બન દ્વારા કરવામાં આવ્યું હોય તો રિડક્શનકર્તા (એટલે કે, C)નું ઑક્સિડેશન નીચે પ્રમાણે થાય :
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 12
જો કાર્બનનું સંપૂર્ણ ઑક્સિડેશન CO2 માં થયું હોત તો,
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 13
પ્રક્રિયા A અને Bનું યુગ્મન કરતાં નીચે પ્રમાણે પ્રક્રિયા મળે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 14
પ્રક્રિયા A અને Cનું યુગ્મન કરતાં નીચે પ્રમાણે પ્રક્રિયા મળે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 15
આ જ પ્રમાણે, જો કાર્બન મોનૉક્સાઇડ રિડક્શનકર્તા હોય તો, પ્રક્રિયા (A) અને નીચે દર્શાવલી પ્રક્રિયા (F)નું યુગ્મન કરતાં,
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 16
એકંદર પ્રક્રિયા નીચે મુજબ થશે :
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 17
આ (D) અને (G) પ્રક્રિયાઓ ધાતુ ઑક્સાઇડ MxOનું ખરેખર (actual) રિડક્શન વર્ણવે છે જેની આપણને પૂર્ણતા માટે જરૂર છે.
ΔrG વિરુદ્ધ T ના આલેખમાં બન્ને વક્ર MxO માટેનો વક્ર અને રિડક્શનતાં પદાર્થના ઑક્સિડેશન માટેનો વર્ક્સનું પ્રતિચ્છેદન (intersection) તે દર્શાવે છે. આ બિંદુ પછી ΔrGનું મૂલ્ય સંયુક્ત પ્રક્રિયા માટે વધુ ઋણ જેથી MxO નું સરળતાથી રિડક્શન શક્ય બને છે.

પ્રશ્ન 12.
એલિંગહામ (Ellingham) આકૃતિ વિશે નોંધ લખો.
ઉત્તર:
(a) એલિંગહામ આકૃતિ સામાન્ય રીતે કેટલીક ધાતુઓના ઑક્સાઇડ અને રિડક્શનકર્તાના નિર્માણ માટે ΔrG વિરુદ્ધ T આલેખ હોય છે એટલે કે પ્રક્રિયા,
2xM(s) + O2(g) → 2MxO(s) માટે,
આ પ્રક્રિયામાં વાયુમય જથ્થો ઑક્સાઇડના નિર્માણમાં વપરાય છે, આથી ઓક્સાઇડના નિર્માણમાં આણ્વીય યાદચ્છિકત્તા ઘટે છે જે ΔSનું મૂલ્ય ઋણ બનાવે છે પરિણામે ΔG = ΔH – TΔS જેવા સમીકરણમાં TΔSનું પદની નિશાની ધન થશે. પરિણામે તાપમાન (T) વધવા છતાં પણ ΔrG નું મૂલ્ય વધારા તરફ ખસે છે. પરિણામે MxO(s)ના નિર્માણની મોટાભાગની ઉપરોક્ત પ્રક્રિયાઓ માટેના વક્રમાંના ઢાળ ધન હોય છે.

(b) દરેક આલેખ સીધી રેખા છે અને ઢાળ ઉપરની તરફ હોય છે. સિવાય કે જ્યારે કેટલાક કલામાં ફેરફાર (S → liq અથવા liq → g) થાય છે ત્યારે એ તાપમાન કે જ્યારે આવો ફેરફાર છે તેને ઢાળમાં વધારા સાથે ધન બાજુ પર દર્શાવેલ છે. કે, Zn, ZnO આલેખ, ગલનબિંદુ વક્રમાં એકદમ (abrupt) ફેરફાર દર્શાવે છે.

(c) જ્યારે તાપમાન વધે તારે વક્રમાં એક બિંદુ એવું આવે છે જ્યારે વક્ર ΔrG = 0 રેખાને ઓળંગે છે. આ તાપમાનથી નીચેના તાપમાને ઑક્સાઇડ બનવા માટેનો ΔrG ઋણ હોય છે, તેથી MxO સ્થાયી હોય છે. આ બિંદુથી ઉપર ઑક્સાઈડના નિર્માણની મુક્ત ઊર્જા ધન હોય છે તેથી MxO આપમેળે જ વિઘટન પામશે.

(d) સલ્ફાઇડ અને કેલાઇડ માટે આવા સરખા જ આલેખો તૈયાર કરવામાં આવેલ છે અને સ્પષ્ટ બને છે કે MxS નું રિડક્શન શા માટે મુશ્કેલ છે.

