Reduction to free Metal Questions in Gujarati

(B) કેસિટરાઈટ અયસ્ક $SnO_2$ છે. નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયામાં નીચેના પગલાંઓનો સમાવેશ થાય છે:
$1$. ગુરુત્વાકર્ષણ અલગીકરણ દ્વારા અયસ્કનું સંકેન્દ્રણ.
$2$. સલ્ફર અને આર્સેનિકની અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે ભૂંજન.
$3$. ઓક્સાઈડ અયસ્કનું કાર્બન દ્વારા રિડક્શન: $SnO_2 + 2C \to Sn + 2CO$.
$4$. $Fe$,$W$ અને $Cu$ જેવી અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે ધાતુનું શુદ્ધિકરણ.
કેસિટરાઈટ એ ઓક્સાઈડ અયસ્ક હોવાથી,તેમાં સ્વયં-રિડક્શન થતું નથી,જે $Cu_2S$ અથવા $PbS$ જેવા સલ્ફાઈડ અયસ્કોની લાક્ષણિકતા છે.

(C) સ્મેલ્ટિંગ એ ઊંચા તાપમાને ફ્લક્સની હાજરીમાં રિડક્શન કર્તા (જેમ કે $CO$ અથવા $C$) નો ઉપયોગ કરીને ધાતુને તેના પીગળેલા સ્વરૂપમાં મેળવવાની પ્રક્રિયા છે.
પ્રક્રિયા $Fe_2O_3 + 3CO \to 2Fe + 3CO_2$ માં,આયર્ન ઓક્સાઇડનું કાર્બન મોનોક્સાઇડ દ્વારા રિડક્શન થઈને પીગળેલું આયર્ન મળે છે.
વિકલ્પ $A$ એ રોસ્ટિંગ છે,વિકલ્પ $B$ એ કેલ્સિનેશન/નિર્જલીકરણ છે,અને વિકલ્પ $D$ એ એલ્યુમિનોથર્મિક રિડક્શન છે.

(D) થર્માઇટ એ ધાતુના ઓક્સાઇડ (સામાન્ય રીતે $Fe_2O_3$) અને ધાતુના પાઉડર (સામાન્ય રીતે $Al$) નું મિશ્રણ છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે અને તેનો ઉપયોગ વેલ્ડિંગના હેતુઓ માટે થાય છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $Fe_2O_3(s) + 2Al(s) \rightarrow 2Fe(l) + Al_2O_3(s) + \text{Heat}$.

(C) સરપેક પદ્ધતિમાં,બોક્સાઇટ $(Al_2O_3 \cdot 2H_2O)$ ને કોક અને નાઇટ્રોજન સાથે $1800 \ ^\circ C$ તાપમાને ગરમ કરીને એલ્યુમિનિયમ નાઇટ્રાઇડ $(AlN)$ બનાવવામાં આવે છે.
$Al_2O_3 + 3C + N_2 \rightarrow 2AlN + 3CO$.
સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ $(SiO_2)$ એ બોક્સાઇટમાં રહેલી અશુદ્ધિ છે. તેને કોક સાથે પ્રક્રિયા કરીને સિલિકોન કાર્બાઇડ $(SiC)$ માં ફેરવીને દૂર કરવામાં આવે છે.

(C) એલ્યુમિનો થર્માઇટ પદ્ધતિમાં,ધાતુના ઓક્સાઇડ (જેમ કે $Fe_2O_3$) ને રિડક્શનકર્તા તરીકે એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ કરીને તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડક્શન કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3 + \text{Heat}$.
અહીં,$Al$ નું $Al_2O_3$ માં ઓક્સિડેશન થાય છે અને તે $Fe_2O_3$ નું $Fe$ માં રિડક્શન કરે છે. તેથી,$Al$ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.

(A) હૉલ-હેરૉલ્ટ પદ્ધતિમાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું $(2323 \ K)$ હોય છે અને તે વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે.
પીગળેલ ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ ઉમેરવાથી બે મુખ્ય ફાયદા થાય છે:
$1$. તે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટાડીને આશરે $1240 \ K$ કરે છે.
$2$. તે પીગળેલા મિશ્રણની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે,જેથી વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમ બને છે.

(B) શુદ્ધ $NaCl$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું $(1081 \ K)$ હોય છે.
વિધુત વિભાજન કોષ (ડાઉન્સ પ્રક્રિયા) નું તાપમાન ઘટાડવા માટે $NaCl$ માં $CaCl_2$ અને $KF$ ઉમેરવામાં આવે છે.
આ મિશ્રણ વિદ્યુતવિભાજ્યનું ગલનબિંદુ આશરે $873 \ K$ સુધી ઘટાડે છે,જે ઉર્જા બચાવે છે અને સોડિયમ ધાતુના બાષ્પીભવનને અટકાવે છે.

(C) મેગ્નેશિયમ એક અત્યંત સક્રિય ધાતુ છે. તેને તેના ઓક્સાઈડના કાર્બન (કોક) વડે રાસાયણિક રિડક્શન દ્વારા મેળવી શકાતી નથી કારણ કે $Mg$ ની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ કાર્બન કરતા વધારે હોય છે.
તે વ્યાવસાયિક રીતે પિગલિત મેગ્નેશિયમ ક્લોરાઈડ $(MgCl_2)$ ના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે,જેમાં ગલનબિંદુ ઘટાડવા માટે અન્ય ક્લોરાઈડ ઉમેરવામાં આવે છે.
તેથી,સાચી પદ્ધતિ પિગલિત મેગ્નેશિયમ ક્ષારનું વિદ્યુતવિભાજન છે.

(D) ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જાનો ફેરફાર $ \Delta G = \Delta H - T \Delta S $ સમીકરણ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કોઈપણ પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ થવા માટે,$ \Delta G $ નું મૂલ્ય ઋણ $( \Delta G < 0 )$ હોવું જોઈએ.
જો $ \Delta H $ ઋણ $( -ve )$ હોય અને $ T \Delta S $ ધન $( +ve )$ હોય,તો $ \Delta G = (-ve) - (+ve) = -ve $ થાય.
આ શરત સુનિશ્ચિત કરે છે કે $ \Delta G $ કોઈપણ તાપમાને હંમેશા ઋણ રહે છે,જે ધાતુ ઓક્સાઇડના ધાતુમાં રિડક્શનને અનુકૂળ બનાવે છે.

