BPSC 70वीं CCE पुनर्परीक्षा प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 26 / 142

सही — A, Ni। वनस्पति घी तरल वनस्पति तेल को कठोर करके बनाया जाता है, और उसके पीछे की रसायन-विद्या एक ही अभिक्रिया है। वनस्पति तेल असंतृप्त वसा अम्लों के ट्राइग्लिसराइड हैं: उनकी हाइड्रोकार्बन शृंखलाओं में कार्बन-कार्बन द्विबंध होते हैं, और हर द्विबंध शृंखला में एक मोड़ डाल देता है, जिससे अणु पास-पास नहीं जम पाते — और इसीलिए तेल कमरे के तापमान पर तरल रहता है। गर्म तेल में किसी उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन गैस प्रवाहित कीजिए, तो हाइड्रोजन उन द्विबंधों पर जुड़ जाती है, शृंखलाएँ सीधी हो जाती हैं, गलनांक ऊपर उठ जाता है, और तेल अर्ध-ठोस वसा में बदल जाता है। औद्योगिक पैमाने पर यह काम जिस उत्प्रेरक से होता है वह है महीन चूर्ण के रूप में निकेल, जो लगभग 450 से 500 केल्विन पर कुछ वायुमंडलीय दाब की हाइड्रोजन के साथ प्रयुक्त होता है — यही प्रक्रिया 1903 में विल्हेल्म नॉर्मन ने पेटेंट कराई थी, और वनस्पति घी का अस्तित्व ही उसी की देन है। निकेल रसायन-विद्या के साथ-साथ अर्थशास्त्र पर भी जीतता है: वह हाइड्रोजनीकरण का प्रभावी उत्प्रेरक है, उसे निकेल ऑक्साइड के अपचयन से या निकेल-ऐलुमिनियम मिश्रधातु से ऐलुमिनियम निथारकर रेनी निकेल के रूप में विशाल पृष्ठ-क्षेत्रफल के साथ तैयार किया जा सकता है, और वह इतना सस्ता है कि खाद्य-तेल संयंत्र में टनों के हिसाब से बरता जा सके। यह भी देखिए कि उत्प्रेरक क्या नहीं करता: वह उत्पाद में आता ही नहीं और अभिक्रिया के बाद छानकर निकाल लिया जाता है, क्योंकि उत्प्रेरक कम ऊर्जा वाला रास्ता देकर अभिक्रिया की दर बदलता है और अपरिवर्तित लौट आता है। चूँकि विकल्प (a) सही है, इसलिए बचाव वाला विकल्प (d) टिक नहीं सकता। एक परिणाम जानने योग्य है: आंशिक हाइड्रोजनीकरण में बचे हुए कुछ सिस द्विबंध ट्रांस रूप में बदल जाते हैं, और ट्रांस वसा LDL कोलेस्ट्रॉल बढ़ाती है तथा HDL घटाती है — इसीलिए भारत के खाद्य नियामक ने खाद्य तेलों और वसाओं में ट्रांस वसा अम्लों की सीमा क्रमशः कसी है।

• (b)Pd — रसायन-विद्या की दृष्टि से सही और अर्थशास्त्र की दृष्टि से असंभव, और इसीलिए यह सोचने वाले अभ्यर्थी की भूल है। पैलेडियम — प्रायः कार्बन पर चढ़े पैलेडियम के रूप में — हाइड्रोजनीकरण का उत्कृष्ट उत्प्रेरक है और प्लैटिनम के साथ प्रयोगशाला या सूक्ष्म-रसायन संश्लेषण का मानक चुनाव है। वह एक बहुमूल्य धातु है, जिसकी क़ीमत निकेल से कई गुना है, और साल में हज़ारों टन तेल कठोर करने वाली कोई खाद्य-तेल रिफ़ाइनरी उसका प्रयोग नहीं करेगी।
• (c)Fe — लोहा एक प्रसिद्ध औद्योगिक उत्प्रेरक है, पर बिलकुल दूसरी अभिक्रिया के लिए: पोटैशियम और ऐलुमिनियम ऑक्साइड जैसे उत्प्रेरक-वर्धकों के साथ महीन चूर्ण वाला लोहा हैबर प्रक्रम का उत्प्रेरक है, जो नाइट्रोजन और हाइड्रोजन को मिलाकर अमोनिया बनाता है। एक ही प्रश्न में 'उत्प्रेरक' और 'हाइड्रोजन' देखकर लोहे की ओर हाथ बढ़ा देना — यह विकल्प ठीक इसी साहचर्य पर बना है।
• (d)उपर्युक्त में से कोई नहीं — यह इसलिए गिरता है कि निकेल सीधे-सीधे सूची में मौजूद है। बचाव वाला विकल्प तभी सही होता है जब बाक़ी तीनों को ग़लत सिद्ध किया जा सके, और यहाँ उनमें से पहला ही वह उत्प्रेरक है जिसका नाम तेल कठोर करने के हर स्कूली और स्नातक-स्तरीय विवरण में आता है।