પ્રશ્ન 13.
એલિંગહામ આકૃતિની મર્યાદાઓ જણાવો.
ઉત્તર:
(i) આલેખ માત્ર સૂચવે છે કે પ્રક્રિયા શક્ય છે કે નહિ ? એટલે કે રિડક્શનકર્તા વધુ રિડક્શનનું વલણ દર્શાવે છે. કારણ કે તે માત્ર ઉષ્માગનિકીય સંકલ્પનાઓ પર આધારિત છે. તે ઉપરાંત સમજાવે છે કે જ્યારે દરેક સ્વિસીઝ ઘન અવસ્થામાં હોય ત્યારે પ્રક્રિયા કેમ ધીમી (slagish) હોય છે અને જારે પીગળે છે ત્યારે સરળ હોય છે.
(ii) ΔH (એન્થાલ્પી ફેરફાર) અને ΔSના (ઍન્ડ્રૉપી ફેરફાર) મૂલ્યો કોઈ પણ પ્રક્રિયા માટે તાપમાન બદલતા પણ લગભગ અચળ રહે છે.
(iii) એન્ટ્રોપી પ્રણાલીમાં અવ્યવસ્થા (disorder) અથવા યાદચ્છિકતા (randomness) પર આધાર રાખે છે, વધશે જો સંયોજન પીગળશે તો (s → l) અથવા બાષ્પાયન પામશે તો (l → g) ઍન્ડ્રૉપી વધે છે. કારણ કે કલા ધનથી પ્રવાહીમાં અથવા પ્રવાહીમાંથી વાયુમાં ફેરવાતાં આવીય યાદચ્છિકતા વધે છે.
(iv) ΔG નું અર્થઘટન K પર (Δ = – RT InK) આધારિત છે. આમ તે ધારી લે છે કે પ્રક્રિયકો અને નીપો સંતુલનમાં છે.
MxO + Ared ⇌ xM + AOoxi
તે હંમેશાં માટે સાચું નથી હોતું કારણ કે પ્રક્રિષક / નીપજ ઘન પદાર્થ હોઈ શકે. ઔદ્યોગિક પ્રક્રમોમાં પ્રક્રિયકો અને નીપજો બહુ જ ઓછા સમય માટે સંપર્કમાં હોય છે.

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 14.
વાતભઠ્ઠી દ્વારા આયર્નનું નિષ્કર્ષણ સમજાવો.
ઉત્તર:
સિદ્ધાંત : નિસ્તાપન / ભૂંજન સાંદ્રણ કર્યા બાદ આયર્નની ઑક્સાઇડ અયસ્કો (Fe2O3, Fe3O4)ના મિશ્રણમાંથી પાણી દૂર કરવા, કાર્બોનેટના વિઘટન કરવા અને સલ્ફાઇડનું ઑક્સિડેશન કરવા માટે નિસ્તાપન / ભૂંજન કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ આયર્નના ઑક્સાઇડને લાઇમસ્ટોન અને કોક સાથે મિશ્ર કરી વાતભઠ્ઠીમાં ઉપરથી નાંખવામાં આવે છે. અહીંયાં ઑક્સાઇડ ધાતુમાં રિડક્શન પામે છે.

પદ્ધતિ : વાતભઠ્ઠીમાં આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ આયર્ન ઑક્સાઇડનું રિડક્શન જુદા જુદા તાપમાનના ગાળામાં થાય છે. વાતભઠ્ઠીના તળિયેથી ગરમ હવા ફૂંકવામાં આવે છે અને કોકને બાળવામાં આવે છે જેથી ભઠ્ઠીના નીચેના ભાગમાં આશરે 2200 K જેટલું તાપમાન થાય છે.

કોકના બળવાથી પ્રક્રમ માટે જરૂરી ઉષ્મા મળી રહે છે. તે ઉપરાંત CO અને ઉષ્મા ભઠ્ઠીના ઉપરના ભાગમાં જાય છે. પરંતુ ઉપરના ભાગમાં તાપમાન નીચું હોય છે અને ઉપરથી આવતા આયર્ન ઑક્સાઇડ (Fe2O3 અને Fe3O4) તબક્કાવાર FeOમાં રિડક્શન પામે છે. આ પ્રક્રિયાઓનો સારાંશ નીચે પ્રમાણે આપી શકાય.

પ્રક્રિયા : વાતભઠ્ઠીમાં તાપમાનનો ગાળો (500-800 K) નીચો હોય છે. ત્યારે નીચે પ્રમાણેની પ્રક્રિયા થાય છે.
Fe3O3 નું પ્રથમ Fe3O4 માં રિડક્શન થાય છે અને ત્યારબાદ FeO માં રિડક્શન થાય છે.
3Fe3O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2
Fe3O3 + CO → 2FeO + CO2

લાઇમસ્ટોન પણ CaOમાં વિઘટિત થાય છે જે અયસ્કની સિલિકેટ અશુદ્ધિને સ્લેગ તરીકે દૂર કરે છે. સ્લેગ પિગલિત સ્વરૂપમાં હોય છે અને આયર્નથી અલગ પડી જાય છે.
વાતભઠ્ઠીમાં તાપમાનનો ગાળો (900 – 1500 K) ઊંચો હોય ત્યાં નીચે પ્રમાણેની પ્રક્રિયા થાય છે,
C + CO2 → 2CO
FeO+ CO → Fe + CO2

