அலகு 14 — விரைவு திரும்பப் பார்வை

1. தொழிற்சாலை அமைவிடமும் உலோகப் பிரித்தெடுப்பு முறைகளும் (≈ 1 நிமிடம்)

• தொழிற்சாலை அமைவிடம் — மூலப்பொருள், போக்குவரத்து, நீர் மற்றும் சக்தி வழங்கல், தொழிலாளர், சந்தை அண்மை, கழிவு அகற்றல் ஆகிய காரணிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது.
• டோ முறை (மக்னீசியம்): மக்னீசியம் மிகத் தாக்கத்திறன் கூடியது; கடல் நீரிலிருந்து Mg(OH)₂ → MgCl₂ ஆக்கி உருகுநிலையில் மின்னாற்பகுப்பு செய்து பிரிக்கப்படுகின்றது.
• வெடிப்புலை இரும்பு: கோக் எரிந்து CO₂; CO₂ + C → 2CO; முதன்மை ஒட்சிஇறக்கியான CO ஆல் Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂; சுண்ணாம்புக் கல் சிலிக்கா மாசை CaSiO₃ கசடாக நீக்குகின்றது.
• TiO₂ உற்பத்தி: ரூட்டைல் கார்பனின் முன்னிலையில் Cl₂ உடன் வெப்பப்படுத்தப்பட்டு TiCl₄ ஆகி, காய்ச்சி வடித்தலால் சுத்திகரிக்கப்பட்டு, O₂ உடன் வினைபட்டுத் தூய TiO₂ ஆக மாறுகின்றது.

2. குளோர்-அல்கலி, சவர்க்காரம், சோல்வே முறைகள் (≈ 1 நிமிடம்)

• குளோர்-அல்கலி: செறிந்த NaCl கரைசலை மின்னாற்பகுப்பு செய்தல் — அனோட்டில் Cl₂, கதோட்டில் H₂, கதோட்டுப் பகுதியில் NaOH.
• சவர்க்காரம்: கொழுப்பு/எண்ணெய் (கொழுப்பமிலங்களின் கிளிசரைல் எஸ்தர்) NaOH உடன் காரத்தாலான நீர்ப்பகுப்புக்கு உட்பட்டு சவர்க்காரத்தையும் கிளிசரோலையும் தருகின்றது — இதுவே சவர்க்காரமாக்கல்.
• சோல்வே முறை: CaCO₃ → CaO + CO₂; CO₂ உப்புக் கரைசல்-அம்மோனியா கலவையில் NaHCO₃ ஐ வீழ்படிவாக்கும்; NaHCO₃ வெப்பப் பிரிகையால் Na₂CO₃ ஆகும். CO₂ உம் NH₃ உம் மீண்டும் சுழற்சிக்கு உட்படுத்தப்படுகின்றன.

3. ஹேபர், ஓஸ்வால்ட், தொடுகை — சமநிலை முறைகள் (≈ 1.5 நிமிடம்)

• ஹேபர் முறை: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃; ΔH = −92 kJ mol⁻¹. வினையூக்கி நுண்பகுக்கப்பட்ட இரும்பு; ≈ 200 atm, ≈ 450 °C.
• தொடுகை முறை: 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃; ΔH = −197 kJ mol⁻¹. வினையூக்கி V₂O₅; ≈ 450 °C, ≈ 1–2 atm.
• சமரசத்தின் (compromise) தர்க்கம்: இரண்டுமே வெப்ப உமிழ் தாக்கங்கள், மூலக்கூறு எண்ணிக்கை குறையும். எனவே குறைந்த வெப்பநிலையும் அதிக அமுக்கமும் விளைச்சலுக்குச் சாதகம்; ஆனால் குறைந்த வெப்பநிலையில் வேகம் மெதுவாகும். எனவே 450 °C எனும் சமரச வெப்பநிலை தெரிவு செய்யப்படுகின்றது.
• வினையூக்கி: தாக்க வேகத்தை மட்டுமே அதிகரிக்கின்றது; சமநிலை விளைச்சலை மாற்றுவதில்லை.
• ஓஸ்வால்ட் முறை: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (Pt–Rh வினையூக்கி, ≈ 850 °C); 2NO + O₂ → 2NO₂; 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO.