(D) એલિંગહામ આકૃતિઓ થર્મોડાયનેમિક ખ્યાલો પર આધારિત છે.
તે તાપમાન $(T)$ ના સંદર્ભમાં ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા $(\Delta G)$ માં થતા ફેરફારને દર્શાવે છે.
તે રિડક્શન પ્રક્રિયાના ગતિશાસ્ત્ર (kinetics) વિશે,જેમ કે પ્રક્રિયાનો દર,કોઈ માહિતી આપતી નથી.

(B) $MgO$ ના રાસાયણિક રિડક્શન દ્વારા મેગ્નેશિયમ મેળવવા માટે કાર્બનનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી કારણ કે ઊંચા તાપમાને મેગ્નેશિયમ કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બાઇડ બનાવે છે.
$2 Mg + 3 C \xrightarrow{2000^{\circ} C} Mg_2 C_3$

(A) $[Ag(CN)_2]^-$ સંકીર્ણમાંથી $Ag$ ની પુનઃપ્રાપ્તિમાં વધુ સક્રિય ધાતુ દ્વારા $Ag^+$ નું વિસ્થાપન થાય છે.
પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $E^o_{Zn^{2+}/Zn} = -0.76 \ V$ અને $E^o_{Cu^{2+}/Cu} = +0.34 \ V$ છે.
ઝિંકનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ કોપર કરતા વધુ ઋણ હોવાથી,તે વધુ શક્તિશાળી રિડક્શનકર્તા છે.
$Zn$ એ $[Ag(CN)_2]^-$ માંથી $Ag$ નું વિસ્થાપન કરી શકે છે કારણ કે તે $Ag^+$ નું $Ag(s)$ માં રિડક્શન કરી શકે છે,જ્યારે કોપર તેની ઓછી રિડક્શન ક્ષમતાને કારણે આ સંકીર્ણમાં $Ag^+$ નું અસરકારક રીતે રિડક્શન કરી શકતું નથી.
આમ,વિધાન અને કારણ બંને સાચા છે અને કારણ એ વિધાનની સાચી સમજૂતી છે.

(D) સ્મેલ્ટિંગની પ્રક્રિયામાં,ધાતુના ઓક્સાઇડનું કાર્બન અથવા કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ દ્વારા રિડક્શન કરવામાં આવે છે.
$ZnO$ માટે: $ZnO + C \to Zn + CO$.
$FeO$ માટે: $FeO + C \to Fe + CO$.
$Zn, Fe, Pb,$ અને $Sn$ જેવી ધાતુઓ સામાન્ય રીતે તેમના ઓક્સાઇડ અયસ્કમાંથી કાર્બન રિડક્શન (સ્મેલ્ટિંગ) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. $FeO$ અને $ZnO$ બંને કાર્બન દ્વારા રિડ્યુસ થતા ઓક્સાઇડના પ્રમાણભૂત ઉદાહરણો છે.

(D) હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયામાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું (આશરે $2323 \ K$) હોય છે,જેના કારણે તેને પીગળવું મુશ્કેલ બને છે અને ઘણી ઊર્જા વપરાય છે.
પીગળેલા એલ્યુમિનામાં ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ ઉમેરવાથી તેનું ગલનબિંદુ આશરે $1140 \ K$ સુધી ઘટે છે અને તેની વિદ્યુત વાહકતા વધે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં,આયર્ન ઓક્સાઈડ $(Fe_2O_3)$ નું રિડક્શન મુખ્યત્વે કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ દ્વારા થઈને આયર્ન $(Fe)$ અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ $(CO_2)$ બનાવે છે,જે પ્રતિક્રિયા $(i)$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
વધુમાં,સિલિકા $(SiO_2)$ અશુદ્ધિને સ્લેગ $(CaSiO_3)$ તરીકે દૂર કરવાની પ્રક્રિયા $(iv)$ દ્વારા થાય છે,જ્યાં કેલ્શિયમ ઓક્સાઈડ $(CaO)$ ફ્લક્સ તરીકે કાર્ય કરે છે.
પ્રતિક્રિયા $(ii)$ એ આયર્ન નિષ્કર્ષણ માટે બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં પ્રાથમિક પ્રતિક્રિયા નથી,અને પ્રતિક્રિયા $(iii)$ એ $CO$ રિડક્શનની તુલનામાં મુખ્ય રિડક્શન પદ્ધતિ નથી.
તેથી,સાચી પ્રતિક્રિયાઓ $(i)$ અને $(iv)$ છે.

(C) $Fe_2O_3$ માંથી આયર્નનું નિષ્કર્ષણ બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં કોક $(C)$ સાથે ગરમ કરીને કરવામાં આવે છે.
કોક ઓક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને $CO$ બનાવે છે,જે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે:
$Fe_2O_3 3CO \to 2Fe 3CO_2$
આમ,વિધાન સાચું છે.
પ્રક્રિયા $Fe_2O_{3(s)} \to 2Fe_{(s)} 3/2 O_{2(g)}$ સ્વયંભૂ નથી કારણ કે તેમાં મજબૂત ધાતુ-ઓક્સિજન બંધ તોડવાનો સમાવેશ થાય છે,જે ઉષ્માશોષક $(\Delta H > 0)$ છે અને એન્ટ્રોપીમાં વધારો $(\Delta S > 0)$ થાય છે,પરંતુ સામાન્ય તાપમાને ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G = \Delta H - T\Delta S)$ ધન રહે છે.
તેથી,કારણ ખોટું છે.

(A) $Bessemerization$ પ્રક્રિયા દરમિયાન,પીગળેલા તાંબાને મોલ્ડમાં રેડવામાં આવે છે અને ઠંડુ થવા દેવામાં આવે છે.
જેમ જેમ ધાતુ ઘન બને છે,તેમ ઓગળેલા $SO_2$ વાયુ બહાર નીકળે છે,જે ઘન તાંબાની સપાટી પર પરપોટા અથવા ફોલ્લા બનાવે છે.
તેથી,મેળવેલ તાંબાને બ્લિસ્ટર કોપર કહેવામાં આવે છે.
વિધાન અને કારણ બંને સાચા છે,અને કારણ એ વિધાનની સાચી સમજૂતી છે.

(B) વિધાન અને કારણ બંને સાચા છે. સ્મેલ્ટિંગ એ ફ્લક્સની હાજરીમાં કાર્બન (કોક) સાથે શેકેલી અયસ્કના રિડક્શનની પ્રક્રિયા છે. અશુદ્ધિઓને સ્લેગ તરીકે દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ ઉમેરવામાં આવે છે. કારણમાં આપેલી વ્યાખ્યા સચોટ છે,પરંતુ સ્મેલ્ટિંગમાં કોક અને ફ્લક્સનો ઉપયોગ એ રિડક્શન અને સ્લેગ નિર્માણની પ્રક્રિયા માટેની આવશ્યકતા છે,તેથી કારણ એ વિધાન માટે સીધું કારણ આપવાને બદલે એક વર્ણનાત્મક વ્યાખ્યા છે.

