Reduction to free Metal Questions in Gujarati

(A) એલિંગહામ આકૃતિ એ તાપમાન $(T)$ ના વિધેય તરીકે તત્વોના ઓક્સાઇડ,સલ્ફાઇડ અને હેલાઇડ્સના નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $(\Delta G)$ માં થતા ફેરફારનું ગ્રાફિકલ નિરૂપણ છે.
તે મુખ્યત્વે ધાતુઓના ઓક્સિડેશન અથવા રિડક્શન પ્રતિક્રિયાઓ માટે $\Delta G$ વિરુદ્ધ $T$ નો આલેખ છે.
આ આકૃતિ ધાતુના ઓક્સાઇડના તાપીય રિડક્શનની શક્યતાની આગાહી કરવામાં મદદ કરે છે.

(D) લોખંડના નિષ્કર્ષણમાં $SiO_2$ અશુદ્ધિ તરીકે હોય છે,તેથી બેઝિક ફ્લક્સ (flux) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા: $\mathop {CaO}\limits_{\text{Flux}} + \mathop {SiO_2}\limits_{\text{Impurity}} \to \mathop {CaSiO_3}\limits_{\text{Slag}}$
આમ,ઉત્પન્ન થતો સ્લેગ $CaSiO_3$ છે.

(C) એલ્યુમિનોથર્મિટ પ્રક્રિયામાં,ધાતુના ઓક્સાઇડ ($Cr_2O_3$ અથવા $Fe_2O_3$ જેવા) ને એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ કરીને તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડક્શન કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે: $Cr_2O_3 + 2Al \to Al_2O_3 + 2Cr$.
આ પ્રક્રિયામાં,એલ્યુમિનિયમ $(Al)$ નું $Al_2O_3$ માં ઓક્સિડેશન થાય છે અને તે ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન કરે છે. તેથી,$Al$ રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(D) $1$. $CuFeS_2$ (કોપર પાયરાઇટ્સ) નું સંકેન્દ્રણ ફીણ પ્લવન પદ્ધતિ દ્વારા થાય છે,લીચિંગ દ્વારા નહીં.
$2$. $Au$ (સોનું) નું શુદ્ધિકરણ ઝોન રિફાઇનિંગ અથવા વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા થાય છે,પોલિંગ દ્વારા નહીં.
$3$. $Fe_2O_3$ (હેમેટાઇટ) નું રિડક્શન બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં કાર્બન દ્વારા થાય છે,વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા નહીં.
$4$. $PbS$ (ગેલેના) નું નિષ્કર્ષણ ગુંજન (roasting) દ્વારા $PbO$ બનાવીને કરવામાં આવે છે,જે બાકી રહેલા $PbS$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને લેડ ધાતુ આપે છે. આ પ્રક્રિયાને સ્વ-રિડક્શન (self-reduction) કહેવાય છે. તેથી,$PbS - \text{Reduction} - \text{Self reduction}$ એ સાચી જોડી છે.

(A) એલિન્ગમ ડાયાગ્રામમાં,બે રેખાઓનું છેદબિંદુ તે તાપમાન દર્શાવે છે કે જેના પર બે ધાતુઓ (અથવા ધાતુ અને કાર્બન) ની ઓક્સિજન પ્રત્યે સમાન આકર્ષણ શક્તિ હોય છે.
ઝિંકના ઓક્સિડેશન $(2Zn + O_2 \rightarrow 2ZnO)$ માટેની રેખા અને કાર્બનના ઓક્સિડેશન $(2C + O_2 \rightarrow 2CO)$ માટેની રેખા $1000^{\circ}C$ તાપમાને એકબીજાને છેદે છે.
તેથી,$1000^{\circ}C$ તાપમાને,ઝિંક અને કાર્બનની ઓક્સિજન પ્રત્યે સમાન આકર્ષણ શક્તિ હોય છે.

(B) એલિન્ગહામ ડાયાગ્રામમાં,જો આપેલ તાપમાને રિડક્શન કરતા પદાર્થની $\Delta G^\circ$ રેખા ધાતુના ઓક્સાઇડની $\Delta G^\circ$ રેખાની નીચે હોય,તો ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન થઈ શકે છે.
રિડક્શન પ્રક્રિયા $ZnO + C \to Zn + CO$ છે.
આપેલ એલિન્ગહામ ડાયાગ્રામ પરથી,કાર્બનના ઓક્સિડેશન $(2C + O_2 \to 2CO)$ માટેની રેખા અને ઝિંકના ઓક્સિડેશન $(2Zn + O_2 \to 2ZnO)$ માટેની રેખા આશરે $1000 \, ^\circ C$ તાપમાને એકબીજાને છેદે છે.
$1000 \, ^\circ C$ થી વધુ તાપમાન માટે,$CO$ ના નિર્માણ માટેની $\Delta G^\circ$ રેખા $ZnO$ ના નિર્માણ માટેની $\Delta G^\circ$ રેખાની નીચે રહે છે. તેથી,કાર્બન $1000 \, ^\circ C$ થી વધુ તાપમાને $ZnO$ માટે રિડક્શન કરતા પદાર્થ તરીકે કાર્ય કરી શકે છે.

