खालीलपैकी कोणती/त्या धातुंची/च्या जोडी/जोड्या त्यांच्या खनिजांपासून वेगळे काढण्यासाठी साईनाईड जटिल आयनचे द्रावण वापरतात ? (A) Cu आणि Au (B) Co आणि Ag (C) Au आणि Ag (D) Na आणि Hg पर्यायी उत्तरे :
- (1)दोन्ही (A) आणि (B)
- (2)फक्त (C)
- (3)फक्त (D)
- (4)दोन्ही (C) आणि (D)
बरोबर उत्तर पर्याय (2) — 'फक्त (C)', म्हणजे सोने आणि चांदी ही जोडी. साईनाईड निक्षालन हा या यादीतील फक्त याच दोन उदात्त धातूंसाठी वापरला जाणारा उत्कृष्ट जलधातुकर्मीय मार्ग आहे, इतर कोणत्याही धातूसाठी नाही. खनिज बारीक भुकटी होईपर्यंत दळले जाते आणि हवेच्या उपस्थितीत सोडियम किंवा पोटॅशियम साईनाईडच्या विरळ द्रावणाने त्यावर प्रक्रिया केली जाते; धातू विद्राव्य साईनाईड जटिल आयनाच्या रूपात विरघळतो — सोन्यासाठी डायसायानोऑरेट आयन आणि चांदीसाठी डायसायानोअर्जेंटेट आयन — आणि उरलेला निरुपयोगी खडक गाळून बाजूला काढला जातो. विरघळलेला धातू नंतर जस्ताची भुकटी टाकून परत मिळवला जातो : जस्त अधिक विद्युतधन असल्याने ते साध्या विस्थापन अभिक्रियेत जटिल आयनातून सोने किंवा चांदी विस्थापित करते आणि द्रावणात टेट्रासायानोझिंकेट मागे राहते. विरघळण्याच्या टप्प्यासाठी हवेतील ऑक्सिजन अत्यावश्यक असतो, म्हणूनच निक्षालन द्रावणात हवा खेळवली जाते. ही प्रक्रिया मॅकआर्थर आणि फॉरेस्ट बंधू यांच्या नावाने ओळखली जाते; त्यांनी एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात तिचे स्वामित्वहक्क घेतले, आणि कमी दर्जाची खनिजेही किफायतशीरपणे वापरता येऊ लागल्याने तिने सोन्याच्या खाणकामाचे स्वरूपच बदलले. ही पद्धत नेमक्या याच दोन धातूंपुरती का मर्यादित आहे याची दोन कारणे आहेत : सोने व चांदी मुख्यतः मुक्त अवस्थेत, खडकात अत्यंत विखुरलेल्या स्वरूपात आढळतात, त्यामुळे प्रचंड निरुपयोगी खडकातून त्यांनाच निवडकपणे विरघळवून काढणारा रासायनिक मार्ग नेमका उपयोगी पडतो; आणि हे दोन्ही धातू साईनाईड आयनाशी असामान्यरीत्या स्थिर जटिल संयुगे बनवतात, आणि तीच निवडक विद्राव्यता मुळात शक्य करते. विधान (C) नेमकी हीच जोडी सांगते, म्हणून पर्याय (2) हेच उत्तर.
- (1)दोन्ही (A) आणि (B) — पर्याय (1) स्वीकारायचा तर तांबे आणि कोबाल्ट हे साईनाईडने निक्षालित होणारे धातू असावे लागतील, आणि ते दोन्ही तसे नाहीत. तांबे मुख्यतः सल्फाइड खनिजांपासून मिळवले जाते — संहतीकरण, भाजणे आणि वितळवून मॅट बनवणे, आणि नंतर परिवर्तकात स्वयं-क्षपण; कमी दर्जाच्या साठ्यासाठी जिथे द्रावणाचा मार्ग वापरला जातो तिथेही ते आम्ल निक्षालन असते, साईनाईड निक्षालन नव्हे. कोबाल्ट मुख्यतः तांबे व निकेलच्या प्रक्रियेतले उपउत्पादन म्हणून मिळते, आणि तेही साईनाईडशी काहीही संबंध नसलेल्या मार्गांनी. बरोबर उत्तरात सोने येते एवढेच लक्षात ठेवून सोने असलेली कोणतीही जोडी स्वीकारणाऱ्या उमेदवाराला पकडण्यासाठीच हा पर्याय बांधलेला आहे — विधान (A) मध्ये Au खरोखर आहे, पण ते तांब्यालाही सोबत ओढून आणते.
