Reduction to free Metal Questions in Gujarati

(A) કાચું લોખંડ $Blast \ furnace$ (વાતભઠ્ઠી) માં બનાવવામાં આવે છે.
તેમાં મુખ્યત્વે $4 \%$ કાર્બન ઉપરાંત અલ્પ પ્રમાણમાં $S, P, Si$ અને $Mn$ જેવી અશુદ્ધિઓ હોય છે.

(N/A) ભરતર લોખંડ એ કાચા લોખંડ (pig iron) થી અલગ છે અને તેને કાચા લોખંડને લોખંડના ભંગાર (scrap iron) અને કોક (coke) સાથે ગરમ હવાની ભઠ્ઠી (hot air blast) માં પીગાળીને બનાવવામાં આવે છે.
તેમાં કાર્બનનું પ્રમાણ આશરે $3 \%$ હોય છે.
ભરતર લોખંડ સખત અને બરડ હોય છે.

(N/A) ઘડતર લોખંડ એ વ્યાપારિક ધોરણે લોખંડનું સૌથી શુદ્ધ સ્વરૂપ છે અને તેને ભરતર લોખંડમાંથી હેમેટાઈટ $(Fe_2O_3)$ વડે પડ ચઢાવેલી પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં અશુદ્ધિઓનું ઓક્સિડેશન કરીને બનાવવામાં આવે છે.
હેમેટાઈટ કાર્બનનું કાર્બન મોનૉક્સાઈડમાં ઑક્સિડેશન કરે છે:
$Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO$
અભિવાહ $(flux)$ તરીકે લાઈમસ્ટૉન ઉમેરવામાં આવે છે,અને સલ્ફર,સિલિકોન તથા ફોસ્ફરસ જેવી અશુદ્ધિઓ ઑક્સિડેશન પામીને સ્લૅગમાં દૂર થાય છે.
અંતે,ધાતુને ભઠ્ઠીમાંથી બહાર કાઢી રોલરમાંથી પસાર કરવાથી સ્લૅગ દૂર થાય છે અને શુદ્ધ ઘડતર લોખંડ મળે છે.

(A) $(i)$ $Cu_{2}O$ માંથી કોપરનું નિષ્કર્ષણ: એલિન્ધામ આકૃતિમાં,$Cu_{2}O$ ની રેખા ઉપરના ભાગમાં હોય છે,તેથી કોપર ઓક્સાઈડની કાચી ધાતુને કોક સાથે ગરમ કરીને સરળતાથી ધાતુમાં રિડક્શન કરી શકાય છે. ઘણીવાર,સલ્ફાઈડ યુક્ત કાચી ધાતુને શેકીને ઓક્સાઈડમાં ફેરવવામાં આવે છે: $2Cu_{2}S + 3O_{2} \rightarrow 2Cu_{2}O + 2SO_{2}$. ત્યારબાદ ઓક્સાઈડનું રિડક્શન થાય છે: $Cu_{2}O + C \rightarrow 2Cu + CO$. વ્યવહારમાં,લોખંડને સ્લેગ $(FeSiO_{3})$ તરીકે દૂર કરવામાં આવે છે અને કોપર સ્વયં-રિડક્શન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે: $2Cu_{2}O + Cu_{2}S \rightarrow 6Cu + SO_{2}$. આ ઉત્પાદનને બ્લિસ્ટર કોપર કહેવામાં આવે છે.
$(ii)$ $ZnO$ માંથી ઝિંકનું નિષ્કર્ષણ: ઝિંક ઓક્સાઈડનું રિડક્શન ઊંચા તાપમાને $(1673 \ K)$ કોકનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે. ઓક્સાઈડને કોક અને માટી સાથે મિશ્ર કરીને બ્રિકેટ્સ બનાવવામાં આવે છે: $ZnO + C \xrightarrow{1673 \ K} Zn + CO$. ત્યારબાદ ઝિંક ધાતુનું નિસ્યંદન કરીને ઝડપી ઠારણ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

(N/A) $Cu_{2}O$ ની બનાવટ માટેનો $\Delta_{r} G^{\circ}$ વિરુદ્ધ $T$ નો આલેખ લગભગ ઉપરના ભાગમાં છે.
આથી કોપરની ઓક્સાઈડ અયસ્કનું કોક સાથે ગરમ કરીને ધાતુમાં રિડક્શન કરવું ખૂબ જ સરળ છે.
$(C, CO)$ અને $(C, CO_{2})$ બંને રેખાઓ આલેખમાં ઘણી નીચે છે,ખાસ કરીને $500-600 \ K$ થી ઉપર. વધુમાં,કેટલીક અયસ્ક સલ્ફાઈડ હોય છે અને કેટલીક આયર્ન પણ ધરાવે છે.
સલ્ફાઈડ અયસ્કનું ભૂંજન/પ્રગલન કરવાથી ઓક્સાઈડ મળે છે:
$2 Cu_{2}S + 3 O_{2} \rightarrow 2 Cu_{2}O + 2 SO_{2}$
ત્યારબાદ,ઓક્સાઈડનું કોકનો ઉપયોગ કરીને ધાત્વીય કોપરમાં સરળતાથી રિડક્શન કરી શકાય છે:
$Cu_{2}O + C \rightarrow 2 Cu + CO$
આ પ્રક્રિયામાં,અયસ્કને સિલિકા સાથે મિશ્ર કરીને પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરવામાં આવે છે.
ભઠ્ઠીમાં આયર્ન ઓક્સાઈડ,આયર્ન સિલિકેટ સ્લેગ તરીકે બને છે અને કોપર કોપર મેટ્ટેના સ્વરૂપમાં મળે છે,જેમાં $Cu_{2}S$ અને $FeS$ હોય છે:
$FeO + SiO_{2} \rightarrow FeSiO_{3} \text{ (સ્લેગ)}$
ત્યારબાદ,કોપર મેટ્ટેને સિલિકાના પડવાળા કન્વર્ટરમાં લેવામાં આવે છે. થોડી સિલિકા ઉમેરવામાં આવે છે અને ગરમ હવાનો પ્રવાહ ફૂંકવામાં આવે છે.
આમ,બાકી રહેલ $FeS$ નું $FeO$ માં અને $Cu_{2}S/Cu_{2}O$ નું કોપર ધાતુમાં રૂપાંતર થાય છે,જે નીચેની પ્રક્રિયાઓ દ્વારા દર્શાવેલ છે:
$2 FeS + 3 O_{2} \rightarrow 2 FeO + 2 SO_{2}$
$FeO + SiO_{2} \rightarrow FeSiO_{3}$
$2 Cu_{2}S + 3 O_{2} \rightarrow 2 Cu_{2}O + 2 SO_{2}$
$2 Cu_{2}O + Cu_{2}S \rightarrow 6 Cu + SO_{2}$
ઘન સ્વરૂપમાં મળેલા કોપર પર $SO_{2}$ ના ઉત્સર્જનને કારણે ફોલ્લા દેખાય છે,તેથી તેને બ્લિસ્ટર કોપર કહેવામાં આવે છે.

