धातु पदार्थों का निर्माण
ज़्यादातर धातुएँ अयस्क (धातु-यौगिकों वाली चट्टान) के रूप में मिलती हैं। रास्ता यह है:
- अयस्क की खुदाई, फिर उसे कुचलना और सांद्रित करना।
- निष्कर्षण: लौह अयस्क को कोक और चूना पत्थर के साथ प्रवात भट्ठी (blast furnace) में गर्म करके कच्चा लोहा बनता है। एल्युमिनियम विद्युत अपघटन से बनता है, जिसमें बहुत बिजली लगती है।
- शोधन: स्टील कन्वर्टर में हवा या ऑक्सीजन कच्चे लोहे का फालतू कार्बन और अशुद्धियाँ जला देती है, और मिश्रधातु जोड़कर स्टील बनता है।
- ढलाई: पिघली धातु साँचे में डाली जाती है और ठंडी होकर पिंड या पुर्ज़ा बन जाती है। पिंडों को फिर बेलकर, पीटकर या खींचकर चादर, छड़ और तार बनाए जाते हैं।
कबाड़ से धातु बनाने में अयस्क से बनाने की तुलना में बहुत कम ऊर्जा लगती है।
सिरेमिक पदार्थों का निर्माण
सिरेमिक महीन चूर्ण (मिट्टी, सिलिका, एल्युमिना) से शुरू होते हैं।
- तैयारी: चूर्ण को पीसो और पानी या बाइंडर के साथ मिलाओ।
- आकार देना: डाई में दबाओ, पतली मिट्टी का घोल साँचे में डालो (स्लिप कास्टिंग), या नोज़ल से बाहर धकेलो (एक्सट्रूज़न)।
- धीरे-धीरे सुखाओ ताकि दरार न पड़े।
- लगभग 1000 से 1700 °C पर पकाओ (सिंटरन)। कण एक-दूसरे को छूने की जगह पर जुड़ जाते हैं, पुर्ज़ा कठोर हो जाता है और थोड़ा सिकुड़ता है।
- शीशा-लेप (ग्लेज़) (वैकल्पिक): चिकनी, पानी-रोधी सतह के लिए काँच जैसी परत।
काँच रेत, सोडा और चूना लगभग 1500 °C पर पिघलाकर और गाढ़ा-चमकता रहते आकार देकर बनता है। सीमेंट चूना पत्थर और मिट्टी को भट्ठी में गर्म करके, फिर थोड़ा जिप्सम मिलाकर पीसने से बनता है।
बहुलक पदार्थों का निर्माण
बहुलक एकलक नाम के छोटे अणुओं से बनते हैं, जो ज़्यादातर तेल या गैस से मिलते हैं।
- योगात्मक बहुलकीकरण: द्विबंध वाले एकलक बिना कुछ खोए एक के बाद एक जुड़ते हैं। एथीन से पॉलीएथीलीन बनती है।
- संघनन बहुलकीकरण: एकलक जुड़ते हैं और हर बार पानी जैसा कोई छोटा अणु निकल जाता है। नायलॉन और पॉलीएस्टर ऐसे बनते हैं।
नतीजा लंबी शृंखलाओं का ढेर है। इसमें योजक (additives) मिलाए जाते हैं: प्लास्टिसाइज़र नरम बनाता है, रंजक रंग देते हैं, भराव लागत घटाता है। फिर आकार दिया जाता है इंजेक्शन मोल्डिंग (पिघला पदार्थ साँचे में धकेलना), एक्सट्रूज़न (पाइप और चादर), या ब्लो मोल्डिंग (बोतलें) से। थर्मोप्लास्टिक फिर पिघलाए जा सकते हैं; थर्मोसेट एक बार जमकर पक्के हो जाते हैं।
संमिश्र पदार्थों का निर्माण