આ પ્રક્રમમાં મુખ્ય રિડક્શન તબક્કામાંનો એક નીચે પ્રમાણે છે. FeO(s) + C(s) → Fe(s/l) + CO(g)
ઉપરની પ્રક્રિયાઓને બે સાદી પ્રક્રિયાઓના યુગ્મ તરીકે લઈએ તો એકમાં FeO નું રિડક્શન થાય છે અને બીજામાં Cનું COમાં ઑક્સિડેશન થાય છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 18
જ્યારે બન્ને પ્રક્રિયાઓ થઈને નીપજ આપે છે ત્યારે ચોખ્ખી (net) [ગલ્સ-ઊર્જા ફેરફાર નીચે પ્રમાણે થાય છે.
\(\Delta_r \mathrm{G}_{(\mathrm{C}, \mathrm{CO})}^{\ominus}+\Delta_r \mathrm{G}_{(\mathrm{FeO}, \mathrm{Fe})}^{\ominus}=\Delta_r \mathrm{G}^{\ominus}\)
ઉપરના સમીકરણની જમણી બાજુ ઋણ બને ત્યારે જ પરિણામી પ્રક્રિયા થાય.

ΔrG વિરુદ્ધ Tના આલેખમાં Fe-FeO ફેરફાર દર્શાવતો વક્ર ઉપરની તરફ જાય છે અને C → CO, [C, Co] ફેરફાર દર્શાવતો વક્ર નીચેની તરફ જાય છે.
આ વર્ષો એકબીજાને આશરે 1073 K તાપમાને પ્રતિચ્છેદન કરે છે. 1073 K (આશરે) કરતાં તાપમાન ઉપર જાય છે ત્યારે C, CO રેખા Fe, FeO રેખાની નીચે આવે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 19
આથી 1073 Kથી ઉપર 900 – 1500 તાપમાનના વિસ્તારમાં (ગાળામાં) કોક FeO નું રિડક્શન કરશે અને તે પોતે COમાં ઑક્સિડેશન પામશે.
આશરે 1673 K (1400°C) તાપમાને થતી પ્રક્રિયા 2FeO → 2Fe + O2 માટે ΔrGનું મૂલ્ય +341 kJ mol-1 છે.
કારણ કે તે Fe-FeO ફેરફારની વિરુદ્ધ પ્રક્રિયા છે તથા પ્રક્રિયા 2C + O2 → 2CO માટે ΔrG નું મૂલ્ય – 447 kJ mol-1 છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 20
આ જ પ્રમાણે Fe3O4, અને Fe2O3 નું CO વધુ પ્રમાણમાં નીચા તાપમાને રિડક્શન આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે તેમના વક્રના CO, CO2 વક્ર સાથેનું પ્રતિચ્છેદન (intersection) સરખામણીના આધારે સમજાવી શકાય.

પ્રશ્ન 15.
કાચું લોખંડ કાઈ ભઠ્ઠીમાં બને છે ? તેની અશુદ્ધિઓ જણાવો.
ઉત્તર:
કાચું લોખંડ વાતભઠ્ઠીમાં બને છે. તેમાં મુખ્યત્વે 4% કાર્બન ઉપરાંત અલ્પ પ્રમાણમાં પક્ષી અશુદ્ધિઓ જેવી કે S, P, Si, Mn હોય છે.

પ્રશ્ન 16.
ભરતર લોખંડ કેવી રીતે બનાવાય છે ? તથા તેના ભૌતિક ગુણધર્મો જણાવો.
ઉત્તર:
ભરતર લોખંડ કાચા લોખંડથી અલગ છે અને તેને કાચા લોખંડને લોખંડના ભંગાર (scrap) અને કોક સાથે વાતભઠ્ઠીનો ઉપયોગ કરીને પીગાળીને મેળવવામાં આવે છે. તેમાં કાર્બનનું પ્રમાણ આશરે 3% હોય છે. ભરતર લોખંડ સખત અને બરડ હોય છે.

પ્રશ્ન 17.
ઘડતર લોખંડ (Wrought iron) વિશે નોંધ લખો.
ઉત્તર:
ઘડતર લોખંડ અથવા દખનીય લોખંડ વ્યાપારિક (commercial) ધોરણે લોખંડનું સૌથી શુદ્ધ સ્વરૂપ છે અને તેને ભરતર લોખંડમાંથી કેમેટાઇટ વડે પડે ચઢાવેલી પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં અશુદ્ધિઓનું ઑક્સિડેશન કરીને બનાવવામાં આવે છે.

આ હેમેટાઇટ કાર્બનનું કાર્બન મોનૉક્સાઇડમાં ઑક્સિડેશન કરે છે.
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
તેમાં અભિવાદ (flux) તરીકે લાઇમસ્ટોન ઉમેરવામાં આવે છે અને સલ્ફર, સિલિકોન તથા ફૉસ્ફરસ ઑક્સિડેશન પામે છે અને સ્લેગમાં પસાર થાય છે. ધાતુને ભઠ્ઠીમાંથી બહાર કાઢી લઈ રોલરમાંથી પસાર કરવાથી સ્લૅગ દૂર થાય છે અને આયર્ન ધાતુ મળે છે.