- (3)फक्त (D) — सोडियम आणि पारा हे साईनाईड निक्षालनापासून जितके दूर जाता येईल तितक्या दूरच्या मार्गांनी मिळवले जातात. सोडियम इतका क्रियाशील आहे की तो जलीय द्रावणातून मिळवताच येत नाही; त्यासाठी डाउन प्रक्रियेत वितळलेल्या सोडियम क्लोराइडचे विद्युत अपघटन करावे लागते, कारण पाणी उपस्थित असेल तर सोडियम आयनाआधी पाण्याचेच क्षपण होईल. पारा त्याच्या सल्फाइड खनिजापासून, म्हणजे सिनाबारपासून, केवळ हवेत भाजून मिळवला जातो — धातूची वाफ निघून जाते आणि ती संघनित केली जाते. हा पर्याय निवडणाऱ्या उमेदवाराने बहुधा हे दोन्ही धातू वेगळ्या स्वभावाचे आहेत एवढे ओळखलेले असते आणि त्यावरून त्यांना वेगळीच पद्धत लागू होत असणार असे गृहीत धरलेले असते.
- (4)दोन्ही (C) आणि (D) — पर्याय (4) बरोबर जोडी ओळखतो आणि मग तिच्या जोडीला एक चुकीची जोडी जोडून टाकतो — विधानांच्या यादीच्या प्रश्नात हीच ठरलेली 'थोडक्यात हुकलेली' रचना आहे. विधान (C), म्हणजे सोने व चांदी, बरोबर आहे; पण विधान (D), म्हणजे सोडियम व पारा, बरोबर नाही : सोडियम वितळलेल्या क्लोराइडच्या विद्युत अपघटनातून आणि पारा सिनाबार भाजण्यातून मिळतो. खऱ्या विधानाला खोटे विधान जोडणे हे खरे विधान वगळण्याइतकेच घातक असते, आणि हे टाळणारी शिस्त एकच : कोणताही पर्याय वाचण्याआधी छापलेल्या प्रत्येक विधानाचा निकाल स्वतंत्रपणे लावणे.
निष्कर्षण धातुकर्म आपली पद्धत धातूची क्रियाशीलता आणि त्याच्या खनिजाचे रसायनशास्त्र पाहून निवडते, आणि संपूर्ण विषय तीन ढोबळ मार्गांच्या रूपात लक्षात ठेवता येतो. सर्वाधिक क्रियाशील धातू — सोडियम, पोटॅशियम, कॅल्शियम, मॅग्नेशियम, अॅल्युमिनिअम — वितळलेल्या क्षाराच्या किंवा ऑक्साइडाच्या विद्युत अपघटनानेच मिळवले जातात, कारण एवढा प्रबळ क्षपणकर्ता रासायनिक स्वरूपात उपलब्ध नाही आणि जलीय मार्गात पाण्याचेच आधी क्षपण होईल; वितळलेल्या सोडियम क्लोराइडपासून सोडियम आणि वितळलेल्या क्रायोलाइटमध्ये विरघळवलेल्या अॅल्युमिनापासून अॅल्युमिनिअम ही याची ठरलेली उदाहरणे. मध्यम क्रियाशीलतेचे धातू, ज्यांची खनिजे ऑक्साइड असतात किंवा भाजून वा निस्तापन करून आधी ऑक्साइडात बदलली जातात, ते भट्टीत कार्बन किंवा कार्बन मोनॉक्साइडने क्षपण करून मिळवले जातात; लोखंड आणि जस्त ही याची उत्कृष्ट उदाहरणे. सर्वात कमी क्रियाशील धातूंना सर्वात कमी कष्ट लागतात : पारा केवळ सिनाबार भाजून मिळतो, आणि मुख्यतः मुक्त अवस्थेत आढळणारे सोने व चांदी साईनाईडच्या द्रावणात निवडकपणे विरघळवून आणि नंतर जस्ताने विस्थापित करून मिळवले जातात. हा शेवटचा मार्ग, म्हणजे निक्षालन, जलधातुकर्माचा भाग आहे — त्यात धातू वितळवण्याऐवजी द्रावणात घेतला जातो — आणि मौल्यवान धातू प्रचंड निरुपयोगी खडकात अत्यंत विरळ प्रमाणात विखुरलेला असेल तिथे तो वापरला जातो. त्याची किंमत पर्यावरणीय आहे : साईनाईड तीव्र विषारी असल्याने निक्षालन द्रावण व अवशेषांची सुरक्षित हाताळणी ही सोन्याच्या खाणकामाभोवतीची कायमची चिंता आहे.