संमिश्र में प्रबलक (मज़बूत रेशे, जैसे काँच, कार्बन या स्टील की छड़ें) एक आधार (matrix) (राल, धातु या सिरेमिक) में होते हैं, जो रेशों को पकड़ता है और भार उन तक पहुँचाता है।
- हैंड लेअप: साँचे में रेशे की चटाइयाँ बिछाओ, राल पोतो, जमने दो। नाव के ढाँचे में प्रयोग।
- फ़िलामेंट वाइंडिंग: राल-भीगा रेशा घूमते आकार पर लपेटा जाता है। टंकियों और पाइपों में प्रयोग।
- प्रीप्रेग और ऑटोक्लेव: पहले से राल में भीगे रेशे की परतें जमाकर दबाव में पकाई जाती हैं। हवाई जहाज़ के पुर्ज़ों में प्रयोग।
- पल्ट्रूज़न: रेशा राल के कुंड और गर्म डाई से खींचा जाता है और लंबी छड़ें या बीम बनते हैं।
- कंक्रीट भी संमिश्र है: सीमेंट का लेप, रेत और गिट्टी, और अंदर स्टील की छड़ें।
रेशा-अंश = रेशे का आयतन ÷ कुल आयतन। ज़्यादा रेशे आम तौर पर ज़्यादा मज़बूती देते हैं, एक सीमा तक।
करके देखो: लपेटा अख़बार कमज़ोर होता है, पर कई चादरें परतों में चिपकाओ तो कड़ा तख़्ता बन जाता है। संमिश्र का विचार यही है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- द्रव्यमान = घनत्व × आयतन (ढलाई में पुर्ज़े का द्रव्यमान)
- Fe₂O₃ → लोहा: 160 g Fe₂O₃ से 112 g Fe मिलता है
- शृंखला का द्रव्यमान = एकलक द्रव्यमान × इकाइयों की संख्या
- रेशा-अंश = रेशे का आयतन ÷ कुल आयतन
- पकाने पर सिकुड़न % = (पहले का आकार − बाद का आकार) ÷ पहले का आकार × 100
हल किए गए उदाहरण
1. 10 cm × 10 cm × 5 cm का साँचा लोहे (घनत्व 7.8 g/cm³) से भरा गया। ढलाई का द्रव्यमान ज्ञात करो।
आयतन = 10 × 10 × 5 = 500 cm³. द्रव्यमान = 7.8 × 500 = 3900 g = 3.9 kg.
2. 160 kg शुद्ध Fe₂O₃ से कितना लोहा मिलेगा? (Fe = 56, O = 16)
Fe₂O₃ = 2×56 + 3×16 = 160. इसमें लोहा 2 × 56 = 112 है। तो 160 kg से 112 kg लोहा मिलता है।
3. पॉलीएथीलीन की एक शृंखला में 1000 एथीन इकाइयाँ हैं (हर एक 28 u)। शृंखला का द्रव्यमान ज्ञात करो।
1000 × 28 = 28 000 u.
4. दबा हुआ सिरेमिक ब्लॉक 100 mm लंबा है और पकने के बाद 88 mm हो जाता है। सिकुड़न % ज्ञात करो।
(100 − 88) ÷ 100 × 100 = 12%. इसलिए साँचा लगभग 12% बड़ा बनाना पड़ेगा।
5. 100 cm³ के संमिश्र में 40 cm³ रेशा है। रेशा-अंश ज्ञात करो।
40 ÷ 100 = 0.4, यानी 40%.
आम गलतियाँ
- सिरेमिक को धातु की तरह पिघलाकर ढालना समझना। वह चूर्ण से दबाकर और पकाकर बनता है।
- सिरेमिक की सिकुड़न भूल जाना। सूखने और पकने में पुर्ज़ा छोटा हो जाता है।
- संमिश्र में भूमिकाएँ उलट देना: रेशे भार उठाते हैं; आधार उन्हें पकड़ता है और भार बाँटता है।
- सोचना कि सारे प्लास्टिक फिर पिघलाए जा सकते हैं। थर्मोसेट नहीं पिघलते।