4. பல்பகுதியங்களும் உயிர் இரசாயனப் பொருள்களும் (≈ 1 நிமிடம்)

• கூட்டற் பல்பகுதியவாக்கம்: இரட்டைப் பிணைப்புள்ள ஒருபகுதியங்கள் சிறு மூலக்கூறு வெளியேறாமல் கூடுகின்றன — பொலியெத்தீன், PVC, பொலிஸ்ரீன், பொலிபுரொப்பீன்.
• ஒடுக்கப் பல்பகுதியவாக்கம்: ஒவ்வொரு பிணைப்பிலும் நீர் போன்ற சிறு மூலக்கூறு வெளியேறுகின்றது — நைலோன், பொலியெஸ்தர்.
• இயற்கை இறப்பர்: ஒருபகுதியம் ஐசொபிறீன்; வல்கனைசேற்றத்தில் சல்பர் குறுக்குப் பிணைப்புகள் வலிமை, தேய்மான எதிர்ப்பு, வெப்ப நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகின்றன.
• நொதித்தல்: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ (சைமேஸ் நொதியம், ≈ 35 °C); எத்தனால் + O₂ → CH₃COOH + H₂O (வினிகர், அசிட்டோபக்டர்).
• உயிரியக்கி: தாவர எண்ணெய் + மெத்தனால் (காரம் வினையூக்கி) → கொழுப்பமில மெத்தில் எஸ்தர் + கிளிசரோல் (டிரான்ஸ்எஸ்தராக்கம்).

5. வளி மற்றும் நீர் மாசடைதல் (≈ 0.5 நிமிடம்)

• வளி மாசுக்கள்: CO ஹீமோகுளோபினுடன் இறுகப் பிணைந்து ஒட்சிசன் கடத்தலைத் தடைசெய்யும்; SO₂ உம் NOₓ உம் அமில மழைக்குக் காரணம்.
• பசுமை இல்ல விளைவு: CO₂, CH₄, H₂O நீராவி அகச்சிவப்புக் கதிர்வீச்சை உறிஞ்சிப் புவியை வெப்பமாக்குகின்றன.
• ஓசோன் தேய்வு: CFC களிலிருந்து UV ஆல் விடுவிக்கப்படும் Cl• தனியணு ஓசோனைச் சங்கிலித் தாக்கத்தில் அழிக்கின்றது.
• நீர் தரம்: BOD நுண்ணங்கிகள் கரிமப் பொருளைப் பகுக்க உபயோகிக்கும் கரைந்த ஒட்சிசன்; COD இரசாயன ஒட்சியேற்றி உபயோகிக்கும் ஒட்சிசன்; COD ≥ BOD.

பிரிவு 1: கைத்தொழில் இரசாயனவியலின் அடிப்படைகள் (3 நி)

ஒரு கைத்தொழில் இரசாயனத் தொழிற்சாலையை அமைக்கும்போது தெரிவு செய்யப்படும் அமைவிடம் (plant siting) பொருளாதார ரீதியில் மிக முக்கியமானது. மூலப்பொருள் கிடைக்கும் தன்மை, மூலப்பொருளையும் தயாரிப்பையும் கொண்டுசெல்லும் போக்குவரத்து வசதி, தொடர்ச்சியான நீர் மற்றும் சக்தி வழங்கல், திறமையான தொழிலாளர், சந்தை அண்மை, கழிவுகளைப் பாதுகாப்பாக அகற்றும் வசதி ஆகியன அவ்வமைவிடத் தெரிவைத் தீர்மானிக்கும் காரணிகளாகும். பெரும்பாலான கைத்தொழில் முறைகளில் ஒரு பொதுவான வழிமுறை காணப்படுகின்றது — மூலப்பொருளைக் குறைந்த செலவில் பெறுதல், அதை முக்கிய இரசாயனத் தாக்கத்தினூடாகத் தயாரிப்பாக மாற்றுதல், தாக்கம் முடிந்தளவு உயர்ந்த விளைச்சலையும் வேகத்தையும் தரும் நிபந்தனைகளைத் தெரிவு செய்தல், இணைத் தயாரிப்புகளையும் வெளியேறும் வாயுக்களையும் மீண்டும் சுழற்சிக்கு உட்படுத்துதல், சுற்றாடல் சேதத்தைக் குறைத்தல் ஆகியன அவையாகும்.