(B) $Fe$ અને $Pt$ મર્ક્યુરી સાથે એમાલગમ બનાવતા નથી.
$\text{સિલ્વર એમાલગમ} (Ag-Hg) \xrightarrow[\Delta]{Fe \text{ પાત્ર}} Ag + Hg \uparrow$
જો પાત્ર અન્ય ધાતુઓ જેવી કે $Cu$,$Ni$,અથવા $Zn$ નું બનેલું હોય,તો તે મુક્ત થયેલા મર્ક્યુરી સાથે પ્રક્રિયા કરીને એમાલગમ બનાવશે,જે સિલ્વરને અશુદ્ધ કરશે.

(C) એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,જો કોઈ ધાતુનો ઓક્સાઈડ બનાવવાનો વક્ર જે ધાતુના ઓક્સાઈડનું રિડક્શન કરવાનું છે તેના વક્રની નીચે હોય,તો તે ધાતુ રિડક્શન કરી શકે છે.
આ એટલા માટે છે કારણ કે આકૃતિમાં નીચે રહેલી ધાતુના ઓક્સાઈડ માટે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા $(-\Delta G)$ નું મૂલ્ય વધુ ઋણ હોય છે.
મેગ્નેશિયમ $(Mg)$,$MgO$ બનાવે છે,અને તેનો વક્ર $1623 \ K$ થી નીચેના તાપમાને એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ ના વક્રની નીચે આવેલો હોય છે.
તેથી,$Mg$ એ $Al_2O_3$ નું $Al$ માં રિડક્શન કરી શકે છે.

(B) રોટ આયર્ન એ વ્યાપારી લોખંડનું સૌથી શુદ્ધ સ્વરૂપ છે,જેમાં લગભગ $99.5 \%$ થી $99.9 \%$ લોખંડ હોય છે. તે હેમેટાઇટ $(Fe_2O_3)$ થી લાઇન કરેલી રિવરબરેટરી ભઠ્ઠીમાં અશુદ્ધિઓને ઓક્સિડાઇઝ કરીને કાસ્ટ આયર્નમાંથી તૈયાર કરવામાં આવે છે.

(B) એલિન્ગમ આકૃતિમાં,ધાતુ $A$ અન્ય ધાતુ $B$ ના ઓક્સાઇડ $(BO_{2})$ નું રિડક્શન કરી શકે છે જો $AO_{2}$ ના નિર્માણ માટેની રેખા $BO_{2}$ ના નિર્માણ માટેની રેખાની નીચે હોય.
આપેલ આકૃતિ પરથી,$A + O_{2} \rightarrow AO_{2}$ માટેની રેખા $B + O_{2} \rightarrow BO_{2}$ માટેની રેખાને $1400^{\circ} C$ તાપમાને છેદે છે.
$1400^{\circ} C$ થી ઉપર,$AO_{2}$ ના નિર્માણ માટેની રેખા $BO_{2}$ ના નિર્માણ માટેની રેખાની નીચે છે,જેનો અર્થ છે કે પ્રક્રિયા $A + BO_{2} \rightarrow AO_{2} + B$ માટે $\Delta G^{\circ}$ ઋણ બને છે.
તેથી,$A$ એ $1400^{\circ} C$ થી વધુ તાપમાને $BO_{2}$ નું રિડક્શન કરે છે.

(N/A) સક્રિયતા શ્રેણીમાં સૌથી ઉપર રહેલી ધાતુઓ જેવી કે $Na$,$K$,$Ca$,$Li$,$Mg$ અને $Al$ ને વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે,કારણ કે તેઓ ખૂબ જ સક્રિય હોય છે અને કાર્બન જેવા સામાન્ય રિડક્શનકર્તા દ્વારા તેમનું રિડક્શન કરી શકાતું નથી.

(N/A) એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,$Al_2O_3$ અને $MgO$ ના નિર્માણ માટેના વક્રો બિંદુ $A$ (આશરે $1623 \ K$ અથવા $1350 \ ^\circ C$) પર છેદે છે.
આ છેદબિંદુથી નીચેના તાપમાને,$MgO$ ના નિર્માણ માટેની રેખા $Al_2O_3$ ના નિર્માણ માટેની રેખાની નીચે રહેલી છે,જેનો અર્થ છે કે $MgO$ ના નિર્માણ માટે $\Delta _r G^\Theta$ વધુ ઋણ છે.
તેથી,$1623 \ K$ થી નીચેના તાપમાને,મેગ્નેશિયમ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું એલ્યુમિનિયમ $(Al)$ માં રિડક્શન કરી શકે છે કારણ કે સમગ્ર પ્રક્રિયા $\frac{2}{3} Al_2O_3 + 2 Mg \rightarrow 2 MgO + \frac{4}{3} Al$ માટે $\Delta _r G^\Theta$ નું મૂલ્ય ઋણ હશે.

(N/A) એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,$Al_2O_3$ અને $MgO$ ના વક્રોના છેદબિંદુથી નીચેના તાપમાને મેગ્નેશિયમ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું રિડક્શન કરી શકે છે. જોકે,આ પ્રક્રિયા વ્યવહારમાં વપરાતી નથી કારણ કે તે આર્થિક રીતે બિનકાર્યક્ષમ છે અને જરૂરી તાપમાનની સ્થિતિ જાળવવી તકનીકી રીતે મુશ્કેલ છે.

(N/A) ઘન અવસ્થાની સરખામણીમાં પ્રવાહી અવસ્થામાં પદાર્થની એન્ટ્રોપી વધારે હોય છે.
જ્યારે ઉત્પન્ન થતી ધાતુ પ્રવાહી અવસ્થામાં હોય,ત્યારે રિડક્શન પ્રક્રિયા માટે એન્ટ્રોપી ફેરફાર $(\Delta S)$ વધુ ધન બને છે.
ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જાના સમીકરણ ${\Delta _r}{G^\Theta } = \Delta H - T\Delta S$ મુજબ,
જેમ $\Delta S$ વધે છે,તેમ ${\Delta _r}{G^\Theta }$ નું મૂલ્ય વધુ ઋણ બને છે,જે રિડક્શન પ્રક્રિયાને થર્મોડાયનેમિકલી વધુ અનુકૂળ અને સરળ બનાવે છે.