પ્રશ્ન 18.
ક્યુપ્રસ ઑક્સાઇડ (કૉપર(I) ઑકસાઈડ)માંથી કૉપરનું નિષ્કર્ષણ સમજાવો.
અથવા
કૉપરનું શુદ્ધીકરણ સમજાવો.
અથવા
ફોલ્લાવાળું કૉપર મેળવવાનો તબક્કો વર્ણવો.
ઉત્તર:
ઑક્સાઇડની બનાવટ અંગેનો ΔrG વિરુદ્ધ Tના આલેખ Cu2O રેખા લગભગ ઉપર (ઊંચે) (જુઓ આકૃતિ પ્રશ્ન નં.-11) છે. આથી કૉપરની ઓક્સાઇડ અયસ્કને કોક સાથે ગરમ કરતાં સીધું ધાતુમાં રિડક્શન સહેલાઈથી થાય છે. (C, CO) અને (C, CO2) બંને રેખાઓ આલેખમાં ખાસ કરીને 500-600 K તાપમાનથી ઘણી જ નીચી જગ્યાએ છે. તે ઉપરાંત કેટલીક અયસ્કો સલ્ફાઇડ છે અને કેટલીક આયર્ન પણ ધરાવતી હોય છે.

સલ્ફાઇડ અયસ્કનું ભૂંજન પ્રગલન (smelting) કરવાથી ઑક્સાઇડ મળે છે.
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2 O + 2SO2
ત્યારબાદ ઓક્સાઇડનું કોકનો ઉપયોગ કરીને સહેલાઈથી ધાત્વીય કૉપરમાં રિડક્શન કરી શકાય.
Cu2 O + C → 2Cu + 2CO
તે ઉપરાંત પ્રક્રમમાં અયસ્કને સિલિકા સાથે મિશ્ર કરીને પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરવામાં આવે છે.
ભઠ્ઠીમાં આયર્ન ઓક્સાઇડ, આયર્ન સિલિકેટના સ્લેગ તરીકે બને છે અને કૉપર મેરેના સ્વરૂપમાં કૉપર બને છે.

આ Cu2S અને FeS ધરાવે છે.
Fe0 + SiO2 → FeSiO3 (સ્લૅગ)
ત્યારબાદ કૉપર મેગ્નેને સિલિકાના પડવાળા પરિવર્તક (converter)માં લેવામાં આવે છે, તે ઉપરાંત થોડીક સિલિકા ઉમેરવામાં આવે છે અને ગરમ હવાનો વાત ફૂંકવામાં આવે છે.

તેથી બાકી રહેલા FeSનું FeO અને Cu2S/Cu0નું કૉપર ધાતુમાં પરિવર્તન થાય. તેને નીચેની પ્રક્રિયાઓ દ્વારા દર્શાવાય છે.
2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2
FeO + SiO2 → FeSiO3
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2,
2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2
ઘનસ્વરૂપમાં મળેલા કૉપર પર ફોલ્લા (blisters) દેખાય છે. જે SO2 ના ઉત્પન્ન થવાથી હોય છે અને તેથી આને ફોલ્લાવાળું કૉપર (blister copper) કહેવામાં આવે છે.

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 19.
ઝિંક નિષ્કર્ષણમાં રિડક્શન વિશે લખો / સમજાવો.
ઉત્તર:
રીત : ઝિંક ઑક્સાઈડનું રિડક્શન કોક વાપરીને કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં તાપમાન ગરમી કોપરના કિસ્સા કરતાં વધારે ઊંચું હોય છે.
ગરમ કરવાના હેતુ માટે ઓક્સાઇડની કોક અને માટી સાથે નાની ઈંટો (brickettes) બનાવવામાં આવે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 22
ધાતુનું નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે. અને ઝડપી શીતન (Chilling) કરીને એકઠી કરવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 20.
ધાતુકર્મવિધિના વિદ્યુતરાસાયણિક સિદ્ધાંતો વિશે લખો. અથવા વિદ્યુતવિભાજન રિંક્શન પદ્ધતિ છે તે સમજાવો.
ઉત્તર:
ધાતુઓનું તેમના પિગલિત અવસ્થામાં રહેલા ધાતુ આયનોનું ધાતુમાં રિડક્શન કરવા માટે વિદ્યુતરાસાયબ્રિક સિદ્ધાંતો ઉપયોગી છે.
પિગલિત ધાતુક્ષારના રિડક્શનમાં વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે. આવી પદ્ધતિઓ વિદ્યુતરાસાયણિક સિદ્ધાંત પર આધારિત છે. જેને નીચેના સમીકરણ દ્વારા સમજી શકાય.
ΔG = -nEF
જયાં, n ઇલેક્ટ્રૉનની સંખ્યા છે, જ્યારે E પ્રણાલી દ્વારા રચાયેલા રેડોક્ષ યુગ્મ (couple)નો વિદ્યુત પોટેન્શિયલ છે, તે ઉપરાંત વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુઓના રિડક્શન પોટેન્શિયલના મૂલ્યો વધુ ઋણ હોય છે. તેથી તેમનું રિડક્શન મુશ્કેલ છે. જે બે E મૂલ્યોનો તફાવત ધન E ને અનુરૂપ હોય અને પરિજ્ઞામે સમીકરણમાં ΔG નું મૂલ્ય ઋણ બને તો ઓછી પ્રતિક્રિયાત્મક (reactive) ધાતુ દ્રાવણમાંથી બહાર આવી જશે અને વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુ દ્રાવણમાં જશે.
દા.ત., Cu2+(aq) + Fe(s) → Cu(s) + Fe2+(aq)

