Rocket - Propellant and Other Questions in Gujarati

(D) $H_2O_2$ નો ઉપયોગ રોકેટ બળતણ માટે ઓક્સિડન્ટ તરીકે થાય છે અને રોકેટમાં વપરાતા $H_2O_2$ ની સાંદ્રતા $90 \%$ હોય છે.

(B) $TNT$ (ટ્રાયનાઇટ્રોટોલ્યુઇન) ને $NH_4NO_3$ (એમોનિયમ નાઇટ્રેટ) સાથે ભેળવીને અત્યંત વિસ્ફોટક મિશ્રણ બનાવવામાં આવે છે જેને એમેટૉલ $(amatol)$ કહેવામાં આવે છે.
આ મિશ્રણ બ્લાસ્ટિંગના હેતુઓ માટે વધુ શક્તિશાળી અને ખર્ચ-અસરકારક છે.

(B) એમેટૉલ એ $TNT$ $(Trinitrotoluene)$ અને $Ammonium \ nitrate$ $(NH_4NO_3)$ નું મિશ્રણ કરીને બનાવવામાં આવતો અત્યંત વિસ્ફોટક પદાર્થ છે.

(B) બાયલિક્વિડ પ્રોપેલન્ટ બે અલગ ઘટકો ધરાવે છે: એક પ્રવાહી બળતણ અને એક પ્રવાહી ઓક્સિડાઇઝર,જેમને અલગ ટાંકીઓમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે અને થ્રસ્ટ ઉત્પન્ન કરવા માટે કમ્બશન ચેમ્બરમાં મિશ્ર કરવામાં આવે છે. તેથી,સાચો વિકલ્પ $(B)$ છે.

(A) . હાઇબ્રિડ પ્રોપેલન્ટમાં ઘન બળતણ અને પ્રવાહી ઓક્સિડાઇઝરનો સમાવેશ થાય છે જે પ્રોપલ્શન ઉર્જા અને કાર્યકારી પદાર્થ પૂરો પાડે છે.
ઉદાહરણ તરીકે,ઘન એક્રેલિક રબર અને પ્રવાહી $N_2O_4$ નો ઉપયોગ હાઇબ્રિડ પ્રોપેલન્ટ સિસ્ટમ તરીકે થાય છે.

(A) રોકેટ પ્રોપેલન્ટમાં બળતણ અને ઓક્સિડાઇઝરનો સમાવેશ થાય છે. $Liquid \ hydrogen$,$Kerosene$ અને $Liquid \ hydrazine$ નો ઉપયોગ વિવિધ રોકેટ એન્જિનમાં બળતણ તરીકે થાય છે. $Liquid \ Helium$ $(He)$ એ નિષ્ક્રિય વાયુ છે અને તેનો ઉપયોગ બળતણ તરીકે થતો નથી; તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ક્રાયોજેનિક સિસ્ટમમાં દબાણ જાળવવા અથવા ઠંડક માટે થાય છે.

(B) અવકાશ રોકેટ રોકેટ પ્રોપેલન્ટના દહન દ્વારા પ્રવેગિત થાય છે. રોકેટ પ્રોપેલન્ટ એ રોકેટમાં ધક્કો (thrust) ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાતો પદાર્થ છે,જેમાં બળતણ અને ઓક્સિડાઇઝરનો સમાવેશ થાય છે.

(C) $PSLV$ (પોલર સેટેલાઇટ લોન્ચ વ્હીકલ) એ મલ્ટી-સ્ટેજ રોકેટ છે.
તે તેના વિવિધ તબક્કાઓમાં ઘન અને પ્રવાહી પ્રોપેલન્ટના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરે છે.
ચોક્કસપણે,તે બૂસ્ટર સ્ટેજમાં સંયુક્ત ઘન પ્રોપેલન્ટ અને પ્રવાહી તબક્કાઓમાં પ્રવાહી પ્રોપેલન્ટ (જેમ કે $N_2O_4$ સાથે $UDMH$ અથવા $MMH$) નો ઉપયોગ કરે છે.
તેથી,રોકેટ પ્રોપલ્શનના વિવિધ તબક્કાઓમાં $(A)$ અને $(B)$ બંનેનો ઉપયોગ થાય છે.