(B) લીચ કરેલી કોપરની કાચી ધાતુ $(Cu^{2+})$ નું રિડક્શન $zinc$ $(Zn)$ અથવા $iron$ $(Fe)$ ના ભંગારનો ઉપયોગ કરીને વિસ્થાપન પ્રક્રિયા દ્વારા કરી શકાય છે: $M + Cu^{2+} \rightarrow M^{2+} + Cu$.
$Zinc$ એ $iron$ કરતા વધુ સક્રિય છે કારણ કે તે વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં ઉપર આવે છે,જેનો અર્થ છે કે $zinc$ સાથે રિડક્શન પ્રક્રિયા ઝડપી થશે.
જો કે,$iron$ એ $zinc$ કરતા ઘણું સસ્તું છે. તેથી,આર્થિક અને ઔદ્યોગિક દ્રષ્ટિકોણથી,લીચ કરેલી કોપરની કાચી ધાતુના રિડક્શન માટે $iron$ નો ભંગાર વધુ યોગ્ય અને ફાયદાકારક છે.

(N/A) હા,તે સાચું છે. આને એલિન્ગમ આકૃતિ (Ellingham diagram) નો ઉપયોગ કરીને સમજાવી શકાય છે,જે પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $(\Delta_f G^\Theta)$ વિરુદ્ધ તાપમાન $(T)$ નો આલેખ દર્શાવે છે.
$1$. પ્રક્રિયા $3Mg + Al_2O_3 \to 3MgO + 2Al$ ત્યારે થાય છે જ્યારે $MgO$ માટેનો $\Delta_f G^\Theta$ વક્ર $Al_2O_3$ ના $\Delta_f G^\Theta$ વક્રની નીચે હોય છે. આ $1623 \ K$ થી નીચેના તાપમાને થાય છે.
$2$. પ્રક્રિયા $2Al + 3MgO \to Al_2O_3 + 3Mg$ ત્યારે થાય છે જ્યારે $Al_2O_3$ માટેનો $\Delta_f G^\Theta$ વક્ર $MgO$ ના $\Delta_f G^\Theta$ વક્રની નીચે હોય છે. આ $1623 \ K$ થી ઉપરના તાપમાને થાય છે.
$3$. બંને વક્રોનું છેદબિંદુ $1623 \ K$ છે,જ્યાં બંને પ્રક્રિયાઓ માટે $\Delta_f G^\Theta$ સમાન હોય છે.

(N/A) $Zn$ અને $Fe$ ના રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Cu$ કરતા ઓછા હોય છે. હાઇડ્રોમેટલર્જીમાં,$Fe$ જેવી ધાતુઓનો ઉપયોગ $Cu$ ને તેના જલીય દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરવા માટે કરી શકાય છે.
$Fe_{(s)} + Cu_{(aq)}^{2+} \to Fe_{(aq)}^{2+} + Cu_{(s)}$
જોકે,$Zn$ ને તેના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરવા માટે,વધુ સક્રિય ધાતુઓ (એટલે કે $Zn$ કરતા ઓછા રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધરાવતી ધાતુઓ) જેવી કે $Mg, Ca, K$ વગેરેની જરૂર પડે છે.
આ અત્યંત સક્રિય ધાતુઓ પાણી સાથે જોરશોરથી પ્રક્રિયા કરીને $H_2$ વાયુ મુક્ત કરે છે,તેના બદલે ધાતુનું વિસ્થાપન કરતી નથી.
$2K_{(s)} + 2H_2O_{(l)} \to 2KOH_{(aq)} + H_{2(g)}$
પરિણામે,આ ધાતુઓનો ઉપયોગ $Zn$ ના નિષ્કર્ષણ માટે હાઇડ્રોમેટલર્જીમાં થઈ શકતો નથી. તેથી,$Cu$ નું નિષ્કર્ષણ હાઇડ્રોમેટલર્જી દ્વારા કરી શકાય છે પરંતુ $Zn$ નું નહીં.

(N/A) $Cu_2S$ ની નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $\Delta_r G$ એ $H_2S$ અને $CS_2$ કરતા ઓછી ઋણ છે.
તેથી,$H_2$ અને $C$ એ $Cu_2S$ નું $Cu$ માં રિડક્શન કરી શકતા નથી.
બીજી તરફ,$Cu_2O$ ની નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $CO$ કરતા વધારે છે. તેથી,$C$ એ $Cu_2O$ નું $Cu$ માં રિડક્શન કરી શકે છે.
$C_{(s)} + Cu_2O_{(s)} \longrightarrow 2Cu_{(s)} + CO_{(g)}$
આમ,પાયરાઈટ અયસ્કમાંથી કોપરનું નિષ્કર્ષણ તેના ઓક્સાઈડ અયસ્કમાંથી રિડક્શન દ્વારા નિષ્કર્ષણ કરતા વધુ મુશ્કેલ છે.

(B) એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,$983 \, K$ થી નીચેના તાપમાને,$CO$ નું $CO_2$ માં ઓક્સિડેશન માટેનું $\Delta G$ મૂલ્ય એ $C$ નું $CO$ માં ઓક્સિડેશન માટેના $\Delta G$ મૂલ્ય કરતા વધુ ઋણ હોય છે.
આ તાપમાને $CO$ ની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ વધુ હોવાથી,તે $673 \, K$ તાપમાને $C$ કરતા વધુ સારું રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(N/A) લોખંડના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં આયર્ન ઓક્સાઇડનું રિડક્શન થાય છે. ફર્નેસમાં અલગ-અલગ તાપમાનના ઝોન હોય છે,અને પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1.$ નીચું તાપમાન (આશરે $500-800 \ K$):
$3Fe_{2}O_{3} + CO \longrightarrow 2Fe_{3}O_{4} + CO_{2}$
$Fe_{3}O_{4} + 4CO \longrightarrow 3Fe + 4CO_{2}$
$Fe_{2}O_{3} + CO \longrightarrow 2Fe + 3CO_{2}$
$2.$ ઊંચું તાપમાન (આશરે $900-1500 \ K$):
$C + CO_{2} \longrightarrow 2CO$
$FeO + CO \longrightarrow Fe + CO_{2}$
$3.$ સ્લેગનું નિર્માણ:
$CaCO_{3} \longrightarrow CaO + CO_{2}$
$CaO + SiO_{2} \longrightarrow CaSiO_{3} \text{ (સ્લેગ)}$
$4.$ ખૂબ ઊંચા તાપમાને (આશરે $2170 \ K$):
$C + O_{2} \longrightarrow CO_{2}$
$FeO + C \longrightarrow Fe + CO$