उत्प्रेरक अभिक्रिया को इसलिए तेज़ करता है कि वह कम सक्रियण ऊर्जा वाला रास्ता देता है, और अंत में रासायनिक रूप से अपरिवर्तित निकल आता है। विषमांगी उत्प्रेरक, जैसे यहाँ प्रयुक्त निकेल, अभिकारकों से अलग प्रावस्था में होते हैं — तरल और गैस के संपर्क में एक ठोस — और वे अपने पृष्ठ पर काम करते हैं: हाइड्रोजन अणु धातु पर अधिशोषित होकर परमाणुओं में टूटते हैं, वसा अम्ल शृंखला का द्विबंध भी बग़ल में अधिशोषित होता है, हाइड्रोजन परमाणु उस पर जुड़ जाते हैं, और संतृप्त शृंखला विशोषित होकर हट जाती है। इसलिए उत्प्रेरक की पूरी अभिकल्पना पृष्ठ-क्षेत्रफल पर केंद्रित होती है, और इसीलिए उसे महीन चूर्ण के रूप में बरता जाता है। पूरे कुल को एक सारणी की तरह याद रखना चाहिए: तेलों के हाइड्रोजनीकरण के लिए निकेल, हैबर प्रक्रम में अमोनिया के लिए लोहा, संपर्क प्रक्रम में सल्फ़र ट्राइऑक्साइड के लिए वैनेडियम पेंटॉक्साइड, ऑस्टवाल्ड प्रक्रम में नाइट्रिक ऑक्साइड के लिए प्लैटिनम-रोडियम जाली, और बहुलकीकरण के लिए ज़ीग्लर-नाटा उत्प्रेरक।

इस प्रश्न से निकलने का रास्ता यह पूछना है कि हर धातु किस काम के लिए प्रसिद्ध है, न कि यह कि वह काम कर सकती है या नहीं। लोहा अमोनिया का उत्प्रेरक है; पैलेडियम और प्लैटिनम प्रयोगशाला के हाइड्रोजनीकरण उत्प्रेरक हैं; और निकेल तेलों के लिए औद्योगिक उत्प्रेरक है। लागत से तर्क कीजिए तो वही उत्तर स्वतंत्र रूप से मिल जाता है: खाद्य-तेल संयंत्र टनों के हिसाब से तेल कठोर करता है, इसलिए उत्प्रेरक किसी प्लैटिनम-समूह धातु के बजाय कोई सामान्य धातु ही हो सकती है, और सूची में एकमात्र सामान्य धातु जो हाइड्रोजनीकरण का उत्प्रेरण करती ही है, वह निकेल है। यह भी स्पष्ट रहना चाहिए कि भौतिक रूप से बदलता क्या है। हाइड्रोजनीकरण वसा को अधिक 'शुद्ध' या अधिक पौष्टिक नहीं बनाता; वह शृंखलाओं को संतृप्त करता है, जिससे उत्पाद भारतीय कमरे के तापमान पर ठोस रहता है, बासी हुए बिना कहीं अधिक समय तक चलता है, और ऊँचे तापमान पर तलने के काम आ सकता है। इसकी पोषण-लागत आंशिक हाइड्रोजनीकरण से बनी ट्रांस वसा है, और इसीलिए नियामक की दिशा इस प्रक्रिया की प्रशंसा करने की नहीं, उसे सीमित करने की रही है।