સાદા વિદ્યુતવિભાજનમાં Mn+ આયન ઋણ વિદ્યુતધ્રુવ (કોડ) તરફ વિભારિત થાય છે અને ત્યાં નિક્ષેપિત થાય છે.
તેથી નીપજતી ધાતુની પ્રતિક્રિયાત્મકતાને ધ્યાનમાં રાખીને સાવચેતી રાખવામાં આવે છે અને યોગ્ય પદાર્થનો વિદ્યુતધ્રુવ તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
કેટલીક વખત અભિવા પિગલિત દ્રવ્યને વધુ વિદ્યુતવાહક બનાવવા માટે ઉમેરવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 21.
હૉલ-હેરોલ્ટ પદ્ધતિ વર્ણવો.
અથવા
ઍલ્યુમિનિયમના નિષ્ઠાણ માટેનો વિદ્યુતવિભાજન કોષ સમજાવો.
ઉત્તર:
યોગ્ય પરિસ્થિતિઓ : ઍલ્યુમિનિયમની ધાતુકર્મવિધિમાં શુદ્ધ કરેલા Al2O3 ને Na3AIF6 અથવા CaF2 સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે.
જે મેટ્રિક્સ (matrix)નું ગલનબિંદુ નીચું લાવે છે અને વાહકતામાં વધારો કરે છે, પિગલિત મેટ્રિક્સ (matrix)નું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે.
પતિ : કાર્બનનું પડ ચઢાવેલ સ્ટીલનું વાસણ કૅથોડ તરીકે અને ઍફાઇટ ઍડ તરીકે વપરાય છે. એકંદર પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે લખી શકાય.
2Al2O3 +3C → 4Al+3CO2
આ પ્રક્રમ વિશાળ પાયા પર લ-હેરોલ્ટ (Hall-Heroult) પતિ તરીકે ઓળખાય છે.
આમ, પિગલિત દ્રવ્યનું વિદ્યુતવિભાજન કોષમાં કાર્બન વિદ્યુતધ્રુવો વાપરીને કરવામાં આવે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 23
ઍલ્યુમિનિયમના નિષ્કર્ષણ માટેનો વિદ્યુતવિભાજન કોષ
ઍનૌડ અને કૅથોડ પર થતી પ્રક્રિયાઓ : એનોડ પર ઉત્પન્ન થતો ઓક્સિજન એોડના કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરે છે અને CO અને CO2 નીપજે છે.
આ પ્રમાણે દર એક કિલોગ્રામ ઍલ્યુમિનિયમની નીપજ માટે આશરે 0.5 કિલોગ્રામ કાર્બન ઍનોડ બળી જાય છે.

વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે છે :
ધોડ : Al3+ (પિગલિત) + 3e → Al(l)
એનોડ: C(s) + O-2 (પિગલિત) → CO(g) + 2e
C(s)) + 2O-2 (પિગલિત) → CO2(g) + 4e

પ્રશ્ન 22.
નિમ્નકક્ષાની અયસ્કમાંથી કૉપરને શા માટે જળધાતુકર્મવિધિ (hydrometallurgy)થી નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે ?
ઉત્તર:
નિમ્નકક્ષાની અયસ્કમાંથી કૉપર જળધાતુકર્મવિધિથી નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે.
તેનું ઍસિડ અથવા બૅક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કરી નિક્ષાલન (leaching) કરવામાં આવે છે.
દ્રાવણ Cu2+ આયન ધરાવે છે તેની લોખંડના ભંગાર અથવા H2 સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
Cu2+(aq) + H2(g) → Cu(s) + 2H+(aq)

પ્રશ્ન 23.
દરિયાના પાણી (બ્રાઇન)માંથી ક્લોરિન મેળવવાની પદ્ધતિ અને ઑક્સિડેશન-રિડક્શન પ્રક્રિયાઓ લખી એનોડ અને કેથોડ ઉપરની નીપજો જણાવો.
ઉત્તર:
બ્રાઇન (દરિયાના પાણી)માંથી ક્લોરિન મેળવવાની પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે છે :
2Cl(aq) + 2H2O(l) → 2OH(aq)+ H2(g)+Cl2(g)
આ પ્રક્રિયા માટે ΔG = +422 KJ અને તેનાથી
ΔG = – nFE સૂત્ર વર્ડ ગણતરી કરતાં,
E = – 2.2 V છે.
જેથી 2.2 Vથી વધારે ઇ.એમ.એફ. બહારથી લાગુ પાડતાં આ પ્રક્રિયા પુરોગામી થાય છે.
પરંતુ વિદ્યુતવિભાજનમાં કેટલીક બાધક (hindering) પ્રક્રિયાઓને પણ ઉપરવટ (overcome) થવા માટે વધુ પોટેન્શિયલની જરૂર પડે છે.
આથી, વિદ્યુતવિભાજનથી ક્લોરિન વાયુ મેળવાય છે અને H2 અને જલીય NaOH ઉપપેદાશો તરીકે મળે છે.
પિગલિત NaClનું વિદ્યુતવિભાજન પદ્મ કહી શકાય. પરંતુ, આ કિસ્સામાં Na ધાતુ મળશે અને NaOH નહિ મળે.