(N/A) કોપર પાયરાઇટ અયસ્ક $(CuFeS_{2})$ ના ભૂંજન દરમિયાન,$FeO$ અને $Cu_{2}O$ નું મિશ્રણ પ્રાપ્ત થાય છે.
$2CuFeS_{2} + O_{2} \xrightarrow{\Delta} Cu_{2}S + 2FeS + SO_{2}$
$2Cu_{2}S + 3O_{2} \xrightarrow{\Delta} 2Cu_{2}O + 2SO_{2}$
$2FeS + 3O_{2} \xrightarrow{\Delta} 2FeO + 2SO_{2}$
કોપરના ધાતુશાસ્ત્રમાં સિલિકા $(SiO_{2})$ ની ભૂમિકા ભૂંજન પ્રક્રિયા દરમિયાન બનતી બેઝિક અશુદ્ધિ,આયર્ન$(II)$ ઓક્સાઇડ $(FeO)$ ને દૂર કરવા માટે એસિડિક ફ્લક્સ તરીકે કાર્ય કરવાની છે.
$FeO$ સિલિકા સાથે જોડાઈને આયર્ન$(II)$ સિલિકેટ,$FeSiO_{3}$ બનાવે છે,જેને સ્લેગ (ધાતુમલ) કહેવામાં આવે છે.
$FeO + SiO_{2} \xrightarrow{\Delta} FeSiO_{3} \text{ (Slag)}$

(N/A) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાંથી મેળવવામાં આવતા લોખંડને $ \text{pig iron} $ (પિગ આયર્ન) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તેમાં આશરે $4 \%$ કાર્બન અને $S$,$P$,$Si$,$Mn$ જેવી ઘણી અશુદ્ધિઓ ઓછી માત્રામાં હોય છે.
કાસ્ટ આયર્ન એ પિગ આયર્નને ભંગાર લોખંડ અને કોક સાથે ગરમ હવાની મદદથી ઓગાળીને મેળવવામાં આવે છે. તેમાં પિગ આયર્ન કરતા કાર્બનનું પ્રમાણ ઓછું (આશરે $3 \%$) હોય છે. પિગ આયર્નથી વિપરીત,કાસ્ટ આયર્ન અત્યંત સખત અને બરડ હોય છે.

કોપર મેટમાં $Cu_{2}S$ અને $FeS$ હોય છે. કોપર મેટને સિલિકા-લાઇન્ડ કન્વર્ટરમાં મૂકવામાં આવે છે જેથી મેટમાં રહેલા બાકીના $FeS$ અને $FeO$ ને સ્લેગ $(FeSiO_{3})$ તરીકે દૂર કરી શકાય. સિલિકા $(SiO_{2})$ એ બેઝિક અશુદ્ધિ $FeO$ ને દૂર કરવા માટે એસિડિક ફ્લક્સ તરીકે કાર્ય કરે છે. જ્યારે ગરમ હવાનો પ્રવાહ ફૂંકવામાં આવે છે,ત્યારે નીચે મુજબની પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે:
$2FeS + 3O_{2} \longrightarrow 2FeO + 2SO_{2}$
$FeO + SiO_{2} \longrightarrow FeSiO_{3} \text{ (સ્લેગ)}$
$2Cu_{2}S + 3O_{2} \longrightarrow 2Cu_{2}O + 2SO_{2}$
$2Cu_{2}O + Cu_{2}S \longrightarrow 6Cu + SO_{2}$

(B) એલ્યુમિનિયમના વિદ્યુતવિભાજન નિષ્કર્ષણમાં ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ બે મુખ્ય કાર્યો કરે છે:
$1.$ તે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ $2323 \, K$ થી ઘટાડીને આશરે $1140 \, K$ કરે છે,જે ઉર્જાની બચત કરે છે.
$2.$ તે પીગળેલા એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ ની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે,જે વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે.

(N/A) $CO$ નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે રિડક્શન કર્તા તરીકે થાય છે તે તાપમાને $ZnO$ ના નિર્માણની પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા $CO_2$ કરતા વધુ ઋણ હોય છે.
એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,$C$ અને $O_2$ માંથી $CO$ ના નિર્માણ માટેની રેખા $Zn$ અને $O_2$ માંથી $ZnO$ ના નિર્માણની રેખાની નીચે માત્ર ખૂબ ઊંચા તાપમાને જ જોવા મળે છે.
નીચા તાપમાને,$CO$ એ $ZnO$ નું $Zn$ માં અસરકારક રીતે રિડક્શન કરી શકતું નથી કારણ કે પ્રક્રિયા ઉષ્માગતિશાસ્ત્રની દ્રષ્ટિએ શક્ય નથી $(\Delta G > 0)$.
તેથી,$ZnO$ માંથી ઝિંક મેળવવા માટે $CO$ ને બદલે કાર્બન $(C)$ નો રિડક્શન કર્તા તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

(A) $Al_2O_3$ ના નિર્માણ માટે ${\Delta _r}{G^\Theta }$ નું મૂલ્ય $(-827 \, kJ \, mol^{-1})$ એ $Cr_2O_3$ $(-540 \, kJ \, mol^{-1})$ કરતા વધુ ઋણ છે.
તેથી,$Al$ એ $Cr_2O_3$ નું $Cr$ માં રિડક્શન કરી શકે છે.
વૈકલ્પિક રીતે,નીચેની પ્રક્રિયાઓ ધ્યાનમાં લો:
$2Al + \frac{3}{2}O_2 \longrightarrow Al_2O_3 \quad {\Delta _r}{G^\Theta } = -827 \, kJ \, mol^{-1}$ $(i)$
$2Cr + \frac{3}{2}O_2 \longrightarrow Cr_2O_3 \quad {\Delta _r}{G^\Theta } = -540 \, kJ \, mol^{-1}$ $(ii)$
સમીકરણ $(ii)$ ને $(i)$ માંથી બાદ કરતા,આપણને મળે છે:
$2Al + Cr_2O_3 \longrightarrow Al_2O_3 + 2Cr$
${\Delta _r}{G^\Theta } = -827 - (-540) = -287 \, kJ \, mol^{-1}$
પ્રક્રિયા માટે કુલ ${\Delta _r}{G^\Theta }$ ઋણ હોવાથી,$Al$ દ્વારા $Cr_2O_3$ નું રિડક્શન થર્મોડાયનેમિકલી શક્ય છે.

(A) $ZnO$ નું $Zn$ માં રિડક્શન સામાન્ય રીતે $1673 \, K$ તાપમાને કરવામાં આવે છે.
એલિંગહામ આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે $1073 \, K$ થી ઉપર,$C$ માંથી $CO$ ના નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા એ $ZnO$ ના નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા કરતા ઓછી છે.
તેથી,$C$ આ તાપમાને $ZnO$ નું $Zn$ માં સરળતાથી રિડક્શન કરી શકે છે.
બીજી તરફ,$CO$ માંથી $CO_2$ ના નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા આ તાપમાનના ગાળામાં હંમેશા $ZnO$ ના નિર્માણની ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા કરતા વધારે હોય છે.
આમ,$CO$ એ $ZnO$ નું અસરકારક રીતે રિડક્શન કરી શકતું નથી.
તેથી,$ZnO$ ના રિડક્શન માટે $CO$ કરતા $C$ વધુ સારું રિડક્શનકર્તા છે.