(D) રોકેટ પ્રોપેલન્ટ એ રોકેટમાં થ્રસ્ટ ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાતા પદાર્થો છે.
પ્રવાહી હાઇડ્રોજન $(H_{2(l)})$ નો ઉપયોગ બળતણ તરીકે થાય છે.
પ્રવાહી ઓક્સિજન $(O_{2(l)})$ નો ઉપયોગ ઓક્સિડાઇઝર તરીકે થાય છે.
હાઇડ્રેઝિન $(N_2H_{4(l)})$ નો ઉપયોગ પણ બળતણ તરીકે થાય છે.
આપેલા તમામ પદાર્થો રોકેટ પ્રોપેલન્ટ તરીકે વપરાતા હોવાથી,સાચો જવાબ એ છે કે આમાંથી કોઈ પણ બાકાત નથી.

(C) રોકેટની ગતિ વેગમાન સંરક્ષણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે,જે $Newton's \ third \ law$ નો સીધો પરિણામ છે. બહાર નીકળતા વાયુઓ પાછળની દિશામાં ઉચ્ચ વેગ સાથે ફેંકાય છે,જે રોકેટ પર આગળની દિશામાં સમાન અને વિરુદ્ધ પ્રતિક્રિયા બળ (thrust) લગાડે છે.

(D) અવકાશ રોકેટને ઊર્જા અને ઓક્સિજનના સ્વતંત્ર સ્ત્રોતની જરૂર હોય છે કારણ કે અવકાશમાં દહન માટે વાતાવરણ હોતું નથી.
તેથી,તે પ્રોપેલન્ટ તરીકે ઓળખાતા બળતણ અને ઓક્સિડાઈઝરના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરે છે,જે પ્રવેગન માટે જરૂરી ધક્કો (thrust) ઉત્પન્ન કરે છે.

(A) મિશ્રિત ઘન પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ રોકેટ એન્જિનમાં થાય છે. તેમાં બળતણ અને ઓક્સિડાઈઝરનો સમાવેશ થાય છે. બળતણ સામાન્ય રીતે $Polyurethane$ અથવા $polybutadiene$ જેવું પોલિમર હોય છે,અને ઓક્સિડાઈઝર એ અકાર્બનિક ક્ષાર છે,જે સામાન્ય રીતે $Ammonium \ perchlorate$ $(NH_4ClO_4)$ હોય છે.

(C) દ્વિ-પ્રવાહી નોદક પ્રવાહી બળતણ અને પ્રવાહી ઓક્સિડાઈઝરનું બનેલું હોય છે જે અલગ રાખવામાં આવે છે.
$N_2O_4$ (ડાયનાઈટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઈડ) પ્રવાહી ઓક્સિડાઈઝર તરીકે અને અનસિમેટ્રિકલ ડાયમિથાઈલહાઈડ્રેઝીન $(UDMH)$ પ્રવાહી બળતણ તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ બંને હાઈપરગોલિક છે,જેનો અર્થ છે કે તેઓ સંપર્કમાં આવતા જ આપમેળે સળગી ઉઠે છે,જે તેમને રોકેટ માટે આદર્શ દ્વિ-પ્રવાહી નોદક સિસ્ટમ બનાવે છે.
નાઈટ્રોગ્લિસરીન અને નાઈટ્રોસેલ્યુલોઝ ઘન નોદક બનાવે છે.
$N_2O_4$ અને એક્રિલિક રબરનું મિશ્રણ પ્રમાણભૂત નોદક નથી.

(A) ભારત દ્વારા વિકસિત $SLV-3$ (સેટેલાઇટ લોન્ચ વ્હીકલ-$3$) રોકેટમાં ઘન પ્રોપેલન્ટ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,તેમાં હાઈડ્રોક્સિલ-ટર્મિનેટેડ પોલીબ્યુટાડાઈન $(HTPB)$ આધારિત સંયુક્ત ઘન પ્રોપેલન્ટનો ઉપયોગ થયો હતો.

(C) રોકેટ પ્રોપેલન્ટમાં,બળતણના દહન માટે ઓક્સિડાઇઝરની જરૂર હોય છે. $Nitric \ acid$ $(HNO_3)$ અને $Liquid \ oxygen$ $(LOX)$ બંને સામાન્ય ઓક્સિડાઇઝર છે. જોકે,પ્રમાણિત રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમના સંદર્ભમાં,$Liquid \ oxygen$ એ લિક્વિડ-પ્રોપેલન્ટ રોકેટમાં વપરાતા ઓક્સિડાઇઝરનું સૌથી સામાન્ય ઉદાહરણ છે.

