अपचायक के रूप में कार्बन का प्रयोग करके निम्नलिखित में से किस धातु को निष्कर्षित किया जा सकता है ?

सही — A, जिंक। जिंक क्रियाशीलता श्रेणी के मध्य में स्थित है, और यही ठीक वह पट्टी है जिसकी धातुएँ अपने ऑक्साइड को कार्बन से अपचयित करके जीती जाती हैं। जिंक के अयस्क सल्फाइड और कार्बोनेट होते हैं, इसलिए इन्हें पहले ऑक्साइड में बदला जाता है — सल्फाइड को अधिक वायु में भर्जन (roasting) से और कार्बोनेट को सीमित वायु में निस्तापन (calcination) से — और फिर उस ऑक्साइड को कार्बन के साथ गर्म किया जाता है, जो ऑक्सीजन को हटा देता है, अभिक्रिया ZnO(s) + C(s) → Zn(s) + CO(g) में।

शेष तीनों धातुएँ उस पट्टी से बाहर पड़ती हैं। चांदी और सोना इतने अक्रियाशील हैं कि वे बड़े पैमाने पर स्वयं धातु रूप में ही पाए जाते हैं, जबकि ऐलुमिनियम ऑक्सीजन को कार्बन से अधिक मज़बूती से पकड़े रखता है, इसलिए कार्बन इसे हटा नहीं सकता।

अन्य विकल्प क्यों गलत हैं

• (b)
  चांदी — चांदी क्रियाशीलता श्रेणी के निचले भाग के निकट है और यह उन धातुओं में से एक है जो प्रकृति में मुक्त अवस्था में पाई जाती हैं। ऐसी निम्न-क्रियाशीलता वाली धातुओं के यौगिक केवल गर्म करने से ही अपनी धातु दे देते हैं, इसलिए अपचायक के रूप में कार्बन लाने की आवश्यकता ही नहीं होती।
• (c)
  सोना — सोना चारों में सबसे कम क्रियाशील है और प्रकृति में स्वयं धातु के रूप में पाया जाता है, यही कारण है कि यह मनुष्यों द्वारा प्रयोग की गई प्रारंभिक धातुओं में से एक था। जब अपचयित करने के लिए कोई ऑक्साइड ही नहीं है, तो अपचायक का प्रश्न ही नहीं उठता।
• (d)
  ऐलुमिनियम — ऐलुमिनियम क्रियाशीलता श्रेणी के शीर्ष के निकट स्थित है और इसका ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण कार्बन से अधिक है, इसलिए कार्बन ऐलुमिनियम ऑक्साइड को अपचयित नहीं कर सकता। इसके बजाय ऐलुमिनियम इसके ऑक्साइड के विद्युत-अपघटनी अपचयन से प्राप्त किया जाता है।

किसी धातु का निष्कर्षण कैसे किया जाएगा यह इस बात से तय होता है कि वह क्रियाशीलता श्रेणी में कहाँ खड़ी है। श्रेणी के निचले भाग की धातुएँ — सोना, चांदी, प्लैटिनम, और काफी हद तक तांबा — मुक्त पाई जाती हैं या साधारण गर्म करने से ही अपने यौगिकों से निकल आती हैं। मध्य की धातुएँ, जैसे जिंक, लोहा, सीसा और तांबा, पहले ऑक्साइड में बदली जाती हैं और फिर कार्बन से अपचयित की जाती हैं, जो सस्ता औद्योगिक अपचायक है। शीर्ष की धातुएँ — पोटैशियम, सोडियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम और ऐलुमिनियम — कार्बन से बिल्कुल भी अपचयित नहीं की जा सकतीं और विद्युत-अपघटन द्वारा प्राप्त की जाती हैं।

मुख्य तथ्य

• जिंक ऑक्साइड को कार्बन के साथ गर्म करने पर जिंक और कार्बन मोनोऑक्साइड मिलते हैं, ZnO(s) + C(s) → Zn(s) + CO(g)।
• सल्फाइड अयस्कों को अधिक वायु में भर्जन से और कार्बोनेट अयस्कों को सीमित वायु में निस्तापन से ऑक्साइड में बदला जाता है।
• सोना, चांदी, प्लैटिनम और तांबा उन धातुओं में हैं जो प्रकृति में मुक्त अवस्था में पाई जाती हैं।
• कार्बन सोडियम, मैग्नीशियम, कैल्शियम या ऐलुमिनियम के ऑक्साइडों को अपचयित नहीं कर सकता क्योंकि इन धातुओं का ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण कार्बन से अधिक है; ये विद्युत-अपघटनी अपचयन से प्राप्त की जाती हैं।
• यही अपचयन औद्योगिक रूप से कोक के साथ प्रयोग होता है, जो ब्लास्ट भट्टी में ऊष्मा भी देता है और वह अपचायक भी है जो लौह-ऑक्साइड को लोहे में बदल देता है।

सामान्य भ्रम

• 'अपचायक' को ढीले ढंग से पढ़कर किसी भी ऐसी धातु को चुन लेना जिसे किसी भी तरह निष्कर्षित किया जा सके, न कि उसे जिसे कार्बन निष्कर्षित कर सके।
• यह मान लेना कि सोने और चांदी को विस्तृत अपचयन की आवश्यकता है; उनकी समस्या उलटी है, वे पहले से ही धातु हैं।
• यह भूल जाना कि थर्माइट अभिक्रिया में ऐलुमिनियम का स्वयं अपचायक के रूप में प्रयोग ही इस बात का प्रमाण है कि कार्बन इसे अपचयित नहीं कर सकता।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  निम्नलिखित में से कौन-सी प्रक्रियाओं की जोड़ी अपचयन से पहले किसी अयस्क को ऑक्साइड में बदल देती है ?

  • (a)भर्जन और निस्तापन
  • (b)प्रगलन और परिष्करण
  • (c)निक्षालन और विद्युत-अपघटन
  • (d)फेन-प्लवन और चुंबकीय पृथक्करण
  उत्तर(a) भर्जन और निस्तापन — भर्जन अधिक वायु में सल्फाइड अयस्क को ऑक्सीकृत करता है और निस्तापन सीमित वायु में कार्बोनेट अयस्क को विघटित करता है, दोनों धातु-ऑक्साइड देते हैं।
• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  ऐलुमिनियम को उसके अयस्क से प्राप्त करने के लिए कार्बन-अपचयन का प्रयोग नहीं किया जा सकता क्योंकि

  • (a)ऐलुमिनियम ऑक्साइड इतना सस्ता है कि उसे अपचयित करने की आवश्यकता नहीं
  • (b)ऐलुमिनियम का ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण कार्बन से अधिक है
  • (c)ऐलुमिनियम ऑक्साइड प्रकृति में पाया ही नहीं जाता
  • (d)कार्बन ऐलुमिनियम के साथ अभिक्रिया कर एक कार्बाइड बनाता है जिसे तोड़ा नहीं जा सकता
  उत्तर(b) ऐलुमिनियम का ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण कार्बन से अधिक है — इसलिए कार्बन ऑक्सीजन को हटा नहीं सकता, और इसके बजाय विद्युत-अपघटनी अपचयन का प्रयोग होता है।