(N/A) હા,રિડક્શનકર્તાની પસંદગી મુખ્યત્વે થર્મોડાયનેમિક પરિબળો,ખાસ કરીને ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G^{\Theta})$ દ્વારા નક્કી થાય છે. જો રિડક્શનકર્તા ધાતુના ઓક્સાઇડની પ્રમાણિત મુક્ત ઉર્જા $(\Delta_f G^{\Theta})$ એ રિડક્શન પામતી ધાતુના ઓક્સાઇડ કરતા વધુ ઋણ હોય,તો તે ધાતુ અન્ય ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન કરી શકે છે.
ઉદાહરણ $1$: એલ્યુમિનિયમ $(Al)$ એ કોપર$(I)$ ઓક્સાઇડ $(Cu_2O)$ નું કોપર $(Cu)$ માં રિડક્શન કરી શકે છે કારણ કે $\Delta_f G^{\Theta} (Al_2O_3)$ એ $\Delta_f G^{\Theta} (Cu_2O)$ કરતા વધુ ઋણ છે. પ્રક્રિયા: $2Al + 3Cu_2O \rightarrow Al_2O_3 + 6Cu$.
ઉદાહરણ $2$: મેગ્નેશિયમ $(Mg)$ એ ઝિંક ઓક્સાઇડ $(ZnO)$ નું ઝિંક $(Zn)$ માં રિડક્શન કરી શકે છે કારણ કે $\Delta_f G^{\Theta} (MgO)$ એ $\Delta_f G^{\Theta} (ZnO)$ કરતા વધુ ઋણ છે. પ્રક્રિયા: $Mg + ZnO \rightarrow MgO + Zn$.

(N/A) એલ્યુમિનિયમના વિદ્યુત-ધાતુકર્મમાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$,ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ ના પીગળેલા મિશ્રણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયામાં,ગ્રેફાઇટના સળિયા એનોડ તરીકે વપરાય છે. વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન,કેથોડ પર $Al$ મુક્ત થાય છે,જ્યારે એનોડ પર ઓક્સિજનની ગ્રેફાઇટ સાથેની પ્રક્રિયાને કારણે $CO$ અને $CO_2$ ઉત્પન્ન થાય છે.
કેથોડ: $Al^{3+}_{(melt)} + 3e^- \to Al_{(l)}$
એનોડ: $C_{(s)} + 2O^{2-}_{(melt)} \to CO_{2(g)} + 4e^-$
જો એનોડ તરીકે ધાતુનો ઉપયોગ કરવામાં આવે,તો $O_2$ મુક્ત થાય,જે ધાતુના ઇલેક્ટ્રોડનું ઓક્સિડેશન કરે અને ઉત્પન્ન થયેલ $Al$ ને ફરીથી $Al_2O_3$ માં ફેરવી નાખે. આમ,ગ્રેફાઇટ એનોડ $O_2$ ના નિર્માણને અટકાવે છે અને તે સસ્તું પણ છે.

(B) એલિંગહામ આકૃતિ મુજબ,$Al_2O_3$ ના નિર્માણ માટેની રેખા $MgO$ ના નિર્માણ માટેની રેખાને આશરે $1350^{\circ}C$ તાપમાને છેદે છે.
$1350^{\circ}C$ થી ઉપરના તાપમાને,$Al_2O_3$ ની નિર્માણની પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $MgO$ કરતા વધુ ઋણ હોય છે.
તેથી,$1350^{\circ}C$ થી ઉપરના તાપમાને $Al$ એ $MgO$ નું $Mg$ માં રિડક્શન કરી શકે છે.

(B) ઝિંકનું ઉત્પાદન તેની અયસ્કનું કોક $(C)$ સાથે વાતાભઠ્ઠીમાં પ્રગલન કરીને કરવામાં આવે છે.
તેના નીચા ઉત્કલનબિંદુને કારણે,ઝિંક ધાતુ ભઠ્ઠીના તાપમાને બાષ્પમાં ફેરવાય છે.
ત્યારબાદ શુદ્ધ ઝિંક મેળવવા માટે ઝિંકની બાષ્પને સંગ્રહપાત્રમાં સંઘનિત કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયાને નિસ્યંદન કહેવામાં આવે છે.

(N/A) ધાતુના ઓક્સાઈડને કાર્બન $(C)$ અથવા કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ જેવા રિડક્શનકર્તા સાથે ગરમ કરીને તેને ધાતુમાં રિડ્યુસ કરવામાં આવે છે.
રિડક્શનકર્તા ધાતુ ઓક્સાઈડમાં રહેલા ઓક્સિજન સાથે સંયોજાય છે.
સામાન્ય પ્રક્રિયા: $M_{x}O_{y} + yC \rightarrow xM + yCO$.
કેટલાક ધાતુ ઓક્સાઈડ સરળતાથી રિડ્યુસ થાય છે,જ્યારે કેટલાકને રિડ્યુસ કરવા મુશ્કેલ હોય છે. રિડક્શનમાં ધાતુ આયન દ્વારા ઈલેક્ટ્રોન મેળવવાની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં,આ પ્રક્રિયા માટે ગરમીની જરૂર પડે છે.

(A) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં આયર્ન ઑક્સાઇડ (હેમેટાઇટ,$Fe_2O_3$) માંથી આયર્નનું નિષ્કર્ષણ કરતી વખતે,ફ્લક્સ તરીકે લાઇમસ્ટોન $(CaCO_3)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
$CaCO_3$ નું વિઘટન થઈને કેલ્શિયમ ઑક્સાઇડ $(CaO)$ બને છે.
$CaO$ એ અયસ્કમાં રહેલી સિલિકા $(SiO_2)$ ની અશુદ્ધિ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ સિલિકેટ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે,જે ધાતુમલ (slag) છે.
પ્રક્રિયા: $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (ધાતુમલ).