(N/A) ઓક્સાઈડની બનાવટ અંગેનો $\Delta_{r} G^{\circ}$ વિરુદ્ધ $T$ નો આલેખ દર્શાવે છે કે $Cu_{2}O$ ની રેખા સૌથી ઉપર છે.
તેથી,કોપર ઓક્સાઈડ અયસ્કનું કોક સાથે ગરમ કરીને ધાતુમાં રિડક્શન કરવું ખૂબ જ સરળ છે.
$(C, CO)$ અને $(C, CO_{2})$ બંને રેખાઓ આલેખમાં ઘણી નીચે છે,ખાસ કરીને $500-600 \ K$ થી ઉપરના તાપમાને.
જોકે,મોટાભાગની અયસ્ક સલ્ફાઈડ સ્વરૂપે હોય છે અને તેમાં આયર્ન પણ હોય છે.
સલ્ફાઈડ અયસ્કનું પ્રગલન (smelting) કરવાથી ઓક્સાઈડ મળે છે:
$2Cu_{2}S + 3O_{2} \rightarrow 2Cu_{2}O + 2SO_{2}$
ત્યારબાદ,ઓક્સાઈડનું કોકનો ઉપયોગ કરીને સરળતાથી ધાત્વીય કોપરમાં રિડક્શન કરી શકાય છે:
$Cu_{2}O + C \rightarrow 2Cu + CO$
વાસ્તવિક પ્રક્રિયામાં,અયસ્કને સિલિકા સાથે મિશ્ર કરીને પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરવામાં આવે છે.
આયર્ન ઓક્સાઈડ,આયર્ન સિલિકેટ સ્લેગ તરીકે દૂર થાય છે અને કોપર,કોપર મેટ ($Cu_{2}S$ અને $FeS$ નું મિશ્રણ) સ્વરૂપે મળે છે:
$FeO + SiO_{2} \rightarrow FeSiO_{3} \text{ (સ્લેગ)}$
કોપર મેટને સિલિકાનું અસ્તર ધરાવતા કન્વર્ટરમાં લેવામાં આવે છે. તેમાં થોડી સિલિકા ઉમેરવામાં આવે છે અને ગરમ હવા ફૂંકવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા બાકી રહેલા $FeS$ નું $FeO$ માં અને $Cu_{2}S/Cu_{2}O$ નું ધાત્વીય કોપરમાં રૂપાંતર કરે છે:
$2FeS + 3O_{2} \rightarrow 2FeO + 2SO_{2}$
$FeO + SiO_{2} \rightarrow FeSiO_{3}$
$2Cu_{2}S + 3O_{2} \rightarrow 2Cu_{2}O + 2SO_{2}$
$2Cu_{2}O + Cu_{2}S \rightarrow 6Cu + SO_{2}$
ઘન બનેલા કોપર પર $SO_{2}$ વાયુના ઉત્સર્જનને કારણે ફોલ્લા (blisters) જોવા મળે છે,તેથી તેને ફોલ્લાવાળું કોપર (blister copper) કહેવામાં આવે છે.

(N/A) રીત: ઝિંક ઑક્સાઈડ $(ZnO)$ નું રિડક્શન કોક $(C)$ નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં તાપમાન કૉપરના કિસ્સા કરતાં વધારે ઊંચું રાખવામાં આવે છે.
ગરમ કરવાના હેતુ માટે,ઑક્સાઈડને કોક અને માટી સાથે ભેળવીને નાની ઈંટો (brickettes) બનાવવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા: $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$
ધાતુનું નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે અને ઝડપી શીતન (chilling) કરીને તેને એકઠી કરવામાં આવે છે.

(A) તાંબાના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,અંતિમ તબક્કામાં કોપર મેટ $(Cu_2S + FeS)$ નું બેસેમરાઈઝેશન કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,$2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$ પ્રક્રિયા થાય છે.
ત્યારબાદ,$Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$ પ્રક્રિયા થાય છે.
ઉત્પન્ન થતો $SO_2$ વાયુ પીગળેલા તાંબામાંથી બહાર નીકળવાનો પ્રયત્ન કરે છે,જેના કારણે સપાટી પર પરપોટા બને છે,જેને 'બ્લિસ્ટર કોપર' કહેવામાં આવે છે.

(A) કાચું લોખંડ એ ધમણ ભઠ્ઠી (blast furnace) માંથી મેળવવામાં આવતું લોખંડ છે. તેમાં આશરે $4\%$ કાર્બન અને અન્ય અશુદ્ધિઓ (જેમ કે $S, P, Si, Mn$) ઓછી માત્રામાં હોય છે. તે લોખંડનું સૌથી અશુદ્ધ સ્વરૂપ છે.

(A) વાતભઠ્ઠીમાં,નીચા તાપમાનનો ગાળો આશરે $500-800 \ K$ હોય છે.
આ વિસ્તારમાં,કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ દ્વારા આયર્ન ઓક્સાઇડનું રિડક્શન થાય છે.
પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$3Fe_2O_3 + CO \rightarrow 2Fe_3O_4 + CO_2$
$Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2$
$FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2$
આમ,મુખ્ય પ્રક્રિયા આયર્ન ઓક્સાઇડનું ધાત્વિક આયર્નમાં રિડક્શન છે.