பிரிவு 2: ஒன்பது கைத்தொழில் முறைகள் (4 நி)

டோ முறை கடல் நீரிலிருந்து மக்னீசியத்தைப் பிரித்தெடுக்கின்றது — Mg(OH)₂ ஐ HCl உடன் வினைப்படுத்தி MgCl₂ ஆக்கி, உருகுநிலையில் மின்னாற்பகுப்பு செய்கின்றனர். குளோர்-அல்கலி முறை செறிந்த NaCl கரைசலை மின்னாற்பகுப்பு செய்து NaOH, Cl₂, H₂ ஆகியவற்றைத் தருகின்றது. சவர்க்காரத் தயாரிப்பு கொழுப்பு/எண்ணெயை NaOH உடன் காரத்தாலான நீர்ப்பகுப்புக்கு உட்படுத்தும் சவர்க்காரமாக்கல் தாக்கம். சோல்வே முறை CaCO₃, NaCl, NH₃ ஐப் பயன்படுத்தி Na₂CO₃ ஐத் தயாரிக்கின்றது; CO₂ உம் NH₃ உம் மீண்டும் சுழற்சிக்கு உட்படுத்தப்படுகின்றன. ஹேபர் முறை N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ எனும் மீளும் தாக்கத்தினூடாக அம்மோனியாவைத் தயாரிக்கின்றது. ஓஸ்வால்ட் முறை அம்மோனியாவை ஒட்சியேற்றி நைத்திரிக் அமிலத்தைத் தயாரிக்கின்றது. தொடுகை முறை 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ எனும் மீளும் தாக்கத்தினூடாகச் சல்பூரிக் அமிலத்தைத் தயாரிக்கின்றது. TiO₂ உற்பத்தி ரூட்டைலை TiCl₄ ஆக்கிச் சுத்திகரித்துத் திரும்ப ஒட்சியேற்றுகின்றது. வெடிப்புலை இரும்புத் தாதுவிலிருந்து CO ஒட்சிஇறக்கியால் இரும்பைப் பிரித்தெடுக்கின்றது.

பிரிவு 3: சமரச நிபந்தனைகள் — ஹேபர், தொடுகை முறைகள் (3 நி)

ஹேபர் முறையும் தொடுகை முறையும் மீளும் தாக்கங்களை அடிப்படையாகக் கொண்டவை; எனவே அவற்றின் நிபந்தனைத் தெரிவு லீ சற்றலியர் கொள்கையால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. இவ்விரு தாக்கங்களும் வெப்ப உமிழ் தாக்கங்கள் (ΔH எதிர்க்குறி); எனவே குறைந்த வெப்பநிலை சமநிலையை விளைபொருளின் பக்கம் நகர்த்தும். ஆனால் குறைந்த வெப்பநிலையில் தாக்க வேகம் மிகவும் மெதுவாகும்; எனவே போதிய விளைச்சலையும் ஏற்கத்தக்க வேகத்தையும் ஒருங்கே தரும் சமரச வெப்பநிலையாக சுமார் 450 °C தெரிவு செய்யப்படுகின்றது. இரு தாக்கங்களிலும் வாயு மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை குறைகின்றது (4 → 2; 3 → 2); எனவே அதிக அமுக்கம் சமநிலையை விளைபொருளின் பக்கம் நகர்த்தும். ஹேபர் முறையில் சுமார் 200 atm பயன்படுத்தப்படுகின்றது; தொடுகை முறையில் வழமையான அமுக்கத்திலேயே SO₂ வின் மாற்றம் சுமார் 96–98% ஆதலால் சுமார் 1–2 atm மட்டுமே போதுமானது. வினையூக்கி (ஹேபரில் நுண்பகுக்கப்பட்ட இரும்பு, தொடுகையில் V₂O₅) தாக்க வேகத்தை மட்டுமே அதிகரிக்கின்றது; சமநிலை விளைச்சலை மாற்றுவதில்லை.

பிரிவு 4: பல்பகுதியங்களும் உயிர் இரசாயனப் பொருள்களும் (3 நி)