(C) નાઈટ્રોસેલ્યુલોઝ અને નાઈટ્રોગ્લિસરીનનું મિશ્રણ ડબલ-બેઝ પ્રોપેલન્ટ તરીકે ઓળખાય છે.
આ સંયોજનમાં,બંને ઘટકો બળતણ અને ઓક્સિડાઈઝર તરીકે કાર્ય કરે છે,જે પ્રોપલ્શન માટે જરૂરી ઉર્જા પૂરી પાડે છે.

(C) રોકેટ પ્રોપલ્શન અને પ્રોપેલન્ટ રસાયણશાસ્ત્રના સંદર્ભમાં,વિશિષ્ટ આવેગ ${I_s}$ એ પ્રોપેલન્ટની કાર્યક્ષમતાનું માપ છે.
સ્થિર અને અસરકારક રોકેટ બ્લાસ્ટ માટે,વિશિષ્ટ આવેગ ${I_s} \ge T_c^{1/2}$ શરત સંતોષવી જોઈએ,જ્યાં ${T_c}$ એ દહન પ્રક્રિયાનું ક્રાંતિક તાપમાન છે.
તેથી,વિકલ્પ $C$ સાચો સંબંધ છે.

(C) રોકેટ પ્રોપેલન્ટ્સ સામાન્ય રીતે બળતણ અને ઓક્સિડાઇઝર ધરાવે છે.
$H_{2(l)}$ (પ્રવાહી હાઇડ્રોજન) બળતણ તરીકે,$O_{2(l)}$ (પ્રવાહી ઓક્સિજન) ઓક્સિડાઇઝર તરીકે અને $N_2H_{4(l)}$ (હાઇડ્રેઝિન) બળતણ તરીકે વપરાય છે.
મિથેન સામાન્ય રીતે રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાં ચર્ચાતા સામાન્ય રાસાયણિક પ્રોપેલન્ટ્સના સંદર્ભમાં રોકેટ પ્રોપેલન્ટ તરીકે વપરાતું નથી.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(D) સાચો જવાબ $(D)$ છે.
$N_2O_4$ (ડાયનાઈટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઈડ) નો ઉપયોગ પ્રવાહી પ્રોપેલન્ટ રોકેટ એન્જિનમાં ઓક્સિડાઈઝર તરીકે થાય છે કારણ કે તે ઘણા બળતણ સાથે હાયપરગોલિક છે અને તેને ઓરડાના તાપમાને પ્રવાહી તરીકે સંગ્રહિત કરી શકાય છે.

(C) $Liquid \ H_2$ અને $Liquid \ O_2$ નું મિશ્રણ રોકેટ પ્રોપેલન્ટ તરીકે વ્યાપકપણે વપરાય છે.
આ સિસ્ટમમાં,$Liquid \ H_2$ બળતણ તરીકે અને $Liquid \ O_2$ ઓક્સિડાઇઝર તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે,જે રોકેટ માટે જરૂરી ધક્કો (thrust) પૂરો પાડે છે.

(A) . ઘન પ્રોપેલન્ટ્સ અથવા મિશ્રિત પ્રોપેલન્ટ્સ એ પોલિમરિક બાઈન્ડર્સ (જેમ કે બળતણ તરીકે પોલીયુરેથેન અથવા પોલીબ્યુટાડાઈન) અને ઓક્સિડાઈઝર તરીકે એમોનિયમ પરક્લોરેટનું મિશ્રણ છે.
આનો ઉપયોગ $SLV-3$ અને $ASLV$ રોકેટમાં થાય છે.

(C) રોકેટ પ્રોપેલન્ટનો વિશિષ્ટ આવેગ $(I_s)$ એ રોકેટ એન્જિનની કાર્યક્ષમતાનું માપ છે.
તે દહન ચેમ્બરના તાપમાન $(T_c)$ ના વર્ગમૂળના સમપ્રમાણમાં અને એક્ઝોસ્ટ વાયુઓના સરેરાશ આણ્વિય દળ $(M)$ ના વર્ગમૂળના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
સંબંધ $I_s \propto \sqrt{T_c/M}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
તેથી,$I_s \propto \sqrt{T_c}$.