(N/A) ઉષ્માગતિશાસ્ત્રની કેટલીક પાયાની સંકલ્પનાઓ ધાતુકર્મવિધિના રૂપાંતરણોના સિદ્ધાંતને સમજવામાં મદદ કરે છે.
તાપધાતુકર્મવિધિ $(Pyrometallurgy)$માં,તાપમાનમાં વિચરણ $(Variation)$ માટે કયું તત્ત્વ આપેલ ધાતુ ઑક્સાઈડ $(M_xO_y)$ માટે યોગ્ય રહેશે તે અંગેનું અર્થઘટન ગિબ્સ-ઊર્જાથી કરવામાં આવે છે. ઉષ્મીય રિડક્શન સરળતાથી થાય તે માટેનો માપદંડ એ છે કે આપેલા તાપમાને ગિબ્સ-ઊર્જા ફેરફાર $(\Delta G)$ નું મૂલ્ય ઋણ હોવું જોઈએ.
ગિબ્સ-ઊર્જામાં ફેરફાર નીચેના સમીકરણ વડે દર્શાવાય છે:
$\Delta G = \Delta H - T \Delta S$
જ્યાં $\Delta H = \text{એન્થાલ્પી ફેરફાર}$,$\Delta S = \text{એન્ટ્રોપી ફેરફાર}$.
કોઈપણ પ્રક્રિયા ત્યારે જ આગળ વધશે જ્યારે $\Delta G$ નું મૂલ્ય ઋણ હોય.
$(i)$ તાપમાન $T$ વધારતાં: જો $\Delta S$ ધન હોય,તો તાપમાન $(T)$ વધારતાં $T \Delta S$ નું મૂલ્ય વધશે $(\Delta H < T \Delta S)$ અને પરિણામે $\Delta G$ ઋણ બનશે.
જો બે પ્રક્રિયાઓ એટલે કે ઑક્સિડેશન અને રિડક્શનના યુગ્મનથી થતી એકંદર પ્રક્રિયા માટે $\Delta G$ નું મૂલ્ય ઋણ મળે,તો અંતિમ પ્રક્રિયા સરળતાથી થાય છે. આ પ્રકારનું યુગ્મન ઑક્સાઈડના નિર્માણ માટે ગિબ્સ-ઊર્જા $(\Delta_r G^{\ominus})$ વિરુદ્ધ $T$ ના આલેખ દ્વારા સરળતાથી સમજી શકાય છે.
આ આલેખ જ્યારે એક ગ્રામ મોલ ઑક્સિજન વપરાય ત્યારે થતા મુક્ત ઊર્જા ફેરફાર માટેનો છે.
$(ii)$ એલિંગહામ આકૃતિઓ: ગિબ્સ-ઊર્જાની આલેખીય રજૂઆત સૌપ્રથમ $H.J.T. Ellingham$ દ્વારા કરવામાં આવી હતી અને તે ઑક્સાઈડના રિડક્શનમાં રિડક્શનકર્તાની પસંદગી માટે નિર્વિવાદ $(sound)$ પાયો પૂરો પાડે છે. આને એલિંગહામ આકૃતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(N/A) ધાતુશાસ્ત્રીય રૂપાંતરણોના સિદ્ધાંતને સમજવા માટે,ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G)$ સૌથી મહત્વપૂર્ણ પદ છે. કોઈપણ પ્રતિક્રિયા માટે,ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર નીચે મુજબ આપવામાં આવે છે:
$\Delta G = \Delta H - T \Delta S$
જ્યાં,$\Delta H$ એ એન્થાલ્પી ફેરફાર છે,$T$ એ કેલ્વિનમાં તાપમાન છે,અને $\Delta S$ એ પ્રક્રિયા માટે એન્ટ્રોપી ફેરફાર છે.
થર્મલ રિડક્શનની શક્યતા માટેનો માપદંડ એ છે કે આપેલ તાપમાને પ્રતિક્રિયા માટે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર ઋણ હોવો જોઈએ. જ્યારે $\Delta G$ નું મૂલ્ય ઋણ હોય ત્યારે જ પ્રતિક્રિયા આગળ વધશે.
નીચેની પરિસ્થિતિઓમાં $\Delta G$ નું મૂલ્ય ઋણ હોય છે:
$(i)$ જો $\Delta S$ ધન હોય,તો તાપમાન $(T)$ વધારવાથી $T \Delta S$ નું મૂલ્ય વધે છે જેથી $\Delta H < T \Delta S$ થાય. આ પરિસ્થિતિમાં તાપમાન વધારવાથી $\Delta G$ ઋણ બને છે.
$(ii)$ જો બે પ્રતિક્રિયાઓ (રિડક્શન અને ઓક્સિડેશન) નું જોડાણ એકંદર પ્રતિક્રિયા માટે $\Delta G$ નું ઋણ મૂલ્ય આપે,તો અંતિમ પ્રતિક્રિયા શક્ય બને છે. આવા જોડાણને ઓક્સાઇડના નિર્માણ માટે $\Delta_r G^\circ$ વિરુદ્ધ $T$ ના આલેખનો અભ્યાસ કરીને સમજી શકાય છે. આ આલેખ ત્યારે દોરવામાં આવે છે જ્યારે એક ગ્રામ મોલ ઓક્સિજન વપરાય છે.
ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા વિરુદ્ધ તાપમાનનું ગ્રાફિકલ નિરૂપણ સૌપ્રથમ $H.J.T. Ellingham$ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું,જે ઓક્સાઇડના રિડક્શનમાં રિડક્શન કર્તાની પસંદગી માટેનો આધાર પૂરો પાડે છે. આને $Ellingham$ આકૃતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આવી આકૃતિઓ અયસ્કનું થર્મલ રિડક્શન શક્ય છે કે નહીં તેની આગાહી કરવામાં મદદ કરે છે.