பல்பகுதியங்கள் சிறிய ஒருபகுதிய மூலக்கூறுகள் மீண்டும் மீண்டும் இணைவதால் உருவாகும் பெரிய மூலக்கூறுகளாகும். கூட்டற் பல்பகுதியவாக்கத்தில் இரட்டைப் பிணைப்புள்ள ஒருபகுதியங்கள் எந்தச் சிறு மூலக்கூறும் வெளியேறாமல் கூடுகின்றன — பொலியெத்தீன், PVC, பொலிஸ்ரீன், பொலிபுரொப்பீன் இவற்றுக்கு உதாரணங்கள். ஒடுக்கப் பல்பகுதியவாக்கத்தில் ஒவ்வொரு பிணைப்பு உருவாகும்போதும் நீர் அல்லது HCl போன்ற ஒரு சிறிய மூலக்கூறு வெளியேறுகின்றது — நைலோன், பொலியெஸ்தர் இவற்றுக்கு உதாரணங்கள். இயற்கை இறப்பர் ஐசொபிறீனின் கூட்டற் பல்பகுதியமாகும்; சுத்தமான இறப்பர் வெப்பத்தில் ஒட்டும், குளிரில் உடையும். வல்கனைசேற்றத்தில் இறப்பருடன் சல்பர் சேர்த்து வெப்பப்படுத்தும்போது சல்பர் அணுக்கள் சங்கிலிகளுக்கிடையே குறுக்குப் பிணைப்புகளை உருவாக்கி வலிமையையும் தேய்மான எதிர்ப்பையும் மேம்படுத்துகின்றன. உயிர் இரசாயனப் பொருள்களில் நொதித்தல் குளுக்கோசிலிருந்து எத்தனாலையும் CO₂ வையும் தருகின்றது; எத்தனால் காற்றில் ஒட்சியேற்றமடைந்து வினிகராக (எத்தனாயிக் அமிலம்) மாறுகின்றது; தாவர எண்ணெயை மெத்தனாலுடன் டிரான்ஸ்எஸ்தராக்கம் செய்து உயிரியக்கி பெறப்படுகின்றது.

பிரிவு 5: வளி மற்றும் நீர் மாசடைதல் (2 நி)

வளிமண்டல மாசுக்களில் காபன் மொனொட்சைட்டு (CO) ஹீமோகுளோபினுடன் இறுகப் பிணைந்து ஒட்சிசன் கடத்தலைத் தடைசெய்கின்றது; சல்பர் டையொட்சைட்டும் நைதரசன் ஒட்சைட்டுகளும் வளிமண்டலத்தில் ஒட்சியேற்றமடைந்து அமில மழைக்குக் காரணமாகின்றன. பசுமை இல்ல வாயுக்கள் (CO₂, CH₄, H₂O நீராவி) புவியால் வெளியேற்றப்படும் அகச்சிவப்புக் கதிர்வீச்சை உறிஞ்சித் தக்கவைத்துப் புவி வெப்பமடைதலுக்குக் காரணமாகின்றன. ஓசோன் படை தேய்வடைதல் குளோரோஃவுளோரோ காபன்களால் (CFCs) நிகழ்கின்றது — மேற் படை மண்டலத்தில் UV கதிர்வீச்சு CFC ஐப் பிரித்து குளோரின் தனியணுவை விடுவிக்கின்றது; அது சங்கிலித் தாக்கத்தில் பல ஓசோன் மூலக்கூறுகளை அழிக்கின்றது. வாகனப் புகையின் NOₓ உம் ஐதரோகாபன்களும் சூரிய ஒளியில் தாக்கமுற்றுப் புகைப்படிம மூடுபனியை உருவாக்குகின்றன. நீர் மாசடைதலில் நீரின் தரத்தை BOD உம் COD உம் அளக்கின்றன — BOD கரிமப் பொருளை நுண்ணங்கிகள் பகுக்க உபயோகிக்கும் கரைந்த ஒட்சிசன்; COD இரசாயன ஒட்சியேற்றியால் ஒட்சியேற்றப்படும் முழுப் பொருளுக்கும் தேவையான ஒட்சிசன்; எனவே COD எப்போதும் BOD ஐ விடப் பெரிது அல்லது அதற்குச் சமம்.

ஒன்பது முறைகளின் அத்தியாவசிய அட்டவணை (1 நி)

முறை	தயாரிப்பு	முக்கிய தாக்கம் / வினையூக்கி
டோ முறை	மக்னீசியம்	உருகிய MgCl₂ இன் மின்னாற்பகுப்பு
குளோர்-அல்கலி	NaOH (+ Cl₂, H₂)	செறிந்த NaCl கரைசலின் மின்னாற்பகுப்பு
சவர்க்காரமாக்கல்	சவர்க்காரம்	எண்ணெய் + NaOH காரத்தாலான நீர்ப்பகுப்பு
சோல்வே முறை	Na₂CO₃	CaCO₃ + NaCl + NH₃; CO₂, NH₃ மீள்சுழற்சி
ஹேபர் முறை	NH₃	N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃; நுண்பகுக்கப்பட்ட இரும்பு
ஓஸ்வால்ட் முறை	HNO₃	NH₃ ஒட்சியேற்றம்; Pt–Rh வினையூக்கி
தொடுகை முறை	H₂SO₄	2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃; V₂O₅ வினையூக்கி
TiO₂ உற்பத்தி	தூய TiO₂	ரூட்டைல் → TiCl₄ → திரும்ப ஒட்சியேற்றம்
வெடிப்புலை	இரும்பு	Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