एमपीएससीचा रसायनशास्त्र विभाग धातुकर्म बहुधा पद्धत-ते-धातू या स्मरणाच्या रूपात विचारतो — कोणता धातू विद्युत अपघटनाने, कोणता कार्बनाच्या क्षपणाने, कोणता निक्षालनाने, आणि नामांकित प्रक्रियांची नावे काय. कार्यक्षम तयारी म्हणजे धातू, त्याचे प्रमुख खनिज आणि त्याचा निष्कर्षण मार्ग असा एकच तक्ता, कारण आयोगाने या विषयावर विचारलेल्या जवळजवळ प्रत्येक प्रश्नाचे उत्तर तोच तक्ता देतो. या प्रश्नाने त्यावर 2024 च्या संपूर्ण प्रश्नपत्रिकेत आढळणारे विधान-यादीचे वेष्टन चढवले आहे; आणि इथे एक गोष्ट लक्षात घेण्यासारखी आहे — या प्रश्नाची विधान-अक्षरे मोठ्या टंकात, म्हणजे (A) ते (D) अशी छापली आहेत, तर शेजारच्या प्रश्नांत ती लहान टंकात आहेत. प्रश्नपत्रिका या बाबतीत सुसंगत नाही, म्हणून प्रत्येक प्रश्नाची अक्षरे त्या-त्या प्रश्नात जशी छापली आहेत तशीच वाचावीत. चुकीच्या पर्यायांची रचनाही नेहमीचीच आहे : बरोबर जोडी एका पर्यायात एकटी दिली आहे आणि दुसऱ्या पर्यायात एका खोट्या जोडीसोबत पुन्हा दिली आहे, त्यामुळे गुण प्रत्येक विधानाचा स्वतंत्र निकाल लावण्याच्या शिस्तीवरच अवलंबून राहतो.
- सोने व चांदी साईनाईड निक्षालनाने मिळवले जातात : हवेच्या उपस्थितीत सोडियम किंवा पोटॅशियम साईनाईडच्या विरळ द्रावणात धातू विद्राव्य साईनाईड जटिल आयनाच्या रूपात विरघळतो.
- विरघळलेला धातू निक्षालन द्रावणातून जस्ताच्या भुकटीने विस्थापित करून परत मिळवला जातो, कारण जस्त हा अधिक विद्युतधन धातू आहे.
- ही साईनाईड प्रक्रिया मॅकआर्थर-फॉरेस्ट प्रक्रिया म्हणून ओळखली जाते आणि तिने कमी दर्जाची सोन्याची खनिजे वापरणे किफायतशीर बनवले.
- सोडियम डाउन प्रक्रियेत वितळलेल्या सोडियम क्लोराइडच्या विद्युत अपघटनाने मिळवला जातो, कोणत्याही जलीय द्रावणातून नव्हे, कारण सोडियम आयनाआधी पाण्याचेच क्षपण होईल.
- पारा त्याचे सल्फाइड खनिज सिनाबार हवेत भाजून आणि धातूची वाफ संघनित करून मिळवला जातो.
सायनाइड निक्षालन नोबल धातूंपुरतेच मर्यादित राहण्याची दोन कारणे आहेत : हे धातू बहुतांशी मूळ स्थितीत, खडकात अत्यंत विखुरलेल्या रूपात आढळतात, म्हणून प्रचंड गँगमधून त्यांना निवडकपणे उचलणारा द्रावक हवा असतो — आणि दोघेही सायनाइड आयनाशी असामान्यपणे स्थिर जटिले बनवतात. विरघळण्याच्या क्रियेत हवेतील ऑक्सिजन अनिवार्य असतो, म्हणूनच निक्षालन द्रावणात हवा खेळवली जाते.