• वनस्पति तेल के वनस्पति घी में हाइड्रोजनीकरण में महीन चूर्ण वाला निकेल उत्प्रेरक के रूप में लगभग 450 से 500 K पर कुछ वायुमंडलीय दाब की हाइड्रोजन के साथ प्रयुक्त होता है; इस प्रक्रिया का पेटेंट 1903 में विल्हेल्म नॉर्मन ने कराया था।
• असंतृप्त वसा अम्ल शृंखलाओं में कार्बन-कार्बन द्विबंध होते हैं, जो अणु में मोड़ डालकर तेल को तरल बनाए रखते हैं; उन बंधों पर हाइड्रोजन जुड़ने से शृंखलाएँ सीधी हो जाती हैं और गलनांक बढ़ जाता है।
• रेनी निकेल, जो निकेल-ऐलुमिनियम मिश्रधातु से ऐलुमिनियम निथारकर बनाया जाता है, इस उत्प्रेरक का मानक उच्च-पृष्ठ-क्षेत्रफल वाला रूप है।
• उत्प्रेरक-वर्धकों के साथ लोहा अमोनिया के लिए हैबर प्रक्रम का उत्प्रेरक है; वैनेडियम पेंटॉक्साइड सल्फ़्यूरिक अम्ल के संपर्क प्रक्रम में प्रयुक्त होता है; और पैलेडियम तथा प्लैटिनम प्रयोगशाला के हाइड्रोजनीकरण उत्प्रेरक हैं।
• आंशिक हाइड्रोजनीकरण कुछ सिस द्विबंधों को ट्रांस रूप में बदल देता है, जिससे बनी ट्रांस वसा अम्ल LDL बढ़ाती और HDL घटाती है — यही कारण है कि भारत के खाद्य नियामक ने खाद्य तेलों और वसाओं में ट्रांस वसा की मात्रा पर सीमा लगाई है।

• पैलेडियम इसलिए चुन लेना कि वह बेहतर उत्प्रेरक है। वह है भी, और थोक में खाद्य तेल कठोर करने के लिए कहीं अधिक महँगा भी है।
• अभिक्रिया में हाइड्रोजन देखकर लोहे की ओर बढ़ जाना। लोहा हैबर प्रक्रम का अमोनिया उत्प्रेरक है, तेल के हाइड्रोजनीकरण का उत्प्रेरक नहीं।
• यह समझ लेना कि उत्प्रेरक वनस्पति घी में ही रह जाता है। उसे छानकर निकाल लिया जाता है और वापस पा लिया जाता है; जिस अभिक्रिया को उत्प्रेरक तेज़ करता है, वह उसे ख़र्च नहीं करती।

BPSC व्यावहारिक रसायन को रोज़मर्रा के उत्पादों के रास्ते पूछता है — कौन-सा उत्प्रेरक तेल कठोर करता है, किसी प्रक्रम में कौन-सी गैस लगती है, कोई घरेलू रसायन क्या है — और अनुमान लगाने वालों को दंडित करने के लिए साथ में बचाव वाला विकल्प जोड़ देता है। UPSC ने उत्प्रेरक का सीधा प्रश्न पूछना लगभग छोड़ दिया है और उसी रसायन तक उपभोक्ता तथा स्वास्थ्य के चौखटे से पहुँचता है, जैसे उसका वह प्रश्न कि 'ट्रांस-वसा रहित' का दावा असल में क्या बताता है।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  अमोनिया के निर्माण की हैबर प्रक्रिया में प्रयुक्त उत्प्रेरक है

  • (a)महीन चूर्ण वाला निकेल
  • (b)उत्प्रेरक-वर्धकों सहित महीन चूर्ण वाला लोहा
  • (c)वैनेडियम पेंटॉक्साइड
  • (d)प्लैटिनम-रोडियम जाली

  उत्तर(b) पोटैशियम ऑक्साइड और ऐलुमिनियम ऑक्साइड जैसे उत्प्रेरक-वर्धकों सहित महीन चूर्ण वाला लोहा। वैनेडियम पेंटॉक्साइड सल्फ़्यूरिक अम्ल के संपर्क प्रक्रम का है, प्लैटिनम-रोडियम जाली नाइट्रिक अम्ल के ऑस्टवाल्ड प्रक्रम की, और निकेल तेलों के हाइड्रोजनीकरण का।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  हाइड्रोजनीकरण तरल वनस्पति तेल को अर्ध-ठोस वसा में इसलिए बदल देता है कि वह

  • (a)तेल से जल हटा देता है
  • (b)कार्बन-कार्बन द्विबंधों पर हाइड्रोजन जोड़कर वसा अम्ल शृंखलाओं को संतृप्त कर देता है
  • (c)वसा अम्लों का ऑक्सीकरण कर देता है
  • (d)ट्राइग्लिसराइड को मुक्त वसा अम्लों और ग्लिसरॉल में तोड़ देता है

  उत्तर(b) कार्बन-कार्बन द्विबंधों पर हाइड्रोजन जोड़कर वसा अम्ल शृंखलाओं को संतृप्त कर देता है — जिससे वे सीधी हो जाती हैं और अणु पास-पास जम जाते हैं, और गलनांक बढ़ जाता है। ट्राइग्लिसराइड को वसा अम्लों और ग्लिसरॉल में तोड़ना जल-अपघटन है, जो अलग अभिक्रिया है।