(C) રોકેટ પ્રોપલ્શનમાં,પ્રોપેલન્ટમાં બળતણ અને ઓક્સિડાઇઝરનો સમાવેશ થાય છે.
પ્રવાહી હાઇડ્રોજન $(H_2)$ બળતણ તરીકે અને પ્રવાહી ઓક્સિજન $(O_2)$ ઓક્સિડાઇઝર તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ મિશ્રણ અત્યંત કાર્યક્ષમ છે અને સામાન્ય રીતે સ્પેસ લોન્ચ વ્હીકલ્સમાં વપરાય છે.

(D) ઘન રોકેટ પ્રોપેલન્ટ્સમાં,$NH_4ClO_4$ (એમોનિયમ પરકલોરેટ) નો ઉપયોગ ઓક્સિડાઇઝર તરીકે થાય છે. તે બળતણના દહન માટે જરૂરી ઓક્સિજન પૂરો પાડે છે.

(D) $SLV-3$ રોકેટ ઘન સંયુક્ત નોદકનો ઉપયોગ કરે છે. આ નોદકમાં પોલિયુરેથેન બળતણ તરીકે અને એમોનિયમ પરકલોરેટ ઓક્સિડાઇઝર તરીકે વપરાય છે.

(A) ગ્લિસરોલ એવિએશન ફ્યુઅલ માટે એન્ટિફ્રીઝ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે તેને ઊંચાઈ પર જ્યાં તાપમાન ખૂબ જ ઓછું હોય છે ત્યાં થીજી જતું અટકાવે છે.

(D) $H_2O_2$ (હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ) અને $N_2H_4$ (હાઇડ્રેઝિન) વચ્ચેની પ્રતિક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે અને તે ગરમ વાયુઓ ($N_2$ અને $H_2O$ વરાળ) ના સ્વરૂપમાં મોટી માત્રામાં ઊર્જા મુક્ત કરે છે.
આ પ્રતિક્રિયા નીચે મુજબ છે: $N_2H_4(l) + 2H_2O_2(l) \rightarrow N_2(g) + 4H_2O(g)$.
આ ઉચ્ચ ઊર્જા મુક્તિને કારણે,આ મિશ્રણનો ઉપયોગ રોકેટ પ્રોપેલન્ટ તરીકે અસરકારક રીતે થાય છે.

(B) $BaSO_4 + ZnS$ ને લિથોપોન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,જે સફેદ રંગદ્રવ્ય તરીકે વપરાય છે.
$NI_3$ એ સંપર્ક-સંવેદનશીલ વિસ્ફોટક છે.
$N_2O_4$ નો ઉપયોગ લિક્વિડ રોકેટ પ્રોપેલન્ટમાં ઓક્સિડાઇઝર તરીકે થાય છે.
$KO_2$ (પોટેશિયમ સુપરઓક્સાઇડ) નો ઉપયોગ સ્પેસ કેપ્સ્યુલ અને સબમરીનમાં $O_2$ ઉત્પન્ન કરવા અને $CO_2$ દૂર કરવા માટે થાય છે.
તેથી,સાચી જોડી $A-4, B-1, C-2, D-3$ છે.

(D) રોકેટમાં પ્રવાહી પ્રોપેલન્ટની સાથે ઓક્સિડન્ટ તરીકે ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડ $N_2O_4$ નો ઉપયોગ થાય છે.

(D) રોકેટ પ્રણોદન પ્રણાલીમાં પ્રવાહી હાઇડ્રોજન $(H_2)$ બળતણ તરીકે અને પ્રવાહી ઓક્સિજન $(O_2)$ ઓક્સિડાઇઝર તરીકે કાર્ય કરે છે. પ્રક્રિયા $2H_2(l) + O_2(l) \rightarrow 2H_2O(g)$ ખૂબ મોટી માત્રામાં ઉર્જા મુક્ત કરે છે,જે રોકેટ માટે જરૂરી ધક્કો (thrust) પૂરો પાડે છે.