પ્રશ્ન 24.
ગોલ્ડની ઘાતુકર્મવિધિના નિક્ષાલન અને ઑક્સિડેશન- રિડક્શન સમજાવો.
ઉત્તર:
ગોલ્ડ અને સિલ્વરનું નિક્ષાલન CN– વડે કરવામાં આવે છે. આ પણ ઑક્સિડેશન પ્રક્રિયા (Ag → Ag+ અથવા Au → Au+) છે.
ધાતુને પાછળથી વિસ્થાપન (displacement) પદ્ધતિ વડે પુનઃ મેળવવામાં આવે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 24
આ પ્રક્રિયામાં ઝિંક રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.

પ્રશ્ન 25.
ધાતુ માટે શુદ્ધીકરણની નિસ્યંદન અને દ્રાવગલન શુદ્ધીકરણની રીતો સમજાવો.
ઉત્તર:
નિસ્યંદન: ઝિંક અને મરક્યુરી જેવી નીચા ઉત્કલનબિંદુ ધરાવતી ધાતુઓ માટે આ વધારે ઉપયોગી છે. અશુદ્ધ ધાતુનું બાષ્પીભવન કરવામાં આવે છે જેથી નિસ્યંદિત (distillate) તરીકે ધાતુ મેળવાય છે.
દ્રાવગલન: આ પદ્ધતિમાં ટિન જેવી નીચા તાપમાને ગલન પામતી ધાતુને ઢાળવાળી સપાટી પરથી વહેવડાવવામાં આવે છે. આ રીતે ઊંચા ગલનબિંદુવાળી અશુદ્ધિઓથી અલગ કરી શકાય છે.

પ્રશ્ન 26.
વિદ્યુતવિભાજનીય ધાતુના શુદ્ધીકરણ વિશે લખો.
ઉત્તર:
પતિ : આ પદ્ધતિમાં અશુદ્ધ ધાતુ એનોડ તરીકે વર્તે છે. આ જ ધાતુની શુદ્ધ નાની પટ્ટીને કેથોડ તરીકે વાપરવામાં આવે છે. તેમને તે જ ધાતુના દ્રાવ્ય ક્ષાર ધરાવતા વિદ્યુતવિભાજ્ય પાત્ર (bath)માં મૂકવામાં આવે છે. તેથી વધુ બેઝિક ધાતુ દ્રાવણમાં રહી જાય છે અને ઓછી બેઝિક ધાતુ એનોડ પંક (mud) તરફ જાય છે.
આ પ્રક્રમને વિદ્યુતધ્રુવના વિદ્યુતધ્રુવ પોર્ટન્શિયલ, અધિવાતા અને ગબ્સ-ઊર્જાની સંકલ્પનાના આધારે સમજાવી શકાય છે.

પ્રક્રિયા:
એનોડ: M → Mn+ + ne
કથોડ : Mn+ + ne → M
કૉપરનું શુદ્ધીકરણ વિદ્યુતવિભાજનીય પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.
એનોડ અશુદ્ધ કોપરના હોય છે. શુદ્ધ કૉપરની પટ્ટી ઘોડ તરીકે લેવામાં આવે છે.

વિદ્યુતવિભાજય કૉપર સલ્ફેટનું ઍસિડિક દ્રાવણ હોય છે અને વિદ્યુતવિભાજનનું ચોખ્ખું (net) પરિણામ કૉપરનું અનોડમાંથી કૅથોડમાં શુદ્ધ કૉપર તરીકે સ્થાનાંતરણ હોય છે.
એનોડ: Cu → Cu2+ + 2
કૅથોડ : Cu2+ + 2e → Cu
ફોલ્લાવાળા તાંબામાંથી અશુદ્ધિઓ એનોડ પંક તરીકે નિક્ષેપિત થાય છે જે ઍન્ટિમની, સેલેનિયમ, ટેલુરિયમ, સિલ્વર, ગૌહડ અને પ્લેટિનમ ધરાવે છે. આ તત્ત્વોની પુનઃપ્રાપ્તિ (recovery) શુદ્ધીકરણની કિંમતને સરભર કરી શકે છે.