(N/A) ઇલેક્ટ્રોમેટલર્જી એ વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા તેમના ઓર અથવા ક્ષારમાંથી ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ ધાતુઓ મેળવવાની પ્રક્રિયા છે,જે સામાન્ય રીતે પીગળેલા અવસ્થામાં અથવા જલીય દ્રાવણમાં કરવામાં આવે છે.
આ પદ્ધતિ વિદ્યુત રાસાયણિક સિદ્ધાંતો પર આધારિત છે,જે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા સમીકરણ દ્વારા સમજાવી શકાય છે:
$\Delta G^{\circ} = -nF E^{\circ}_{cell}$
જ્યાં:
$n = \text{સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા}$
$F = \text{ફેરાડે અચળાંક}$
$E^{\circ}_{cell} = \text{પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ}$
સ્વયંસ્ફુરિત પ્રતિક્રિયા માટે,$\Delta G^{\circ}$ ઋણ હોવું જોઈએ,જેના માટે $E^{\circ}_{cell}$ ધન હોવું જરૂરી છે. અત્યંત સક્રિય ધાતુઓનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ મોટો ઋણ હોય છે,જેથી તેમનું રિડક્શન મુશ્કેલ બને છે. આવા કિસ્સાઓમાં,વિદ્યુત વિભાજનનો ઉપયોગ થાય છે જ્યાં $M^{n+}$ આયનો કેથોડ પર રિડક્શન પામે છે:
$M^{n+} + ne^{-} \rightarrow M_{(s)}$
ઉત્પન્ન થતી ધાતુની સક્રિયતાને ધ્યાનમાં રાખીને સાવચેતી રાખવામાં આવે છે અને યોગ્ય ઇલેક્ટ્રોડ પસંદ કરવામાં આવે છે. વાહકતા વધારવા અને ગલનબિંદુ ઘટાડવા માટે ઘણીવાર પીગળેલા ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ફ્લક્સ ઉમેરવામાં આવે છે.
આ સિદ્ધાંતો પર આધારિત પ્રક્રિયાઓના ઉદાહરણોમાં હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા ($Al$ માટે),કાસ્ટનરની પ્રક્રિયા ($Na$ માટે),અને ડાઉન્સ સેલ પ્રક્રિયા ($Na$ માટે) નો સમાવેશ થાય છે.

(N/A) ધાતુઓના જલીય દ્રાવણનો ઉપયોગ કરીને ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ કરવાની પદ્ધતિને હાઇડ્રોમેટલર્જી કહેવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ: $Au$,$Ag$,અને $Cu$ આ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
નિમ્ન કક્ષાની કાચી ધાતુઓ અને ભંગારમાંથી કોપરનું નિષ્કર્ષણ હાઇડ્રોમેટલર્જી દ્વારા કરવામાં આવે છે. તેને એસિડ અથવા બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કરીને લીચિંગ (leaching) દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે. $Cu^{2+}$ આયનો ધરાવતા દ્રાવણની પ્રક્રિયા ભંગાર લોખંડ અથવા $H_{2}$ વાયુ સાથે કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા:
$Cu^{2+}_{(aq)} + H_{2(g)} \rightarrow Cu_{(s)} + 2H^{+}_{(aq)}$

(N/A) એલ્યુમિનિયમના વિદ્યુતવિભાજનીય રિડક્શનમાં,શુદ્ધ $Al_{2}O_{3}$ ને $Na_{3}AlF_{6}$ (ક્રાયોલાઇટ) અથવા $CaF_{2}$ (ફ્લોરસ્પાર) સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે,જે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડે છે અને તેની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે.
પીગળેલા મિશ્રણનું વિદ્યુતવિભાજન સ્ટીલના પાત્રમાં કરવામાં આવે છે,જેમાં કાર્બનનું અસ્તર કેથોડ તરીકે અને ગ્રેફાઇટના સળિયા એનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.
સમગ્ર પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$2 Al_{2}O_{3} + 3 C \rightarrow 4 Al + 3 CO_{2}$
વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન એનોડ પર મુક્ત થતો ઓક્સિજન વાયુ એનોડના કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CO$ અને $CO_{2}$ બનાવે છે. પરિણામે,ઉત્પન્ન થતા દરેક $1 \ kg$ એલ્યુમિનિયમ માટે,લગભગ $0.5 \ kg$ કાર્બન એનોડ વપરાઈ જાય છે. એનોડ પ્રક્રિયામાં વપરાતા હોવાથી,તેમને સમયાંતરે બદલવા પડે છે.
કેથોડ પર: $Al^{3+} (melt) + 3 e^{-} \rightarrow Al (l)$
એનોડ પર:
$C (s) + O^{2-} (melt) \rightarrow CO (g) + 2 e^{-}$
$C (s) + 2 O^{2-} (melt) \rightarrow CO_{2} (g) + 4 e^{-}$

(N/A) એલ્યુમિનિયમના વિદ્યુતવિભાજનીય રિડક્શનમાં,શુદ્ધ $Al_{2}O_{3}$ ને $Na_{3}AlF_{6}$ (ક્રાયોલાઇટ) અથવા $CaF_{2}$ (ફ્લોરસ્પાર) સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે,જે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડે છે અને તેની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે.
આ મિશ્રણનું વિદ્યુતવિભાજન સ્ટીલના પાત્રમાં કરવામાં આવે છે,જેમાં કાર્બનનું પડ કેથોડ તરીકે અને ગ્રેફાઇટના સળિયા એનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.
સમગ્ર પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$2Al_{2}O_{3} + 3C \rightarrow 4Al + 3CO_{2}$
વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન એનોડ પર ઓક્સિજન વાયુ મુક્ત થાય છે,જે એનોડના કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CO$ અને $CO_{2}$ બનાવે છે.
દરેક $1 \ kg$ એલ્યુમિનિયમ ઉત્પન્ન કરવા માટે,લગભગ $0.5 \ kg$ કાર્બન એનોડ વપરાઈ જાય છે. તેથી,ગ્રેફાઇટ એનોડને સમયાંતરે બદલવા પડે છે.
કેથોડ પ્રક્રિયા: $Al^{3+} + 3e^{-} \rightarrow Al_{(l)}$
એનોડ પ્રક્રિયાઓ:
$C_{(s)} + O^{2-} \rightarrow CO_{(g)} + 2e^{-}$
$C_{(s)} + 2O^{2-} \rightarrow CO_{2(g)} + 4e^{-}$

(N/A) નિમ્નકક્ષાની અયસ્કમાંથી કોપર જલધાતુકર્મ વિધિથી નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે. તેનું ઍસિડ અથવા બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કરી પ્રક્ષાલન (leaching) કરવામાં આવે છે. દ્રાવણ $Cu^{2+}$ આયન ધરાવે છે,જેની લોખંડના ભંગાર અથવા $H_2$ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા: $Cu^{2+}_{(aq)} + H_{2(g)} \rightarrow Cu_{(s)} + 2H^+_{(aq)}$.

(B) જલધાતુકર્મ વિધિમાં ધાતુને તેના અયસ્કમાંથી જલીય દ્રાવણનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવે છે. કૉપર માટે,નિમ્ન કક્ષાના અયસ્કને એસિડ અથવા બેક્ટેરિયા દ્વારા લીચિંગ કરવામાં આવે છે. પરિણામી દ્રાવણ જેમાં $Cu^{2+}$ આયનો હોય છે,તેને ભંગાર લોખંડ અથવા $H_2$ વાયુ સાથે પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે. ભંગાર લોખંડ સાથેની પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $Cu^{2+} (aq) + Fe (s) \rightarrow Cu (s) + Fe^{2+} (aq)$. તેથી,વિકલ્પ $B$ સાચો છે.

(N/A) ગોલ્ડ અને સિલ્વરનું નિક્ષાલન $CN^-$ વડે કરવામાં આવે છે. આ એક ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા $(Au \rightarrow Au^+)$ છે.
ધાતુને ત્યારબાદ વિસ્થાપન (displacement) પદ્ધતિ દ્વારા પુનઃ મેળવવામાં આવે છે.
$4Au_{(s)} + 8CN^-_{(aq)} + 2H_2O_{(aq)} + O_{2(g)} \rightarrow 4[Au(CN)_2]^-_{(aq)} + 4OH^-_{(aq)}$
$2[Au(CN)_2]^-_{(aq)} + Zn_{(s)} \rightarrow 2Au_{(s)} + [Zn(CN)_4]^{2-}_{(aq)}$
આ પ્રક્રિયામાં $Zn$ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.

(N/A) એલિન્ધમ આકૃતિમાં,કાર્બનનું કાર્બન મોનોક્સાઇડમાં ઓક્સિડેશન દર્શાવતી રેખા $(2C + O_2 \rightarrow 2CO)$ નીચેની તરફ ઢળે છે,જ્યારે આયર્નનું આયર્ન$(II)$ ઓક્સાઇડમાં ઓક્સિડેશન દર્શાવતી રેખા $(2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO)$ ઉપરની તરફ ઢળે છે.
$1073 \ K$ થી વધુ તાપમાને,$CO$ માટેની ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા $(Gibbs \ free \ energy)$ $FeO$ કરતા વધુ ઋણ બને છે,એટલે કે $\Delta_{f} G^{\ominus}_{(C, CO)} < \Delta_{f} G^{\ominus}_{(Fe, FeO)}$.
કારણ કે $C$ દ્વારા $FeO$ નું રિડક્શન $(2FeO + 2C \rightarrow 2Fe + 2CO)$ એ બે પ્રતિક્રિયાઓનો સરવાળો છે,તેથી એકંદર $\Delta G^{\ominus}$ ઋણ બને છે,જે આ રિડક્શનને ઉષ્માગતિશાસ્ત્રીય રીતે શક્ય બનાવે છે.

(N/A) ઘડતર લોખંડને હેમેટાઇટ $(Fe_2O_3)$ નું અસ્તર ધરાવતી રિવર્બરેટરી ભઠ્ઠીમાં અશુદ્ધિઓનું ઓક્સિડેશન કરીને કાચા લોખંડમાંથી બનાવવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા:
$Fe_2O_3(s) + 3C(s) \rightarrow 2Fe(s) + 3CO(g)$
સલ્ફર,સિલિકોન અને ફોસ્ફરસ જેવી અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે,ફ્લક્સ તરીકે ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_3)$ ઉમેરવામાં આવે છે. અશુદ્ધિઓનું તેમના ઓક્સાઇડ્સ ($SO_2$,$SiO_2$,$P_4O_{10}$) માં ઓક્સિડેશન થાય છે અને તે સ્લેગ (ધાતુમલ) તરીકે દૂર થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે,$SiO_2$ ચૂનાના પથ્થર સાથે પ્રક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ સિલિકેટ સ્લેગ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે. ત્યારબાદ પીગળેલી ધાતુને રોલર્સમાંથી પસાર કરીને સ્લેગથી મુક્ત કરવામાં આવે છે.

(N/A) ઓછી ગુણવત્તાવાળી કાચી ધાતુમાંથી કોપર મેળવવા માટે હાઇડ્રોમેટલર્જી (hydrometallurgy) પ્રક્રિયા,ખાસ કરીને લીચિંગ (leaching) નો ઉપયોગ થાય છે.
$1$. કાચી ધાતુને એસિડ અથવા બેક્ટેરિયાના જલીય દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે,જે કોપર આયનોને દ્રાવણમાં ઓગાળે છે અને અશુદ્ધિઓને બાકી રાખે છે.
$2$. ત્યારબાદ $Cu^{2+}$ આયનો ધરાવતા દ્રાવણને ભંગાર લોખંડ $(Fe)$ અથવા હાઇડ્રોજન વાયુ $(H_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરાવીને કોપર આયનોનું રિડક્શન કરીને ધાત્વિક કોપર મેળવવામાં આવે છે.
$3$. આ પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ: $Cu^{2+}(aq) + H_2(g) \rightarrow Cu(s) + 2H^+(aq)$ અથવા $Cu^{2+}(aq) + Fe(s) \rightarrow Cu(s) + Fe^{2+}(aq)$ છે.

(N/A) આનું કારણ ઊંચા તાપમાને ધાતુના કાર્બાઇડ અને ધાતુના હાઇડ્રાઇડનું નિર્માણ છે.
$CaO + 3C \xrightarrow{2273 \ K} CaC_2 + CO$
$Ca + H_2 \rightarrow CaH_2$

(N/A) રિવર્બરેટરી ભઠ્ઠીનું અસ્તર હેમેટાઇટ $(Fe_{2}O_{3})$ નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે,જે કાસ્ટ આયર્નમાં રહેલી અશુદ્ધિઓને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે.
સંબંધિત પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$Fe_{2}O_{3} + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO$
આ પ્રક્રિયામાં,કાર્બનનું $CO$ માં ઓક્સિડેશન થાય છે. સલ્ફર,સિલિકોન અને ફોસ્ફરસ જેવી અન્ય અશુદ્ધિઓ પણ અનુક્રમે $SO_{2}$,$SiO_{2}$ અને $P_{4}O_{10}$ માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. $SO_{2}$ વાયુ સ્વરૂપે બહાર નીકળી જાય છે,જ્યારે $SiO_{2}$ અને $P_{4}O_{10}$ ફ્લક્સ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્લેગ (slag) તરીકે દૂર કરવામાં આવે છે.

(A) તાંબાની સલ્ફાઇડ કાચી ધાતુમાં અશુદ્ધિ તરીકે આયર્ન ઓક્સાઇડ $(FeO)$ હાજર હોય છે. આ અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ તરીકે સિલિકા $(SiO_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે. તે $FeO$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને આયર્ન સિલિકેટ $(FeSiO_3)$ બનાવે છે,જે એક પીગળી શકાય તેવો સ્લેગ છે.
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$
આ પ્રક્રિયા કોપર મેટમાંથી સ્લેગને અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

(N/A) $i$. ધાતુની સક્રિયતા: જો ધાતુઓ ખૂબ જ સક્રિય હોય તો તેમના પીગળેલા ક્ષારોના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા તેમનું નિષ્કર્ષણ કરવું જોઈએ,કારણ કે પ્રક્રિયા દરમિયાન તેઓ પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી શકે છે.
$ii$. ઇલેક્ટ્રોડનો સ્વભાવ: વિદ્યુતવિભાજન માટે વપરાતા ઇલેક્ટ્રોડ વિદ્યુતવિભાજનની નીપજો સાથે પ્રક્રિયા ન કરવા જોઈએ. જો તેઓ પ્રક્રિયા કરે,તો ઇલેક્ટ્રોડ સસ્તા પદાર્થમાંથી બનેલા હોવા જોઈએ,કારણ કે તેમની સમયાંતરે બદલવાની કિંમત પ્રક્રિયાના ખર્ચ કરતા વધારે ન હોવી જોઈએ.

(B) ધાતુશાસ્ત્રની પ્રક્રિયાઓમાં ફ્લક્સની ભૂમિકા નીચે મુજબ છે:
$(i)$ અયસ્કમાં રહેલી અશુદ્ધિઓ (gangue) સાથે પ્રક્રિયા કરીને તેને પીગળી શકાય તેવા પદાર્થમાં ફેરવીને દૂર કરવી,જેને ધાતુમલ (slag) કહેવાય છે.
$(ii)$ મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડવું,જેથી નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયા વધુ કાર્યક્ષમ બને.

(N/A) $500-800 \ K$ (નીચા તાપમાનના ગાળા) માં,બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં નીચે મુજબની રિડક્શન પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે:
$3 Fe_{2}O_{3} + CO \rightarrow 2 Fe_{3}O_{4} + CO_{2}$
$Fe_{3}O_{4} + 4 CO \rightarrow 3 Fe + 4 CO_{2}$
$Fe_{2}O_{3} + CO \rightarrow 2 FeO + CO_{2}$

(N/A) સોનાના નિષ્કર્ષણમાં નીચેના સોપાનનો સમાવેશ થાય છે:
$1$. નિક્ષાલન (Leaching): સોનાને હવાની $(O_2)$ હાજરીમાં સોડિયમ સાયનાઇડ $(NaCN)$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવી દ્રાવ્ય સંકીર્ણ બનાવવામાં આવે છે:
$4 Au(s) + 8 CN^{-}(aq) + 2 H_{2}O(l) + O_{2}(g) \rightarrow 4 [Au(CN)_{2}]^{-}(aq) + 4 OH^{-}(aq)$
$2$. રિડક્શન: ઝિંક $(Zn)$ ઉમેરીને સંકીર્ણમાંથી સોનું મેળવવામાં આવે છે,જે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે:
$2 [Au(CN)_{2}]^{-}(aq) + Zn(s) \rightarrow 2 Au(s) + [Zn(CN)_{4}]^{2-}(aq)$
ઝિંક તેના સંકીર્ણમાંથી સોનાનું વિસ્થાપન કરીને રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(N/A) રિડક્શન સિવાય,કેટલીક નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયાઓ ઓક્સિડેશન પર આધારિત હોય છે,ખાસ કરીને અધાતુઓ માટે.
$(i)$ બ્રાઈનમાંથી ક્લોરિનનું નિષ્કર્ષણ: આ નિષ્કર્ષણ ઓક્સિડેશન પર આધારિત છે.
$2 Cl_{(aq)}^{-} + 2 H_2O_{(l)} \rightarrow 2 OH_{(aq)}^{-} + H_{2(g)} + Cl_{2(g)}$
આ પ્રક્રિયા માટે ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફાર $+422 \ kJ$ છે. જ્યારે તેને $\Delta G^{0} = -nFE^{0}$ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને $E^{0}$ માં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે,ત્યારે આપણને $E^{0} = -2.2 \ V$ મળે છે. તેથી,આ પ્રક્રિયા કરવા માટે $2.2 \ V$ કરતા વધારે બાહ્ય $emf$ આપવો જરૂરી છે.
જોકે,વિદ્યુતવિભાજનમાં અન્ય અવરોધક પ્રક્રિયાઓને દૂર કરવા માટે વધારાના પોટેન્શિયલની જરૂર પડે છે. આમ,વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા $Cl_2$ મેળવવામાં આવે છે,જેમાં આડપેદાશ તરીકે $H_2$ અને જલીય $NaOH$ મળે છે. પીગળેલા $NaCl$ નું વિદ્યુતવિભાજન પણ કરવામાં આવે છે,પરંતુ તે કિસ્સામાં $Na$ ધાતુ ઉત્પન્ન થાય છે,$NaOH$ નહીં.
$(ii)$ ગોલ્ડ સાયનાઈડેશન પ્રક્રિયા: સોના અથવા ચાંદીના નિષ્કર્ષણમાં $CN^{-}$ સાથે લીચિંગનો સમાવેશ થાય છે. આ પણ એક ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા છે ($Ag \rightarrow Ag^{+}$,$Au \rightarrow Au^{+}$).
ધાતુને બાદમાં વિસ્થાપન પદ્ધતિ દ્વારા પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે.
$4 Au_{(s)} + 8 CN_{(aq)}^{-} + 2 H_2O_{(l)} + O_{2(g)} \rightarrow 4[Au(CN)_2]^{-}_{(aq)} + 4 OH_{(aq)}^{-}$
$2[Au(CN)_2]^{-}_{(aq)} + Zn_{(s)} \rightarrow 2 Au_{(s)} + [Zn(CN)_4]^{2-}_{(aq)}$
$Zinc$ રિડક્શન કર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) આયર્નના નિષ્કર્ષણની પ્રક્રિયામાં,રિડક્શનનો મુખ્ય તબક્કો $FeO_{(s)} + C_{(s)} \rightarrow Fe_{(s/l)} + CO_{(g)}$ $(i)$ છે.
પ્રક્રિયા $(i)$ ને નીચેની બે પ્રક્રિયાઓના જોડાણ (coupling) તરીકે જોઈ શકાય છે:
$FeO_{(s)} \rightarrow Fe_{(s)} + \frac{1}{2} O_{2(g)}$ ; $\Delta_{r} G^{\ominus}_{(FeO, Fe)}$ $(ii)$
$C_{(s)} + \frac{1}{2} O_{2(g)} \rightarrow CO_{(g)}$ ; $\Delta_{r} G^{\ominus}_{(C, CO)}$ $(iii)$
જ્યારે પ્રક્રિયા $(ii)$ અને $(iii)$ જોડાઈને $(i)$ આપે છે,ત્યારે કુલ ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફાર નીચે મુજબ થાય છે:
$\Delta_{r} G^{\ominus} = \Delta_{r} G^{\ominus}_{(C, CO)} + \Delta_{r} G^{\ominus}_{(FeO, Fe)}$ $(iv)$
જો સમીકરણ $(iv)$ માં $\Delta_{r} G^{\ominus}$ નું મૂલ્ય ઋણ હોય,તો જ પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ થશે. આને એલિન્ધમ આકૃતિ દ્વારા સમજાવી શકાય છે:
$(i)$ આપેલ આકૃતિમાં,$Fe$ ના $FeO$ માં ઓક્સિડેશન માટેનો $\Delta_{r} G^{\ominus}$ વિરુદ્ધ $T$ નો આલેખ ઉપર તરફ જાય છે,જ્યારે $C$ ના $CO$ માં ઓક્સિડેશન માટેનો આલેખ નીચે તરફ જાય છે. આ બંને આલેખ આશરે $1073 \ K$ તાપમાને એકબીજાને છેદે છે.
$(ii)$ $1073 \ K$ થી વધુ તાપમાને,$C \rightarrow CO$ ની રેખા $Fe \rightarrow FeO$ ની રેખાની નીચે રહે છે,એટલે કે $\Delta_{r} G^{\ominus}_{(C, CO)} < \Delta_{r} G^{\ominus}_{(FeO, Fe)}$.
આમ,$1073 \ K$ થી ઉપરના તાપમાને,કોક $FeO$ માટે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે અને પોતે $CO$ માં ઓક્સિડાઈઝ થાય છે.

રિડક્શન પ્રક્રિયા દરમિયાન,ધાતુનો ઓક્સાઈડ વિઘટન પામે છે અને રિડક્શનકર્તા ઓક્સિજનને દૂર કરે છે. રિડક્શનકર્તાની ભૂમિકા એ છે કે તે $\Delta_{r} G^{\ominus}$ નું મૂલ્ય ઋણ અને પૂરતું મોટું પ્રદાન કરે છે,જેથી બે પ્રક્રિયાઓ (રિડક્શનકર્તાનું ઓક્સિડેશન અને ધાતુના ઓક્સાઈડનું રિડક્શન) ના $\Delta_{r} G^{\ominus}$ નો સરવાળો ઋણ બને.
$M_{x}O_{(s)} \rightarrow xM_{(s \text{ or } l)} + \frac{1}{2}O_{2(g)}$ ; $\Delta_{r} G^{\ominus}(M_{x}O, M)$ $... (i)$
જો રિડક્શન કાર્બન દ્વારા કરવામાં આવે,તો રિડક્શનકર્તા $(C)$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે:
$C_{(s)} + \frac{1}{2}O_{2(g)} \rightarrow CO_{(g)}$ ; $\Delta_{r} G^{\ominus}(C, CO)$ $... (ii)$
વૈકલ્પિક રીતે,કાર્બનનું કાર્બન ડાયોક્સાઈડમાં સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન થઈ શકે છે:
$\frac{1}{2}C_{(s)} + \frac{1}{2}O_{2(g)} \rightarrow \frac{1}{2}CO_{2(g)}$ ; $\frac{1}{2}\Delta_{r} G^{\ominus}(C, CO_{2})$ $... (iii)$
પ્રક્રિયાઓ $(i)$ અને $(ii)$ ને જોડતા,આપણને મળે છે:
$M_{x}O_{(s)} + C_{(s)} \rightarrow xM_{(s \text{ or } l)} + CO_{(g)}$ $... (iv)$
પ્રક્રિયાઓ $(i)$ અને $(iii)$ ને જોડતા,આપણને મળે છે:
$M_{x}O_{(s)} + \frac{1}{2}C_{(s)} \rightarrow xM_{(s \text{ or } l)} + \frac{1}{2}CO_{2(g)}$ $... (v)$
તે જ રીતે,જો કાર્બન મોનોક્સાઈડ રિડક્શનકર્તા હોય,તો તેનું ઓક્સિડેશન નીચે મુજબ થાય છે:
$CO_{(g)} + \frac{1}{2}O_{2(g)} \rightarrow CO_{2(g)}$ ; $\Delta_{r} G^{\ominus}(CO, CO_{2})$ $... (vi)$
પ્રક્રિયાઓ $(i)$ અને $(vi)$ ને જોડતા,આપણને મળે છે:
$M_{x}O_{(s)} + CO_{(g)} \rightarrow xM_{(s \text{ or } l)} + CO_{2(g)}$ $... (vii)$
પ્રક્રિયાઓ $(iv)$ અને $(vii)$ ધાતુના ઓક્સાઈડ $M_{x}O$ ના રિડક્શનનું વર્ણન કરે છે. પસંદ કરેલ તાપમાન એવું હોવું જોઈએ કે જેથી સંયુક્ત રેડોક્સ પ્રક્રિયા માટે $\Delta_{r} G^{\ominus}$ ઋણ હોય. આ એલિન્ગમ આકૃતિમાં બે વક્રોના છેદબિંદુ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. તે બિંદુ પછી,$\Delta_{r} G^{\ominus}$ પૂરતું ઋણ બને છે જેથી $M_{x}O$ નું રિડક્શન શક્ય બને.

(A) સોનાના અયસ્કમાંથી નિષ્કર્ષણ દરમિયાન ડાયસાયનોઓરેટ$(I)$ સંકીર્ણ,$[Au(CN)_2]^-$ બને છે.
આ સંકીર્ણમાંથી ધાતુ સ્વરૂપે સોનું મેળવવા માટે ઝિંક $(Zn)$ જેવી વધુ વિદ્યુતધન ધાતુ ઉમેરવામાં આવે છે.
વિસ્થાપન પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે: $2[Au(CN)_2]^- (aq) + Zn (s) \rightarrow 2Au (s) + [Zn(CN)_4]^{2-} (aq)$.

(B) કાસ્ટ આયર્ન એ લોખંડનું સૌથી અશુદ્ધ સ્વરૂપ છે,જેમાં આશરે $3-4.5 \%$ કાર્બન હોય છે. તેનો ઉપયોગ ઓક્સિડેશન દ્વારા અશુદ્ધિઓને દૂર કરીને ઘડતર લોખંડ (wrought iron) અને સ્ટીલના ઉત્પાદન માટે થાય છે.

(C) એલિંગહામ આકૃતિ એ કેટલાક ધાતુના ઓક્સાઇડના નિર્માણ માટે પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $(\Delta G^{\circ})$ અને તાપમાન $(T)$ વચ્ચેનો આલેખ છે.
તે આપેલ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ દ્વારા ધાતુના ઓક્સાઇડના રિડક્શનની શક્યતાની આગાહી કરવામાં મદદ કરે છે.

(C) કાર્બન બ્લેક,ચારકોલ,કોક અને ગ્રાફીન એ કાર્બનના સ્વરૂપો અથવા અપરરૂપો છે. આમાંથી,$Coke$ નો ઉપયોગ મુખ્યત્વે લોખંડના અયસ્કમાંથી સ્ટીલ બનાવવા માટે રિડક્શન પ્રક્રિયામાં થાય છે.

(B) લોખંડના વિવિધ સ્વરૂપોમાં લોખંડનું પ્રમાણ નીચે મુજબ છે:
$1$. કાસ્ટ આયર્ન: આશરે $93-95 \%$ લોખંડ ધરાવે છે.
$2$. પિગ આયર્ન: આશરે $93-95 \%$ લોખંડ ધરાવે છે.
$3$. રોટ આયર્ન: આશરે $99.5-99.9 \%$ લોખંડ ધરાવે છે,જે તેને વ્યાપારી લોખંડનું સૌથી શુદ્ધ સ્વરૂપ બનાવે છે.
$4$. સ્ટેનલેસ સ્ટીલ: ક્રોમિયમ અને નિકલ સાથે આશરે $70-80 \%$ લોખંડ ધરાવે છે.
તેથી,રોટ આયર્નમાં લોખંડનું પ્રમાણ મહત્તમ હોય છે.

(A) એલિંગહામ આકૃતિમાં,બે રેખાઓનું છેદનબિંદુ સૂચવે છે કે બે પ્રતિક્રિયાઓ માટે $ \Delta G $ ના મૂલ્યો સમાન છે,જેનો અર્થ છે કે એકંદર યુગ્મિત પ્રતિક્રિયા માટે $ \Delta G = 0 $ થાય છે.
એલિંગહામ આકૃતિમાં રેખાના ઢાળમાં અચાનક ફેરફાર એ ધાતુ અથવા ધાતુના ઓક્સાઇડના ભૌતિક અવસ્થામાં ફેરફાર (ગલન અથવા ઉત્કલન) સૂચવે છે.

(A) હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા દ્વારા એલ્યુમિનિયમના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,શુદ્ધ $Al_2O_3$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું હોય છે.
પ્રતિક્રિયા મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડવા અને તેની વિદ્યુત વાહકતા વધારવા માટે $Na_3AlF_6$ (ક્રાયોલાઇટ) ઉમેરવામાં આવે છે.

(A) $Al_2O_3 \rightarrow Al$ નું રિડક્શન કોક (કાર્બન) નો ઉપયોગ કરીને કરી શકાતું નથી કારણ કે એલ્યુમિનિયમની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ ખૂબ વધારે હોય છે.
તેના બદલે,તે તેના પીગળેલા ક્ષારોના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા કરવામાં આવે છે.
$ZnO$,$Fe_2O_3$ અને $Cu_2O$ નું રિડક્શન કાર્બન (કોક) નો રિડક્શન કર્તા તરીકે ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે.

(B) બેયરની પ્રક્રિયામાં,$Al_{2}O_{3}$ ને $NaOH$ સાથે લીચિંગ કરીને સોડિયમ એલ્યુમિનેટ,$X = Na[Al(OH)_{4}]$ બનાવવામાં આવે છે.
$X$ ના દ્રાવણમાંથી $CO_{2}$ વાયુ $(Y)$ પસાર કરવાથી જળયુક્ત એલ્યુમિના,$Z = Al_{2}O_{3} \cdot xH_{2}O$ નું અવક્ષેપન થાય છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$Al_{2}O_{3}(s) + 2NaOH(aq) + 3H_{2}O(l) \rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}](aq)$
$2Na[Al(OH)_{4}](aq) + CO_{2}(g) \rightarrow Al_{2}O_{3} \cdot xH_{2}O(s) + 2NaHCO_{3}(aq)$

(B) એલિંગહામ આકૃતિ એ ધાતુના ઓક્સાઇડ બનાવવા માટે ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા ફેરફાર $(\Delta G)$ અને તાપમાન $(T)$ વચ્ચેનો આલેખ છે. તે ધાતુના ઓક્સાઇડના રિડક્શનની શક્યતા નક્કી કરવામાં મદદ કરે છે.

(D) વિધાન $I$ સાચું છે કારણ કે એલિન્ધામ આકૃતિ,જે $\Delta G$ વિરુદ્ધ તાપમાનનો આલેખ છે,તે ધાતુના નિષ્કર્ષણ માટે યોગ્ય રિડક્શનકર્તા પસંદ કરવામાં મદદ કરે છે. વધુ ઋણ $\Delta G$ મૂલ્ય ધરાવતી ધાતુ,ઓછું ઋણ $\Delta G$ મૂલ્ય ધરાવતી ધાતુના ઓક્સાઈડનું રિડક્શન કરી શકે છે.
વિધાન $II$ ખોટું છે કારણ કે એલિન્ધામ આકૃતિમાં રેખાઓનો ઢાળ $-\Delta S$ જેટલો હોય છે. મોટાભાગની ધાતુ ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાઓમાં એન્ટ્રોપીમાં ઘટાડો $(\Delta S < 0)$ થાય છે,તેથી ઢાળ સામાન્ય રીતે ધન હોય છે. એલિન્ધામ આકૃતિમાં ડાબેથી જમણે જતાં $\Delta S$ નું મૂલ્ય વધતું નથી.

(D) એલ્યુમિનિયમનું નિષ્કર્ષણ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ ના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા કરવામાં આવે છે. $Al_2O_3$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું હોવાથી અને તે વિદ્યુતનું મંદ વાહક હોવાથી,તેને ક્રાયોલાઈટ $(Na_3AlF_6)$ સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે જેથી ગલનબિંદુ ઘટે અને વિદ્યુત વાહકતા વધે. તેથી,વિધાન $(A)$ સાચું છે.
$(B)$ ક્રાયોલાઈટ $(Na_3AlF_6)$ માં,$Al$ નો ઓક્સિડેશન આંક $x$ ધારો. ઓક્સિડેશન આંકનો સરવાળો $3(+1) + x + 6(-1) = 0$ થાય,જે $3 + x - 6 = 0$ આપે છે,તેથી $x = +3$. તેથી,કારણ $(R)$ સાચું છે.
$(C)$ બંને વિધાનો સાચા હોવા છતાં,ક્રાયોલાઈટમાં $Al$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+3$ છે તે કારણ નથી કે શા માટે ક્રાયોલાઈટનો ઉપયોગ વિદ્યુતવિભાજન પ્રક્રિયામાં થાય છે (તેનો ઉપયોગ ગલનબિંદુ ઘટાડવા અને વાહકતા સુધારવા માટે થાય છે). તેથી,$(R)$ એ $(A)$ ની સાચી સમજૂતી નથી.

(B) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં,તાપમાન અલગ-અલગ ઝોનમાં બદલાય છે.
દહન ઝોન,જ્યાં કોક ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે બળે છે,ત્યાં મહત્તમ તાપમાન આશરે $2200 \ K$ સુધી પહોંચે છે.

(A) કોપરના સલ્ફાઇડ અયસ્કમાંથી કોપરના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,$FeO$ અશુદ્ધિ તરીકે હાજર હોય છે.
આ અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ તરીકે સિલિકા $(SiO_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$
અહીં,$FeSiO_3$ સ્લેગ (ધાતુમલ) તરીકે બને છે,જેને પીગળેલા કોપર મેટમાંથી સરળતાથી દૂર કરી શકાય છે.

(B) હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા એ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ માંથી એલ્યુમિનિયમ મેળવવાની મુખ્ય ઔદ્યોગિક પદ્ધતિ છે.
આ વિદ્યુતવિભાજન પ્રક્રિયામાં,એલ્યુમિનાને પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ માં ઓગાળવામાં આવે છે અને કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરીને તેનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે.
સમગ્ર રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે: $2 Al_2O_3 + 3 C \rightarrow 4 Al + 3 CO_2$.

(C) સોનાની લીચિંગ પ્રક્રિયામાં ડાયસાયનોઓરેટ$(I)$ સંકીર્ણ $[A]$ નું નિર્માણ થાય છે:
$4Au(s) + 8CN^-(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 4[Au(CN)_2]^-(aq) + 4OH^-(aq)$.
અહીં,$[A]$ એ $[Au(CN)_2]^-$ છે.
ત્યારબાદ,ઝીંક સાથે વિસ્થાપન પ્રક્રિયા થાય છે:
$2[Au(CN)_2]^-(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$.
અહીં,$[B]$ એ $[Zn(CN)_4]^{2-}$ છે.
આમ,$[A]$ અને $[B]$ અનુક્રમે $[Au(CN)_2]^-$ અને $[Zn(CN)_4]^{2-}$ છે.

(D) એલિન્ગામ આકૃતિમાં,$\Delta G^{\circ}$ નું મૂલ્ય જેટલું વધુ ઋણ હોય,તેટલો ધાતુ ઓક્સાઈડ વધુ સ્થાયી હોય છે. તેથી,વિધાન $I$ ખોટું છે કારણ કે ઓછી (વધુ ઋણ) $\Delta G^{\circ}$ ધરાવતો ધાતુ ઓક્સાઈડ વધુ સ્થાયી હોય છે.
વિધાન $II$ સાચું છે કારણ કે જે ધાતુની ઓક્સાઈડ નિર્માણ રેખા એલિન્ગામ આકૃતિમાં નીચે હોય છે,તેની $\Delta G^{\circ}$ વધુ ઋણ હોય છે અને તે આકૃતિમાં ઉપર રહેલા ધાતુ ઓક્સાઈડ માટે રિડક્શનકર્તા તરીકે કામ કરી શકે છે.

(D) વિધાન $I$ ખોટું છે કારણ કે સાયનાઇડ આયન સાથે સોનાના લીચિંગ માટે $Au$ ને $Au^+$ માં રૂપાંતરિત કરવા માટે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે હવા અથવા $O_2$ ની હાજરી જરૂરી છે,જે $[Au(CN)_2]^-$ સંકીર્ણ બનાવે છે. તે $Au(III)$ સંકીર્ણ બનાવતું નથી.
વિધાન $II$ સાચું છે કારણ કે વિસ્થાપન પ્રક્રિયામાં,ઝિંક રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે અને તેનું ઓક્સિડેશન $[Zn(CN)_4]^{2-}$ માં થાય છે જ્યારે સોનું $Au^+$ માંથી $Au$ માં રિડ્યુસ થાય છે.

(D) કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,$FeO$ એ કાચી ધાતુમાં રહેલી અશુદ્ધિ છે,જે ગેંગ તરીકે કાર્ય કરે છે.
$FeO$ અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે $SiO_{2}$ ને ફ્લક્સ તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે.
$FeSiO_{3}$ એ બનતો ગલનીય પદાર્થ છે,જેને સ્લેગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તેથી,$FeO$ એ ગેંગ છે અને $FeSiO_{3}$ એ સ્લેગ છે.

(B) એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,$MgO$ $(2Mg O_{2} \rightarrow 2MgO)$ અને $Al_{2}O_{3}$ $(4/3 Al O_{2} \rightarrow 2/3 Al_{2}O_{3})$ ના નિર્માણ માટેની રેખાઓ $1350^{\circ} C$ તાપમાને એકબીજાને છેદે છે.
$1350^{\circ} C$ થી નીચે,$MgO$ ની રેખા $Al_{2}O_{3}$ ની રેખાની નીચે હોય છે,જેનો અર્થ છે કે $Mg$ એ વધુ સારું રિડક્શનકર્તા છે અને $Al_{2}O_{3}$ નું રિડક્શન કરી શકે છે.
$1350^{\circ} C$ થી ઉપર,$Al_{2}O_{3}$ ની રેખા $MgO$ ની રેખાની નીચે હોય છે,જેનો અર્થ છે કે $Al$ એ વધુ સારું રિડક્શનકર્તા છે અને $MgO$ નું રિડક્શન કરી શકે છે. આમ,વિધાન $A$ સાચું છે.
કારણ $R$ જણાવે છે કે મેગ્નેશિયમના ગલનબિંદુ અને ઉત્કલનબિંદુ એલ્યુમિનિયમ કરતા ઓછા છે. આ એક તથ્ય છે,પરંતુ તે એલિંગહામ રેખાઓના છેદનનું કારણ નથી,જે ઓક્સાઇડના નિર્માણની પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $(\Delta G^{\circ})$ પર આધાર રાખે છે. તેથી,$R$ સાચું છે પરંતુ $A$ ની સાચી સમજૂતી નથી.