(D) પ્રવાહી રોકેટ બળતણમાં ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે $N_2O_4$ (ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડ) નો ઉપયોગ થાય છે. તે એક શક્તિશાળી ઓક્સિડેશનકર્તા છે જે હાઇડ્રેઝીન $(N_2H_4)$ જેવા બળતણ સાથે હાઇપરગોલિક રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે,જે તેને અવકાશ પ્રક્ષેપણ પ્રણાલીઓ માટે અત્યંત અસરકારક બનાવે છે.

(A) ગ્લિસરોલને એવિએશન ફ્યુઅલમાં ઉમેરવામાં આવે છે કારણ કે તે ઊંચાઈ પર જ્યાં તાપમાન ખૂબ જ ઓછું હોય છે,ત્યાં એન્ટિ-ફ્રીઝિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે. તે ઈંધણને થીજી જતું અટકાવે છે,જેથી વિમાનના એન્જિનની કામગીરી સરળ રહે છે.

(A) નાઈટ્રિક એસિડ $(HNO_3)$ નો ઉપયોગ સ્ટેનલેસ સ્ટીલના પિકલિંગ (એસિડ ઉપચાર) માં સપાટીની અશુદ્ધિઓ અને ઓક્સાઈડ દૂર કરવા માટે થાય છે.
તેનો ઉપયોગ રૉકેટ બળતણમાં પ્રબળ ઓક્સિડાઈઝર તરીકે પણ થાય છે,જે ઘણીવાર પ્રવાહી હાઈડ્રોજન અથવા કેરોસીન જેવા બળતણ સાથે વપરાય છે.

(B) સીસાના સંયોજનો,ખાસ કરીને ટેટ્રા-ઇથાઇલ લેડ $(Pb(C_2H_5)_4)$,અગાઉ પેટ્રોલમાં અપસ્ફોટરોધી (antiknock) એજન્ટ તરીકે વપરાતા હતા,જેથી ઓક્ટેન રેટિંગ સુધારી શકાય અને એન્જિનમાં થતો અવાજ (knocking) અટકાવી શકાય.

(A) થર્મલ પાવર પ્લાન્ટમાં,મુખ્યત્વે $Coal$ (કોલસો) જેવા અશ્મિભૂત બળતણનો ઉપયોગ ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે,જે પાણીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરીને ટર્બાઇન ચલાવે છે.
ફ્યુઅલ સેલમાં,જેમ કે $H_2-O_2$ ફ્યુઅલ સેલ,$Hydrogen$ (હાઇડ્રોજન) ગેસનો ઉપયોગ બળતણ તરીકે થાય છે,જે સીધી રીતે વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

(A) થર્મલ પાવર પ્લાન્ટમાં,મુખ્યત્વે કોલસા જેવા અશ્મિભૂત બળતણનો ઉપયોગ ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે,જે પાણીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરીને ટર્બાઇન ચલાવે છે.
ફ્યુઅલ સેલમાં,જેમ કે હાઇડ્રોજન-ઓક્સિજન ફ્યુઅલ સેલ,હાઇડ્રોજન $(H_2)$ નો ઉપયોગ બળતણ તરીકે થાય છે,જે વીજળી,પાણી અને ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓક્સિજન $(O_2)$ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

(D) પ્રક્રિયા માટેનું સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$
પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર: $\Delta H_{rxn}^{\ominus} = [\Delta H_{f}^{\ominus}(Al_2O_3) + 2\Delta H_{f}^{\ominus}(Fe)] - [\Delta H_{f}^{\ominus}(Fe_2O_3) + 2\Delta H_{f}^{\ominus}(Al)]$
પ્રમાણિત અવસ્થામાં તત્વો માટે $\Delta H_{f}^{\ominus} = 0$ હોવાથી: $\Delta H_{rxn}^{\ominus} = [-1700 + 0] - [-840 + 0] = -860 \ kJ \ mol^{-1}$
મિશ્રણનું મોલર દળ ($1 \ mol$ $Fe_2O_3$ અને $2 \ mol$ $Al$ માટે): $M_{mixture} = (1 \times 160) + (2 \times 27) = 160 + 54 = 214 \ g$
મિશ્રણના પ્રતિ ગ્રામ દીઠ મુક્ત થતી ઉષ્મા: $\frac{860 \ kJ}{214 \ g} \approx 4.018 \ kJ \ g^{-1}$
નજીકના પૂર્ણાંકમાં લેતા,જવાબ $4$ મળે છે.