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 27.
ઝોન શુદ્ધીકરણ (રિફાઇનિંગ) પદ્ધતિ વિગતવાર સમજાવો.
ઉત્તર:
સિદ્ધાંત : અશુદ્ધિઓ ધાતુના ધન સ્વરૂપને બદલે પીગળેલ સ્વરૂપમાં વધારે દ્રાવ્ય હોય છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 25
રીત : આકૃતિમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે અશુદ્ધ ધાતુના સળિયાના એક છેડે ફરતે ગતિશીલ (mobile) હીટરને જડવામાં આવે છે. ત્યારબાદ પિગલિત ઝોન હીટરની સાથે સાથે આગળ વધે છે. જેમ હીટર આગળ વધે તેમ પાછળ રહી ગયેલી પિગલિત ધાતુમાંથી શુદ્ધ ધાતુ સ્ફટિકીકરણ પામતી જાય છે તથા હીટરની હલનચલન વડે ઉત્પન્ન થયેલા નવા પિગલિત ઝોનમાં અશુદ્ધિઓ પસાર થતી જાય છે.
આ પતિ કેટલીક વખત પુનરાવર્તિત કરવામાં આવે છે અને હીટરને તે જ દિશામાં ખસેડવામાં આવે છે.
ત્યારબાદ એક છેડે અશુદ્ધિઓ સંકેન્દ્રિત થાય છે. પછી આ છેડાને કાપી નાખવામાં આવે છે.

ઉપયોગિતા : આ પદ્ધતિ અર્ધવાહકો બનાવવામાં તથા અન્ય ધાતુઓને વધુ ઊંચી શુદ્ધતાવાળી મેળવવામાં ઘણી જ ઉપયોગી છે. જેમ કે, જર્મેનિયમ, સિલિકોન, બોરોન, ગેલિયમ અને ઇન્ડિયમ,

પ્રશ્ન 28.
બાષ્પકલા શુદ્ધીકરણ સમજાવો.
અથવા
બાષ્પ અવસ્થામાં ધાતુઓનું શુદ્ધીકરણ સમજાવો, ઉદાહરણ આપો.
ઉત્તર:
સિદ્ધાંત/પદ્ધતિ : આ પદ્ધતિમાં ધાતુને તેના બાષ્પશીલ સંયોજનમાં પરિવર્તિત કરી એકઠી કરવામાં આવે છે, જેનું વિઘટન કરી શુદ્ધ ધાતુ મેળવી શકાય છે.

આની બે જરૂરિયાતો નીચે પ્રમાણે છે :

  • પ્રાપ્ય પ્રક્રિયક સાથે ધાતુએ બાષ્પશીલ સંયોજનનું નિર્માણ કરવું પડે છે.
  • બાષ્પશીલ સંયોજન સહેલાઈથી વિઘટનીય હોવો જોઈએ જેથી પુનઃપ્રાપ્તિ સરળ બને.

પ્રશ્ન 29.
વિના શુદ્ધીકરણ માટેનો મોડ પ્રક્રમ સમાવી. [માર્ચ-20201
ઉત્તર:
આ ક્રમમાં નિકલને કાર્બન મોનોક્સાઈડના પ્રવાહમાં ગરમ કરવામાં આવે છે જેથી બાષ્પશીલ સંકીર્ણ નિાલ ટાકોનિલ બને છે.
આ સંકીર્ણનું ઊંચા તાપમાને બિયરન થતાં યુદ્ધ પતુ મળે છે.
GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો 26

પ્રશ્ન 30.
વન આય પદ્ધતિ ઉદાહરણથી સમજાવી.
અથવા
ઝોબિયમ અને ટિટેનિયમ ધાતુઓનું કરણ સજાવી,
ઉત્તર:
આ પતિત Zr અને Ti જેવી કેટલીક ધાતુઓમાં શુદ્ધિ સ્વરૂપ રહેલા બધા જ ઑક્સિજન અને નાઈટ્રોજનને દૂર કરવા માટે ઘણી ઉપોગી છે. અપરિષ્કૃત (cade) તુને આયોડિન સાથે શૂન્યાવકાશ કરેલ પાકમાં ગરમ કરવામાં આવે છે. ધાતુ આયોડાઇડ વધુ
સહસંધીક હોવાથી બાષ્પિત થાય છે.
Zr + 2I2 → ZrI4
ધાતુ આર્ધોઇને વિદ્યુતીષ રીતે આચરે 1800 K નાપમાને ગરમ કરેલા ટંગસ્ટન તાર (filament) પર વિપરિત કરવામાં આવે છે. આમ, શુદ્ધ ધાતુ તે તાર પર નિષિત થાય છે. rl + 21 + 21
ZrI4 → Zr + 2I2

પ્રશ્ન 31.
કોમેટોગ્રાફી પદ્ધતિઓ વિશે લાખો,
ઉત્તર:
સિદ્ધાંત : આ પદ્ધતિ મિશ્રણમાંના જુદાજુદા ઘટકો અધિશોધક પર અલગ અલગ રીતે પોષણ પામે છે તે સિદ્ધાંત પર આધારિત છે.
રીતઃ આ પદ્ધતિમાં ધાતુ આપનોનું મિશ્રણ લેવામાં આવે છે. મિક્સને યોગ્ય દ્રાવકની કરથી દ્વાવણ બનાવીને ચોગ્ય વન અધિશોધકની ઉપર મૂકતાં અધિશોષિત શ્રાપ છે.