(N/A) એલિંગહામ આકૃતિ સામાન્ય રીતે સામાન્ય ધાતુઓ અને રિડક્શનકર્તાઓના ઓક્સાઇડના નિર્માણ માટે $\Delta_{f} G^{\circ}$ વિરુદ્ધ $T$ ના આલેખ ધરાવે છે,$i.e.$,નીચે આપેલી પ્રતિક્રિયા માટે:
$2xM_{(s)} + O_{2_{(g)}} \rightarrow 2M_{x}O_{(s)}$
આ પ્રતિક્રિયામાં,ઓક્સાઇડના નિર્માણમાં વાયુ વપરાય છે; તેથી,આણ્વિક અસ્તવ્યસ્તતા ઘટે છે,જે $\Delta S$ નું ઋણ મૂલ્ય તરફ દોરી જાય છે. પરિણામે,સમીકરણમાં $T\Delta S$ પદની નિશાની ધન બને છે. પરિણામે,વધતા $T$ છતાં $\Delta_{f} G^{\circ}$ ઉચ્ચ બાજુ તરફ સ્થાનાંતરિત થાય છે. પરિણામ એ છે કે $M_{x}O_{(s)}$ ના નિર્માણ માટેની મોટાભાગની પ્રતિક્રિયાઓ માટે વક્રમાં ધન ઢાળ મળે છે.
$(b)$ દરેક પ્લોટ એક સીધી રેખા છે અને ઉપરની તરફ ઢાળ ધરાવે છે સિવાય કે જ્યારે કોઈ તબક્કામાં ફેરફાર ($s \rightarrow l$ અથવા $l \rightarrow g$) થાય. જે તાપમાને આવો ફેરફાર થાય છે તે ધન બાજુ પર ઢાળમાં વધારા દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે ($e.g.$,$Zn, ZnO$ પ્લોટમાં,ગલન વક્રમાં અચાનક ફેરફાર દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે).
$(c)$ જ્યારે તાપમાન વધારવામાં આવે છે,ત્યારે વક્રમાં એક બિંદુ આવે છે જ્યાં તે $\Delta_{r} G^{\circ} = 0$ રેખાને ઓળંગે છે. આ તાપમાનની નીચે,ઓક્સાઇડના નિર્માણ માટે $\Delta_{r} G^{\circ}$ ઋણ છે,તેથી $M_{x}O$ સ્થિર છે. આ બિંદુની ઉપર,ઓક્સાઇડના નિર્માણની મુક્ત ઉર્જા ધન છે,અને ઓક્સાઇડ $M_{x}O$ પોતાની મેળે વિઘટન પામશે.
$(d)$ સલ્ફાઇડ અને હેલાઇડ માટે પણ સમાન આકૃતિઓ બનાવવામાં આવે છે. તેના પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે $M_{x}S$ નું રિડક્શન શા માટે મુશ્કેલ છે.
એલિંગહામ આકૃતિની મર્યાદાઓ:
$(i)$ આ આલેખ ફક્ત એ સૂચવે છે કે પ્રતિક્રિયા શક્ય છે કે નહીં,$i.e.$,રિડક્શનકર્તા સાથે રિડક્શનની વૃત્તિ સૂચવવામાં આવે છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે તે ફક્ત થર્મોડાયનેમિક ખ્યાલો પર આધારિત છે. તે રિડક્શન પ્રક્રિયાના ગતિશાસ્ત્રને સમજાવતું નથી. તે પ્રશ્નોના જવાબ આપી શકતું નથી જેમ કે રિડક્શન કેટલી ઝડપથી આગળ વધી શકે છે.
$(ii)$ અહીં એ નોંધવું રસપ્રદ છે કે કોઈપણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા માટે $\Delta H$ (એન્થાલ્પી ફેરફાર) અને $\Delta S$ (એન્ટ્રોપી ફેરફાર) ના મૂલ્યો તાપમાન બદલવા છતાં લગભગ અચળ રહે છે. તેથી,$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ સમીકરણમાં એકમાત્ર પ્રભાવી ચલ $T$ બને છે. જો કે,$\Delta S$ સંયોજનની ભૌતિક સ્થિતિ પર ઘણો આધાર રાખે છે.
$(iii)$ એન્ટ્રોપી સિસ્ટમમાં અસ્તવ્યસ્તતા પર આધારિત હોવાથી,જો કોઈ સંયોજન ઓગળે $(s \rightarrow l)$ અથવા બાષ્પીભવન થાય $(l \rightarrow g)$ તો તે વધશે કારણ કે ઘનમાંથી પ્રવાહી અથવા પ્રવાહીમાંથી વાયુમાં તબક્કો બદલાતા આણ્વિક અસ્તવ્યસ્તતા વધે છે.
$(iv)$ $\Delta_{r} G^{\circ}$ નું અર્થઘટન $K$ $(\Delta G^{\circ} = -RT \ln K)$ પર આધારિત છે. આમ,એવું માનવામાં આવે છે કે પ્રક્રિયકો અને ઉત્પાદનો સંતુલનમાં છે: $M_{x}O + A_{red} \rightleftharpoons xM + A_{red}O$. આ હંમેશા સાચું નથી કારણ કે પ્રક્રિયક/ઉત્પાદન ઘન હોઈ શકે છે. વ્યાપારી પ્રક્રિયાઓમાં પ્રક્રિયકો અને ઉત્પાદનો ટૂંકા સમય માટે સંપર્કમાં હોય છે.

(N/A) લોખંડના ઓક્સાઇડ અયસ્ક $(Fe_{2}O_{3}, Fe_{3}O_{4})$ માંથી લોખંડનું નિષ્કર્ષણ નીચે મુજબના તબક્કાઓમાં થાય છે:
$1$. સાંદ્રણ અને કેલ્સિનેશન: સાંદ્રણ પછી,અયસ્કને ભેજ દૂર કરવા,કાર્બોનેટનું વિઘટન કરવા અને સલ્ફાઇડ અશુદ્ધિઓને ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે કેલ્સિનેશન/ભૂંજન કરવામાં આવે છે.
$2$. બ્લાસ્ટ ફર્નેસ પ્રક્રિયા: સાંદ્રિત અયસ્કને ચૂનાના પથ્થર $(CaCO_{3})$ અને કોક $(C)$ સાથે મિશ્ર કરીને ઉપરથી બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં નાખવામાં આવે છે.
$3$. બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ:
- ઉપરના ભાગમાં (ઓછું તાપમાન,$500-800 \ K$): આયર્ન ઓક્સાઇડનું $CO$ વાયુ દ્વારા રિડક્શન થાય છે.
$3Fe_{2}O_{3} + CO \rightarrow 2Fe_{3}O_{4} + CO_{2}$
$Fe_{3}O_{4} + CO \rightarrow 3FeO + CO_{2}$
- મધ્ય ભાગમાં (વધારે તાપમાન,$900-1500 \ K$): $FeO$ નું ધાત્વિક લોખંડમાં રિડક્શન થાય છે.
$FeO + CO \rightarrow Fe + CO_{2}$
$C + CO_{2} \rightarrow 2CO$
- ચૂનાનો પથ્થર $CaO$ માં વિઘટિત થાય છે,જે સિલિકા $(SiO_{2})$ અશુદ્ધિ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્લેગ $(CaSiO_{3})$ બનાવે છે.
$CaCO_{3} \rightarrow CaO + CO_{2}$
$CaO + SiO_{2} \rightarrow CaSiO_{3}$
- નીચેના ભાગમાં (ખૂબ ઊંચું તાપમાન,$2200 \ K$ સુધી): કોક બળીને ગરમી અને રિડક્શન માટે $CO$ પૂરો પાડે છે.
$C + O_{2} \rightarrow CO_{2}$
$FeO + C \rightarrow Fe + CO$