(D) એલિન્ગમ ડાયાગ્રામમાં,જો કોઈ ધાતુની ઓક્સિડેશન રેખા બીજી ધાતુની રેખાની નીચે હોય,તો તે ધાતુ બીજી ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન કરી શકે છે.
$1100 \, ^oC$ તાપમાને,$MgO$ ના નિર્માણની રેખા $ZnO$ ના નિર્માણની રેખા કરતા ઘણી નીચે હોય છે.
તેથી,$Mg$ એ $ZnO$ નું $Zn$ માં અસરકારક રીતે રિડક્શન કરી શકે છે.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી પ્રક્રિયા $ZnO + Mg \to MgO + Zn$ માટે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જામાં ફેરફાર $(\Delta G)$ સૌથી વધુ ઋણ હોય છે,જે તેને સૌથી વધુ સ્વયંભૂ બનાવે છે.

(B) વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં $H$ ની ઉપર રહેલી ધાતુઓ તેમના ઓક્સાઈડને માત્ર ગરમ કરવાથી મેળવી શકાતી નથી.
ગરમ કરવાથી,$ZnO$ એ $Zn$ ધાતુ આપશે નહીં કારણ કે $Zn$ એ મધ્યમ સક્રિય ધાતુ છે.
જોકે,તેને $C$ અથવા $H_2$ વડે રિડક્શન કરીને મુક્ત ધાતુ મેળવી શકાય છે:
$ZnO + C \rightarrow Zn + CO$
$ZnO + CO \rightarrow Zn + CO_2$
$ZnO + H_2 \xrightarrow{\text{above } 400^{\circ} C} Zn + H_2O$
તેનાથી વિપરીત,$HgO$ અને $Ag_2O$ એ ઉમદા ધાતુઓના ઓક્સાઈડ છે અને ગરમ કરવાથી અનુક્રમે $Hg$ અને $Ag$ આપે છે:
$2HgO \rightarrow 2Hg + O_2$
$2Ag_2O \rightarrow 4Ag + O_2$

(B) કોપર ગ્લાન્સ $(Cu_2S)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,અયસ્કને મર્યાદિત હવાના પુરવઠામાં શેકવામાં આવે છે જેથી $Cu_2S$ નું આંશિક રીતે $Cu_2O$ માં રૂપાંતર થાય છે:
$2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$
શેક્યા પછી,તાપમાન વધારીને સ્વ-રિડક્શન (auto-reduction) કરવામાં આવે છે,જ્યાં બાકી રહેલ $Cu_2S$ એ $Cu_2O$ માટે રિડક્શન કર્તા તરીકે કામ કરે છે:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
આ પ્રક્રિયાને સ્વ-રિડક્શન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(D) કાર્બન દ્વારા ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન ત્યારે જ શક્ય છે જો પ્રક્રિયા માટે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G)$ ઋણ હોય.
$Al_2O_3$ ની સર્જન એન્થાલ્પી ખૂબ જ ઉચ્ચ ઋણ મૂલ્ય ધરાવે છે,જેનો અર્થ છે કે તે અત્યંત સ્થાયી છે.
કાર્બન $Al_2O_3$ નું $Al$ માં રિડક્શન કરી શકતું નથી કારણ કે મધ્યમ તાપમાને ઓક્સિજન માટે $Al$ ની આકર્ષણ શક્તિ $C$ કરતા ઘણી વધારે હોય છે.
તેથી,$Al_2O_3$ ની સર્જન એન્થાલ્પી એટલી વધારે છે કે કાર્બન રિડક્શન કર્તા તરીકે કામ કરી શકતું નથી.

(B) ધાતુશાસ્ત્રની પ્રક્રિયામાં,ગેંગ (અશુદ્ધિઓ) દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ ઉમેરવામાં આવે છે.
ફ્લક્સ ગેંગ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સ્લેગ નામનો પીગળેલો પદાર્થ બનાવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે,જો અશુદ્ધિ $SiO_2$ (એસિડિક) હોય,તો $CaO$ જેવું બેઝિક ફ્લક્સ ઉમેરવામાં આવે છે.
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (કેલ્શિયમ સિલિકેટ).
આમ,સ્લેગ સામાન્ય રીતે ધાતુ સિલિકેટના સ્વરૂપમાં પીગળેલી અશુદ્ધિઓ ધરાવે છે.

(D) કોપર પાયરાઈટ $(CuFeS_2)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,આયર્ન સલ્ફાઈડને ફેરસ ઓક્સાઈડ $(FeO)$ માં રૂપાંતરિત કરવા માટે કાચી ધાતુને ભૂંજન (roasting) કરવામાં આવે છે.
$FeO$ એ બેઝિક અશુદ્ધિ છે.
આ બેઝિક અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે,એસિડિક ફ્લક્સ $SiO_2$ ઉમેરવામાં આવે છે.
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$ (સ્લેગ).
આમ,$SiO_2$ નો ઉપયોગ ફ્લક્સ તરીકે થાય છે.

(D) ધાતુના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ ઉમેરવામાં આવે છે.
જો અશુદ્ધિ એસિડિક હોય (દા.ત.,$SiO_2$),તો બેઝિક ફ્લક્સ (દા.ત.,$CaO$) ઉમેરીને સ્લેગ $(CaSiO_3)$ બનાવવામાં આવે છે.
જો અશુદ્ધિ બેઝિક હોય (દા.ત.,$FeO$),તો એસિડિક ફ્લક્સ (દા.ત.,$SiO_2$) ઉમેરીને સ્લેગ $(FeSiO_3)$ બનાવવામાં આવે છે.
આમ,અયસ્કમાં રહેલી અશુદ્ધિના સ્વભાવના આધારે ફ્લક્સનો ઉપયોગ એસિડિક અને બેઝિક બંને પ્રકારની અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે થાય છે.

(A) એલ્યુમિનો-થર્માઇટ પદ્ધતિનો ઉપયોગ એલ્યુમિનિયમ પાઉડરને રિડક્શન કર્તા તરીકે વાપરીને $Cr$ અને $Mn$ જેવી ધાતુઓને તેમના ઓક્સાઇડમાંથી મેળવવા માટે થાય છે.
પ્રક્રિયા શરૂ કરવા માટે,જરૂરી ગરમી પૂરી પાડવા માટે પ્રજવલન મિશ્રણની જરૂર પડે છે.
આ પ્રજવલન મિશ્રણ મેગ્નેશિયમ પાઉડર અને બેરિયમ પેરોક્સાઇડ $(BaO_2)$ નું બનેલું હોય છે.

(B) પ્રદ્રાવણ (smelting) એ રિડક્શનની એક પ્રક્રિયા છે જેમાં શેકેલી અથવા કેલ્સિનેશન કરેલી કાચી ધાતુને યોગ્ય ફ્લક્સ અને બળતણ સાથે મિશ્ર કરીને તેના ગલનબિંદુથી ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયામાં,ધાતુના ઓક્સાઈડનું કાર્બન અથવા કાર્બન મોનોક્સાઈડ જેવા રિડક્શનકર્તા દ્વારા ધાતુમાં રિડક્શન થાય છે.

(C) વાત ભઠ્ઠીનો ઉપયોગ લોખંડના નિષ્કર્ષણ માટે થાય છે.
વાત ભઠ્ઠીની અંદરનું તાપમાન ખૂબ ઊંચું હોવાથી,તેનું અંદરનું આવરણ એવા પદાર્થોનું બનેલું હોવું જોઈએ જે ઓગળ્યા વિના અથવા પ્રતિક્રિયા આપ્યા વિના ઊંચી ગરમી સહન કરી શકે.
આને અગ્નિરોધક ઇંટો (refractory bricks) કહેવામાં આવે છે,જે મુખ્યત્વે એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ અને સિલિકા $(SiO_2)$ ની બનેલી હોય છે.

(B) સિલિકા $(SiO_2)$ એ એસિડિક અશુદ્ધિ (ગેંગ) છે. એસિડિક અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે બેઝિક અભિવાહ (flux) ની જરૂર પડે છે. બેઝિક અભિવાહ એસિડિક અશુદ્ધિ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ગલનીય સ્લેગ (slag) બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે,$CaO$ (બેઝિક અભિવાહ) એ $SiO_2$ (એસિડિક અશુદ્ધિ) સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CaSiO_3$ (સ્લેગ) બનાવે છે.

(D) $Al$,$Na$,$Mg$,અને $Ca$ જેવી વધુ સક્રિય ધાતુઓ તેમના પીગળેલા ક્ષારોના વિદ્યુતીય રિડક્શન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે કારણ કે તેમનું રિડક્શન કાર્બન અથવા અન્ય સામાન્ય રિડક્શનકર્તા દ્વારા થઈ શકતું નથી.
$Al$ ને હોલ-હેરોલ્ટ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે,જેમાં પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ માં ઓગળેલા એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું વિદ્યુતીય રિડક્શન કરવામાં આવે છે.

(A) ઓક્સાઇડ સ્વરૂપની કાચી ધાતુમાંથી ધાતુના નિષ્કર્ષણ માટેની સૌથી સામાન્ય અને આર્થિક પદ્ધતિ કાર્બન વડે રિડક્શન છે. આ પ્રક્રિયામાં,ધાતુના ઓક્સાઇડને કોક (કાર્બન) સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે,જે રિડક્શનકર્તા તરીકે કામ કરે છે અને ધાતુ તથા કાર્બન મોનોક્સાઇડ અથવા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે. આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ $Fe$,$Zn$,$Pb$ જેવી ધાતુઓ માટે વ્યાપકપણે થાય છે.

(A) ધાતુશાસ્ત્રમાં,જ્યારે બેઝિક અશુદ્ધિઓ (જેમ કે $P_4O_{10}$) દૂર કરવાની હોય અથવા જ્યારે બનતો સ્લેગ એસિડિક હોય,ત્યારે ભઠ્ઠીમાં બેઝિક આવરણની જરૂર પડે છે. $MgO \cdot CaO$ (કેલ્સિનેટેડ ડોલોમાઇટ) અથવા $MgO$ (મેગ્નેશિયા) નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ભઠ્ઠીના અસ્તર માટે બેઝિક રિફ્રેક્ટરી પદાર્થ તરીકે થાય છે.

(D) સાયનાઇડ પદ્ધતિ,જેને મેક-આર્થર ફોરેસ્ટ પદ્ધતિ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તેનો ઉપયોગ સોના $(Au)$ અને ચાંદી $(Ag)$ ના નિષ્કર્ષણ માટે થાય છે.
આ પ્રક્રિયામાં,દળેલા અયસ્કને હવા $(O_2)$ ની હાજરીમાં સોડિયમ સાયનાઇડ $(NaCN)$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવવામાં આવે છે,જે ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
ધાતુ સાયનાઇડના દ્રાવણમાં ઓગળીને દ્રાવ્ય સંકીર્ણ બનાવે છે:
$4M + 8CN^- + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[M(CN)_2]^- + 4OH^-$ (જ્યાં $M = Au$ અથવા $Ag$).
તેથી,$Au$ અને $Ag$ બંને આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવે છે.

(B) ધાતુકર્મવિધિની પ્રક્રિયામાં,ખાસ કરીને થર્મિટ પ્રક્રિયામાં,એલ્યુમિનિયમનો ઉપયોગ ધાતુના ઓક્સાઇડ (જેમ કે $Cr_2O_3$ અથવા $Fe_2O_3$) નું તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડક્શન કરવા માટે થાય છે.
એલ્યુમિનિયમનું ઓક્સિડેશન $(Al \rightarrow Al^{3+} + 3e^-)$ થાય છે અને તે ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન કરે છે,તેથી તે પ્રબળ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.

(C) એલ્યુમિનિયમના નિષ્કર્ષણ માટેની હોલ-હેરોલ્ટ પદ્ધતિમાં,શુદ્ધ $Al_2O_3$ ને $Na_3AlF_6$ (ક્રાયોલાઇટ) અને $CaF_2$ (ફ્લોરસ્પાર) સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે.
આ મિશ્રણનો ઉપયોગ વિધુતવિભાજ્ય તરીકે થાય છે કારણ કે તે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડે છે અને તેની વિધુત વાહકતા વધારે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(B) $Pb$ (લેડ) નું તેના ખનિજ ગેલેના $(PbS)$ માંથી નિષ્કર્ષણ મુખ્યત્વે સ્વયં-રિડક્શન (જેને એર રિડક્શન પણ કહેવાય છે) દ્વારા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,$PbS$ નું આંશિક ભૂંજન કરીને $PbO$ મેળવવામાં આવે છે,જે બાકી રહેલા $PbS$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $Pb$ ધાતુ આપે છે: $2PbS + 3O_2 \rightarrow 2PbO + 2SO_2$ અને $PbS + 2PbO \rightarrow 3Pb + SO_2$.
$Sn$ (ટીન) નું તેના ખનિજ કેસિટરાઈટ $(SnO_2)$ માંથી નિષ્કર્ષણ કાર્બન રિડક્શન દ્વારા કરવામાં આવે છે,જેમાં $SnO_2$ ને ભઠ્ઠીમાં કોક (કાર્બન) સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે: $SnO_2 + 2C \rightarrow Sn + 2CO$.

(A) ધાતુકર્મવિધિમાં,ફ્લક્સ એ અયસ્કમાંથી અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) દૂર કરવા માટે ઉમેરવામાં આવતો પદાર્થ છે.
તે અપિગલિત અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) સાથે પ્રક્રિયા કરીને એક પિગલિત પદાર્થ બનાવે છે જેને સ્લેગ (ધાતુમલ) કહેવામાં આવે છે.
આમ,આ પ્રક્રિયા અપિગલિત અશુદ્ધિઓને પિગલિત અશુદ્ધિઓમાં રૂપાંતરિત કરે છે,જેને પીગળેલી ધાતુમાંથી સરળતાથી દૂર કરી શકાય છે.

(B) વાત ભઠ્ઠીમાં,આયર્ન ઓક્સાઇડ ($Fe_2O_3$ અને $Fe_3O_4$) નું રિડક્શન મુખ્યત્વે નીચા તાપમાને $(500-800 \ K)$ $CO$ વાયુ દ્વારા થાય છે.
પ્રક્રિયા: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.
ઊંચા તાપમાને $(> 1073 \ K)$,કાર્બન $(C)$ પણ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે,પરંતુ ભઠ્ઠીના ઉપરના ઠંડા ભાગોમાં $CO$ મુખ્ય રિડક્શનકર્તા છે.

(B) $Fe$ (આયર્ન) અને $Cu$ (કોપર) જેવી ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ ઉમેરવામાં આવે છે.
ફ્લક્સ અશુદ્ધિઓ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્લેગ નામનો ગલનીય પદાર્થ બનાવે છે.
સ્લેગ મુખ્યત્વે સિલિકેટ અથવા ફોસ્ફેટ સંયોજન છે.
સ્લેગના ગુણધર્મો:
$1$. તે પીગળેલી ધાતુ કરતા હલકો હોય છે,તેથી તે પીગળેલી ધાતુની સપાટી પર તરે છે અને તેને ઓક્સિડેશનથી બચાવે છે.
$2$. તેનું ગલનબિંદુ ધાતુ કરતા ઓછું હોય છે,જેથી તે સરળતાથી દૂર કરવા માટે પ્રવાહી અવસ્થામાં રહે છે.

(C) એલ્યુમિનો-થર્માઇટ પદ્ધતિમાં રિડક્શન કર્તા તરીકે એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ કરીને ધાતુના ઓક્સાઇડ (જેમ કે $Cr_2O_3$ અથવા $Fe_2O_3$) નું રિડક્શન કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે અને તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે $Cr$ અને $Mn$ જેવી ધાતુઓને તેમના ઓક્સાઇડમાંથી મેળવવા માટે થાય છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$Cr$ એ આ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવવામાં આવતી સાચી ધાતુ છે.

(B) ક્રાયોલાઇટ એ $Na_3AlF_6$ છે.
હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયામાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું $(2323 \ K)$ હોય છે.
ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ ઉમેરવાથી મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટીને લગભગ $1240 \ K$ થાય છે અને તે પીગળેલા મિશ્રણની વિદ્યુતવાહકતા પણ વધારે છે,જેનાથી વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયા વધુ કાર્યક્ષમ બને છે.

(C) કોપરના ધાતુશાસ્ત્રમાં,સલ્ફાઇડ ખનિજને સૌપ્રથમ ભૂંજન (roasting) દ્વારા $Cu_2O$ અને $Cu_2S$ માં ફેરવવામાં આવે છે.
કેટલાક $Cu_2O$,$Cu_2S$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્વયં-રિડક્શન (self-reduction) દ્વારા કોપર ધાતુ આપે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$.

(A) સ્વયં રિડક્શન પદ્ધતિનો ઉપયોગ એવી ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ માટે થાય છે જેની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ ઓછી હોય છે,જેમ કે $Cu$,$Hg$ અને $Pb$।
કોપર માટે પ્રક્રિયા: $2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$ અને ત્યારબાદ $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$ થાય છે।
મર્ક્યુરી માટે પ્રક્રિયા: $2HgS + 3O_2 \rightarrow 2HgO + 2SO_2$ અને ત્યારબાદ $2HgO + HgS \rightarrow 3Hg + SO_2$ થાય છે।
તેથી,$Cu$ અને $Hg$ આ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે।

(B) ધાતુકર્મવિધિમાં,કાચી ધાતુમાંથી અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) દૂર કરવા માટે અભિવાહ ઉમેરવામાં આવે છે.
જો અશુદ્ધિ એસિડિક હોય (દા.ત.,$SiO_2$),તો બેઝિક અભિવાહનો ઉપયોગ થાય છે.
જો અશુદ્ધિ બેઝિક હોય (દા.ત.,$FeO$),તો એસિડિક અભિવાહનો ઉપયોગ થાય છે.
ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_3)$ બેઝિક અભિવાહ તરીકે કાર્ય કરે છે કારણ કે તે વિઘટન પામીને કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ $(CaO)$ બનાવે છે,જે એસિડિક સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્લેગ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે:
$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (સ્લેગ).
તેથી,એસિડિક અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે ચૂનાના પથ્થરનો ઉપયોગ થાય છે.

(C) $Electric \ furnace$ (વિધુતભઠ્ઠી) ગરમી ઉત્પન્ન કરવા માટે વિદ્યુત ઉર્જાનો ઉપયોગ કરે છે,જે તેને વાત ભઠ્ઠી,પરાવર્તની ભઠ્ઠી અથવા મફલ ભઠ્ઠી જેવી બળતણ-આધારિત ભઠ્ઠીઓની તુલનામાં નોંધપાત્ર રીતે ઊંચા તાપમાન ($3000 \ ^\circ C$ થી વધુ) સુધી પહોંચવા દે છે. તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(B) કોપર પાયરાઇટ્સ $(CuFeS_2)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,સલ્ફર દૂર કરવા માટે કાચી ધાતુનું ભૂંજન કરવામાં આવે છે અને ત્યારબાદ તેને બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં ગરમ કરવામાં આવે છે.
ભઠ્ઠીમાં,અશુદ્ધિ તરીકે આયર્ન ઓક્સાઇડ $(FeO)$ બને છે.
આ અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ તરીકે સિલિકા $(SiO_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$ (સ્લેગ).
આમ,બનતો સ્લેગ આયર્ન સિલિકેટ $(FeSiO_3)$ છે.

(C) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં આયર્નના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,ફ્લક્સ તરીકે લાઈમસ્ટોન $(CaCO_3)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
તે વિઘટન પામીને કેલ્શિયમ ઓક્સાઈડ $(CaO)$ બનાવે છે.
$CaO$ એ અયસ્કમાં રહેલી અશુદ્ધિ સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ સિલિકેટ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે,જે સ્લેગ છે.
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (સ્લેગ).

(C) $Ca$,$Mg$ અને $Al$ જેવી વધુ સક્રિય ધાતુઓ તેમના પીગળેલા ક્ષારોના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે કારણ કે તેમને કાર્બન અથવા અન્ય સામાન્ય રિડક્શનકર્તા દ્વારા રિડક્શન કરી શકાતી નથી.
$Cr$ (ક્રોમિયમ) સામાન્ય રીતે તેના ઓક્સાઇડ $(Cr_2O_3)$ નું એલ્યુમિનિયમ દ્વારા રિડક્શન કરીને (એલ્યુમિનો-થર્મિક પ્રક્રિયા) અથવા અન્ય રાસાયણિક રિડક્શન પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે,વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા નહીં.

(D) ધાતુશાસ્ત્રની પ્રક્રિયામાં,અશુદ્ધિઓ (ગેંગ) ને દૂર કરવા માટે કાચી ધાતુમાં $Flux$ (અભિવાહ) નામનો પદાર્થ ઉમેરવામાં આવે છે.
$Flux$ ગેંગ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $Slag$ (ધાતુમલ) તરીકે ઓળખાતો પિગલિત પદાર્થ બનાવે છે.
તેથી,ઉમેરવામાં આવતો પદાર્થ $Flux$ છે.

(C) સિલ્વરના નિષ્કર્ષણ માટેની હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પ્રક્રિયામાં,$NaCN$ ના દ્રાવણ સાથે સિલ્વર અયસ્કનું લીચિંગ કરીને $Na[Ag(CN)_2]$ બનાવવામાં આવે છે.
આ સંકીર્ણમાંથી સિલ્વર મેળવવા માટે,ઝિંક $(Zn)$ જેવી વધુ ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ ધાતુ ઉમેરવામાં આવે છે.
વિસ્થાપન પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $2Na[Ag(CN)_2] + Zn \rightarrow Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$.
ઝિંક એ $Ag$ કરતા વધુ સક્રિય હોવાથી,તે સંકીર્ણમાંથી સિલ્વરનું વિસ્થાપન કરે છે.

(A) સોનાના નિષ્કર્ષણમાં અયસ્કનું હવા $(O_2)$ ની હાજરીમાં $NaCN$ અથવા $KCN$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે નિક્ષાલન કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા:
$4Au(s) + 8CN^-(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \to 4[Au(CN)_2]^-(aq) + 4OH^-(aq)$
અહીં,$X = [Au(CN)_2]^-$.
ત્યારબાદ ઝિંક $(Zn)$ નો ઉપયોગ કરીને વિસ્થાપન દ્વારા આ સંકીર્ણમાંથી સોનું મેળવવામાં આવે છે:
$2[Au(CN)_2]^-(aq) + Zn(s) \to [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$
અહીં,$Y = [Zn(CN)_4]^{2-}$.
આમ,$X = [Au(CN)_2]^-$ અને $Y = [Zn(CN)_4]^{2-}$.

(D) તાંબાની ધાતુશાસ્ત્રમાં,સાંદ્રિત અયસ્કને રિવર્બરેટરી ભઠ્ઠીમાં શેકવામાં આવે છે.
શેક્યા પછી,અયસ્કને સિલિકા $(SiO_2)$ અને કોક સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,આયર્ન ઓક્સાઇડ $(FeO)$ સિલિકા સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને આયર્ન સિલિકેટ સ્લેગ $(FeSiO_3)$ બનાવે છે.
બાકી રહેલ કોપર સલ્ફાઇડ $(Cu_2S)$ અને થોડો પ્રતિક્રિયા ન પામેલ આયર્ન સલ્ફાઇડ $(FeS)$ એક પીગળેલું મિશ્રણ બનાવે છે જેને મેટ કહેવામાં આવે છે.
તેથી,મેટ એ $Cu_2S + FeS$ નું મિશ્રણ છે.

(C) વાતભઠ્ઠીમાં,દહન વિભાગ (જેને ટ્યુયર વિભાગ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) સૌથી નીચેના ભાગમાં હોય છે જ્યાં ગરમ હવા ભઠ્ઠીમાં ફૂંકવામાં આવે છે.
આ વિભાગમાં તાપમાન સૌથી વધુ હોય છે,જે આશરે $2000 \ K$ થી $2200 \ K$ સુધી પહોંચે છે,કારણ કે કોકનું ઓક્સિજન સાથે ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા થાય છે: $C + O_2 \rightarrow CO_2 + \text{Heat}$.

(B) $\Delta G$ (ગીબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર) વિરુદ્ધ $T$ (તાપમાન) ના આલેખોને એલિંગહામ આકૃતિઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ આકૃતિઓનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ હેરોલ્ડ એલિંગહામ દ્વારા વિવિધ રિડક્શનકર્તાઓ દ્વારા ધાતુના ઓક્સાઈડના રિડક્શનની શક્યતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.

(A) પિગ આયર્નમાંથી કાસ્ટ આયર્ન (અથવા ઘડતર લોખંડ) મેળવવાની પ્રક્રિયામાં $C$,$Si$,$Mn$,$S$ અને $P$ જેવી અશુદ્ધિઓને ઓક્સિડેશન દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે.
પરાવર્તની ભઠ્ઠીમાં,ભઠ્ઠીની અંદરની સપાટી પર $Fe_2O_3$ નું પડ લગાવેલું હોય છે.
આ $Fe_2O_3$ પિગ આયર્નમાં રહેલા કાર્બનનું કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ માં ઓક્સિડેશન કરે છે:
$Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO$.

(B) બેસેમર કન્વર્ટરમાં,પીગળેલા મેટ $(Cu_2S + FeS)$ પર હવાનો પ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે છે.
પ્રથમ,બાકી રહેલ $FeS$ નું ઓક્સિડેશન થઈ $FeO$ બને છે,જે ત્યારબાદ સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્લેગ બનાવે છે.
આયર્ન દૂર થયા પછી,બાકી રહેલ $Cu_2S$ હવાની હાજરીમાં સ્વયં-રિડક્શન (autoreduction) અનુભવે છે:
$2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
કન્વર્ટરમાં પ્રક્રિયા $C$ અને $B$ બંને થાય છે,પરંતુ સ્વયં-રિડક્શન દ્વારા ધાત્વિક કોપર મેળવવા માટેની મુખ્ય પ્રક્રિયા $2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$ છે.

(B) $(1)$ વિધાન સાચું છે: પિગ આયર્ન બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં આશરે $1270 \ K$ તાપમાને મેળવવામાં આવે છે.
$(2)$ વિધાન સાચું છે: પિગ આયર્નમાં આશરે $4 \%$ કાર્બન અને અન્ય અશુદ્ધિઓ હોય છે.
$(3)$ વિધાન ખોટું છે: પિગ આયર્ન બરડ હોય છે,પરંતુ તેને વિવિધ આકારોમાં ઢાળી શકાય છે.
$(4)$ વિધાન સાચું છે: તેમાં $P, S, Si, Mn$ જેવી અશુદ્ધિઓ અલ્પ પ્રમાણમાં હોય છે.
તેથી,સાચો ક્રમ $T, T, F, T$ છે.

(B) સ્મેલ્ટિંગ એ ઊંચા તાપમાને કાર્બન વડે ધાતુના ઓક્સાઈડના રિડક્શનની પ્રક્રિયા છે.
આપેલા વિકલ્પોમાં,પ્રક્રિયા $Fe_2O_3 + 3C \to 2Fe + 3CO$ એ કાર્બન દ્વારા આયર્ન ઓક્સાઈડનું રિડક્શન દર્શાવે છે,જે બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં સ્મેલ્ટિંગ પ્રક્રિયાની લાક્ષણિક પ્રક્રિયા છે.
વિકલ્પ $A$ એ કેલ્સિનેશન/નિર્જલીકરણ દર્શાવે છે.
વિકલ્પ $C$ એ કેલ્સિનેશન દર્શાવે છે.
વિકલ્પ $D$ એ રોસ્ટિંગ (ભુંજણ) દર્શાવે છે.

(D) સૌથી વધુ વિધુતધન ધાતુઓ (જેમ કે $Na, K, Mg, Ca, Al$) ઓક્સિજન પ્રત્યે ખૂબ જ આકર્ષણ ધરાવે છે અને તેમને કાર્બન કે કાર્બન મોનોક્સાઈડ જેવા સામાન્ય રિડક્શનકર્તા દ્વારા રિડક્શન કરી શકાતી નથી.
તેથી,આ ધાતુઓને તેમના પિગલિત આયનીય ક્ષાર (ઓગળેલા ક્લોરાઈડ અથવા ઓક્સાઈડ) ના વિધુતવિભાજન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે,જેમાં ધાતુ કેથોડ પર જમા થાય છે.

(D) બેસેમરીકરણ એ કોપર $(Cu)$ ના ધાતુશાસ્ત્રમાં વપરાતી પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં,પીગળેલું મેટ $(Cu_2S + FeS)$ બેસેમર કન્વર્ટરમાં લેવામાં આવે છે.
પીગળેલા મેટમાંથી હવા પસાર કરવામાં આવે છે જેથી $FeS$ નું ઓક્સિડેશન થઈને $FeO$ બને છે,જે ત્યારબાદ સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્લેગ $(FeSiO_3)$ બનાવે છે.
અંતે,બાકી રહેલા $Cu_2S$ નું રિડક્શન થઈને ધાતુમય કોપર મળે છે,જેને બ્લિસ્ટર કોપર કહેવામાં આવે છે.

(D) ઝિંકના નિષ્કર્ષણમાં,ઝિંક ઓક્સાઈડ $(ZnO)$ નું ઊંચા તાપમાને $(1673 \ K)$ કોક $(C)$ દ્વારા રિડક્શન કરવામાં આવે છે:
$ZnO + C \rightarrow Zn + CO$
અહીં,ઉત્પન્ન થતો કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ વાયુ બહાર નીકળે છે અને ભઠ્ઠીના મુખ પાસે લાક્ષણિક વાદળી જ્યોત સાથે સળગે છે.

(D) કોપર પાયરાઇટ્સ $(CuFeS_2)$ માંથી કોપરનું નિષ્કર્ષણ વાતભઠ્ઠીમાં ગરમ કરીને કરવામાં આવે છે. $CuFeS_2$ નું રૂપાંતર $Cu_2S$ અને $FeO$ માં થાય છે. ત્યારબાદ $FeO$ ને સિલિકા $(SiO_2)$ ઉમેરીને $FeSiO_3$ તરીકે સ્લેગ (ધાતુમલ) સ્વરૂપે દૂર કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાનો મુખ્ય સિદ્ધાંત એ છે કે ઊંચા તાપમાને આયર્નને સલ્ફર કરતા ઓક્સિજન પ્રત્યે વધુ આકર્ષણ હોય છે,જેના કારણે તેનું પસંદગીયુક્ત ઓક્સિડેશન થઈને તે સ્લેગ તરીકે દૂર થાય છે,જ્યારે કોપર સલ્ફાઈડ સ્વરૂપે રહે છે.