આ કોઈ શુદ્ધ દ્રાવક, દ્રાવકોનું મિત્ર કે કોઈ વાપુને સ્થિરક્કા પરથી ધીમે ધીમે પસાર થવા દેવામાં આવે છે. તથા જેમ જેમ ગતિશીલા આગળ વધતી જાય છે તેમ-તેમ મિશનના જુદ્ધ જુદા ઘટકો અલગ થતા જાય છે.

તે ઉપરાંત કેટલીક ક્રોમેટોગ્રાફિક વિધિઓ જેવી કે પેપર કૉમેટોગ્રાફી, સ્તંબ ક્રોમેટોમાડી, વધુ કૉમેટોગ્રાફી વગેરે. જેમાં સ્તંભ કૉમેટોગ્રાફી જે નવો અલ્પ માત્રામાં પ્રાપ્ય હોય તેના માટે અને અશુદ્ધિઓ ને તત્ત્વોના રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે વધુ જાણું ધરાવતી નથી તેના માટે વધુ ઉપયોગી છે.

પ્રશ્ન 32.
ઍલ્યુમિનિયમના ઉપયોગો લખો.
ઉત્તર:
ઍલ્યુમિનિયમના વરખ (foil) ખાદ્ય પદાર્થોના ઢાંકણ (wrapper) તરીકે વપરાય છે. તે ઉપરાંત ધાતુની ઝીણી રજ રંગો અને લેકરમાં વપરાય છે. ઍલ્યુમિનિયમ ખૂબ જ સક્રિય હોવાથી તેનો ઉપયોગ ક્રોમિયમ અને મેંગેનીઝ ધાતુઓને તેમના ઑક્સાઇડમાંથી મેળવવા માટે થાય છે. ઍલ્યુમિનિયમના તાર વિદ્યુતના વાહક તરીકે વપરાય છે તથા ઍલ્યુમિનિયમની મિશ્રધાતુઓ હલકી હોવાથી ઘણી જ ઉપયોગી છે.

પ્રશ્ન ૩૩.
કૉપરના ઉપયોગો લખો.
ઉત્તર:
કૉપરનો ઉપયોગ વિદ્યુતીય ઉદ્યોગોમાં તાર બનાવવા માટે તથા પાણી અને વરાળ માટેની પાઇપ બનાવવા પણ થાય છે. તે કેટલીક તેની મિશ્રધાતુઓમાં વપરાય છે જે કૉપર કરતાં વધુ મજબૂત હોય છે. જેમ કે, પિત્તળ (ઝિક સાથે), બ્રોન્ઝ (ટિન સાથે) અને ચલણી સિક્કા (નિકલ સાથે).

GSEB Solutions Class 12 Chemistry Important Questions Chapter 6 તત્ત્વોના અલગીકરણ માટેના સામાન્ય સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રમો

પ્રશ્ન 34.
ઝંના ઉપયોગો લખો.
ઉત્તર:
ઝિંકનો ઉપયોગ આયર્ન પર જસતનો ઢોળ (galvanising) ચઢાવવા માટે થાય છે. તે મોટા પ્રમાણમાં બૅટરીમાં વપરાય છે, કેટલીક મિશ્રધાતુઓમાં ઘટક તરીકે વપરાય છે. જેમ કે, પિત્તળ [Cu 60%, Zn 40%] અને જર્મન સિલ્વર [u 25-30%, Zn 25-30%, Ni 40-50%) ઝિંકની રજ (dust), રંગકો, રંગો વગેરેના ઉત્પાદનમાં રિડક્શનકર્તા તરીકે વપરાય છે.

પ્રશ્ન 35.
આયર્નના ઉપયોગો લખો.
ઉત્તર:

  • ભરતર લોખંડ જે આયર્નનું સૌથી વધુ ઉપયોગી સ્વરૂપ છે. તેનો ઉપયોગ સ્ટવ, રેલવેના સ્લીપર, ગટરની પાઇપ, રમકડાં વગેરેમાં થાય છે. તેનો ઘડતર લોખંડ અને સ્ટીલના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગ થાય છે.
  • ઘડતર લોખંડનો ઉપયોગ લંગર, તાર, બોલ્ટ, સાંકળ અને કૃષિય સાધનોની બનાવટમાં થાય છે. તે ઉપરાંત તેમાં અન્ય ધાતુઓ ઉમેરવાથી સ્ટીલની મિશ્રધાતુ બને છે.
  • નિકલ સ્ટીલનો ઉપયોગ કેબલ, ઑટોમોબાઇલ અને ઍરોપ્લેનના ભાગો, લોલક, માપન માટેની ટેપ (માપપટ્ટી) બનાવવામાં ક્રૉમ સ્ટીલનો ઉપયોગ સાધનો કાપવા માટે અને દળવાના મશીન (શ)માં અને સ્ટેનલેસ સ્ટીલનો ઉપયોગ સાઇકલ, ઑટોમોબાઇલ, વાસણો, પેન વગેરે બનાવવામાં થાય છે.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *