धातुओं के निष्कर्षण से पहले कार्बोनेट अयस्कों को आमतौर पर ऑक्साइड में क्यों परिवर्तित किया जाता है?

Question

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The correct answer is A: धातु कार्बोनेट की तुलना में धातु ऑक्साइड का अपचयन (reduction) आसान होता है. धातुओं को उनके अयस्कों से अपचयन (reduction) के माध्यम से निकाला जाता है। कार्बोनेट को सीधे अपचयित करने की तुलना में कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे अपचायक एजेंटों का उपयोग करके धातु ऑक्साइड को उनकी धात्विक अवस्था में अपचयित करना थर्मोडायनामिक और काइनेटिक रूप से बहुत आसान होता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
धातुओं को उनके अयस्कों से अपचयन (reduction) के माध्यम से निकाला जाता है। कार्बोनेट को सीधे अपचयित करने की तुलना में कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे अपचायक एजेंटों का उपयोग करके धातु ऑक्साइड को उनकी धात्विक अवस्था में अपचयित करना थर्मोडायनामिक और काइनेटिक रूप से बहुत आसान होता है।

Working Principle: कार्बोनेट अयस्क निस्तापन (calcination) से गुजरते हैं, जहाँ उन्हें हवा की अनुपस्थिति में गर्म किया जाता है ताकि $CO_{2}$ मुक्त हो सके और पीछे धातु ऑक्साइड ($MCO_{3} \xrightarrow{\Delta} MO + CO_{2}$) बच जाए। एक बार जब धातु ऑक्साइड प्राप्त हो जाता है, तो इसे एक अपचायक एजेंट का उपयोग करके शुद्ध धातु में अपचयित कर दिया जाता है ($MO + C \rightarrow M + CO$)। यह दो-चरणीय प्रक्रिया कुशल है क्योंकि रासायनिक अपचयन के दौरान कार्बोनेट आयन कॉम्प्लेक्स की तुलना में ऑक्सीजन एक बेहतर लीविंग ग्रुप के रूप में कार्य करता है।

Key Formulas: $MCO_{3} \xrightarrow{\Delta} MO + CO_{2}$ — धातु कार्बोनेट का निस्तापन; $MO + C \rightarrow M + CO$ — धातु ऑक्साइड का अपचयन

Key Points: निस्तापन अयस्कों को हवा की अनुपस्थिति या सीमित आपूर्ति में गर्म करने की प्रक्रिया है।; अपचयन धातु ऑक्साइड से ऑक्सीजन को हटाना है।; कार्बन औद्योगिक धातुकर्म में एक सामान्य अपचायक एजेंट के रूप में कार्य करता है।

Advantages: शुद्ध धातु की उच्च प्राप्ति (yield); अधिक ऊर्जा-कुशल अपचयन प्रक्रिया

Disadvantages: निस्तापन के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है; यह $CO_{2}$ गैस उत्सर्जन उत्पन्न करता है

Applications: कैलामाइन ($ZnCO_{3}$) से जिंक का निष्कर्षण; सेरुसाइट ($PbCO_{3}$) से लेड का निष्कर्षण

Additional Info: निस्तापन कार्बोनेट को गर्म करने को संदर्भित करता है, जबकि भर्जन (roasting) सल्फाइड अयस्कों को अतिरिक्त हवा में गर्म करने को संदर्भित करता है।. विकल्प B गलत है क्योंकि कार्बोनेट की घुलनशीलता धातुकर्म अपचयन की आसानी को निर्धारित नहीं करती है।. विकल्प C गलत है क्योंकि इस संदर्भ में $CO_{2}$ को आमतौर पर अत्यधिक जहरीले औद्योगिक प्रदूषक के बजाय एक दम घोंटने वाली गैस माना जाता है।. विकल्प D गलत है क्योंकि अयस्क की विद्युत चालकता रासायनिक अपचयन विधियों में निर्णायक कारक नहीं होती है।

Answer: A सही है — धातुकर्म प्रक्रिया के दौरान धातु ऑक्साइड काफी अधिक अभिक्रियाशील होते हैं और धातु कार्बोनेट की तुलना में अपचयित करने में आसान होते हैं।

Exam Tip: परीक्षाओं में, याद रखें कि सल्फाइड अयस्कों को हमेशा 'भर्जित' (हवा में) किया जाता है जबकि कार्बोनेट अयस्कों को ऑक्साइड प्राप्त करने के लिए हमेशा 'निस्तापित' (हवा की अनुपस्थिति में) किया जाता है।

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Option B: कार्बोनेट जल में अत्यधिक घुलनशील होते हैं

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Option C: गर्म करने पर कार्बोनेट जहरीली गैसें छोड़ते हैं

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Option D: ऑक्साइड विद्युत का बेहतर संचालन करते हैं

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