- सोने असलेला कोणताही पर्याय, त्याच्यासोबतचा धातू न तपासताच स्वीकारणे
- सोडियमसारखा क्रियाशील धातू जलीय द्रावणातून मिळवता येईल असे मानणे; तिथे पाण्याचेच आधी क्षपण होते, म्हणून वितळलेल्या क्षाराचे विद्युत अपघटन आवश्यक ठरते
- विधानांच्या यादीच्या प्रश्नात खऱ्या विधानाला खोटे विधान जोडणे, ज्याने खरे विधान वगळण्याइतकाच निश्चितपणे गुण जातो
- सल्फाइड खनिज भाजणे आणि निक्षालन यांची गल्लत करणे; पाऱ्याला फक्त भाजणे पुरते, सोन्याला विद्रावक लागतो
एमपीएससीच्या प्रश्नपत्रिकांत धातुकर्मावरचे प्रश्न एखाद्या धातूचे नाव घेऊन त्याचे खनिज किंवा निष्कर्षण पद्धत विचारतात, किंवा एखाद्या प्रक्रियेचे नाव घेऊन ती कोणत्या धातूची आहे असे विचारतात. लक्षात ठेवण्यासारख्या नामांकित प्रक्रिया : सोने व चांदीसाठी साईनाईड अर्थात मॅकआर्थर-फॉरेस्ट प्रक्रिया, अॅल्युमिनिअमसाठी बायर प्रक्रिया व हॉल-हेरॉल्ट विद्युतघट, सोडियमसाठी डाउन प्रक्रिया आणि लोखंडासाठी झोत भट्टी. इथे वापरलेले विधान-यादीचे वेष्टन लागणाऱ्या रसायनशास्त्रात काहीच बदल करत नाही, पण निकाल लावाव्या लागणाऱ्या तथ्यांची संख्या दुप्पट करते; म्हणून परीक्षेच्या बाकावर बसून तर्क लढवण्यापेक्षा आधीच पाठ केलेला तक्ता कितीतरी अधिक उपयोगी ठरतो.
या प्रश्नाशी थेट संबंधित मागील PYQ आढळला नाही.
- सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही
सोन्याच्या निष्कर्षणाच्या साईनाईड प्रक्रियेत निक्षालन द्रावणातून धातू परत मिळवण्यासाठी कोणता पदार्थ टाकतात ?
- (a)जस्ताची भुकटी
- (b)संहत सल्फ्युरिक आम्ल
- (c)सोडियम हायड्रॉक्साइड
- (d)कोक
उत्तर(a) जस्ताची भुकटी — जस्त सोन्यापेक्षा अधिक विद्युतधन असल्याने ते विद्राव्य डायसायानोऑरेट जटिल आयनातून सोने विस्थापित करते, त्यामुळे सोने अवक्षेपित होते आणि गाळून वेगळे करता येते. कोक हा भट्टीतल्या धातुकर्माचा क्षपणकर्ता आहे, निक्षालन द्रावणाचा नव्हे, आणि आम्ल किंवा अल्कली यांपैकी कशानेही धातू परत मिळत नाही.
- सराव प्रश्न — प्रत्यक्ष विचारलेला प्रश्न नाही
सोडियम क्लोराइडच्या जलीय द्रावणाचे विद्युत अपघटन करून सोडियम मिळवता येत नाही, कारण :
- (a)सोडियम क्लोराइड पाण्यात विरघळत नाही
- (b)ऋणाग्रावर सोडियम आयनाआधी पाण्याचे क्षपण होते
- (c)धनाग्रावर क्लोरीन मुक्त होत नाही
- (d)सोडियम विद्युताग्राच्या पदार्थाशी अभिक्रिया करतो
उत्तर(b) ऋणाग्रावर सोडियम आयनाआधी पाण्याचे क्षपण होते — सोडियमऐवजी हायड्रोजन मुक्त होतो, म्हणून हा धातू द्रावणातून नव्हे तर वितळलेल्या क्षारातूनच मिळवावा लागतो. याच कारणाने सोडियम डाउन प्रक्रियेत वितळलेल्या सोडियम क्लोराइडच्या विद्युत अपघटनाने तयार केला जातो.