அலுமினியம் (Al) வேதியியல் பயிற்சி வினாக்கள்

பல தேர்வு வினாக்கள் (MCQs)

வினா 1

பின்வரும் கூற்றுகளில் அலுமினியம் (Aluminum) பற்றி தவறானது எது? A) அலுமினியம் ஒரு ஈரியல்பு உலோகம் (amphoteric metal). B) அலுமினியம் நீர்த்த HCl உடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. C) அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) காரத்தன்மை கொண்டது. D) அலுமினியம் அதன் மேற்பரப்பில் ஒரு மந்தமான ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்குகிறது.

தீர்வு: சரியான பதில் C) அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) காரத்தன்மை கொண்டது.

விளக்கம்: A) அலுமினியம் ஒரு ஈரியல்பு உலோகம் (amphoteric metal) என்பது உண்மை. அதாவது இது அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள் இரண்டிலும் வினைபுரியும். B) அலுமினியம் நீர்த்த HCl உடன் வினைபுரியும்: 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g). C) அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) காரத்தன்மை கொண்டதல்ல, அது ஈரியல்புத் தன்மை கொண்டது (amphoteric). இது அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து உப்புகளையும், காரங்களுடன் வினைபுரிந்து அலுமினேட்டுகளையும் உருவாக்குகிறது. உதாரணமாக, Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O மற்றும் Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O. D) அலுமினியம் அதன் மேற்பரப்பில் மெல்லிய, கடினமான மற்றும் ஊடுருவ முடியாத அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) அடுக்கை விரைவாக உருவாக்குகிறது, இது அடிமட்டத்தில் உள்ள உலோகத்தை மேலும் அரிப்பிலிருந்து பாதுகாக்கிறது. இது மந்தமாதல் (passivation) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வினா 2

ஹால்-ஹெரௌல்ட் செயல்முறையைப் பயன்படுத்தி அலுமினியத்தை மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பிரித்தெடுக்கும் போது, கிரையோலைட்டின் (Na₃AlF₆) முக்கிய பங்கு என்ன? A) ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற காரணியாக செயல்பட. B) அலுமினாவின் (Al₂O₃) உருகுநிலையைக் குறைக்க. C) அலுமினாவின் (Al₂O₃) உருகுநிலையை அதிகரிக்க. D) அலுமினியத்தின் முக்கிய ஆதாரமாக செயல்பட.

தீர்வு: சரியான பதில் B) அலுமினாவின் (Al₂O₃) உருகுநிலையைக் குறைக்க.

விளக்கம்: அலுமினா (Al₂O₃) மிக அதிக உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளது (2000 °C க்கு மேல்). ஹால்-ஹெரௌல்ட் செயல்முறையில், கிரையோலைட் (Na₃AlF₆) உருகிய அலுமினாவில் முதன்மையாக சேர்க்கப்படுகிறது:

1. மின்பகுளிக் கலவையின் உருகுநிலையை சுமார் 950-1000 °C ஆகக் குறைத்து, இந்த செயல்முறையை பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமாக்க.
2. மின்பகுளியின் மின்கடத்துத்திறனை அதிகரிக்க.
3. அலுமினாவை திறம்பட கரைக்க. கிரையோலைட் அலுமினியத்தின் முக்கிய ஆதாரமாக செயல்படுவதில்லை; அலுமினா தான் முதன்மை தாது. இது ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற காரணியாக செயல்படவில்லை.

வினா 3

அலுமினியம் எந்த தனிமத்துடன் மூலைவிட்ட உறவைக் (diagonal relationship) காட்டுகிறது, சில ஒத்த பண்புகளை வெளிப்படுத்துகிறது? A) போரான் B) காலியம் C) மக்னீசியம் D) பெரிலியம்

தீர்வு: சரியான பதில் D) பெரிலியம்.

விளக்கம்: மூலைவிட்ட உறவு என்பது 2வது மற்றும் 3வது வரிசைத் தனிமங்களுக்கு இடையே, மூலைவிட்டமாக எதிரெதிர் தொகுதிகளைச் சேர்ந்த தனிமங்களிடையே காணப்படுகிறது. அலுமினியம் (தொகுதி 13, வரிசை 3) பெரிலியத்துடன் (தொகுதி 2, வரிசை 2) ஒரு மூலைவிட்ட உறவைக் காட்டுகிறது. ஒற்றுமைகள் பின்வருமாறு:

• இரண்டும் சக பிணைப்பு சேர்மங்களை உருவாக்குகின்றன.
• அவற்றின் ஆக்சைடுகள் (Al₂O₃ மற்றும் BeO) மற்றும் ஹைட்ராக்சைடுகள் (Al(OH)₃ மற்றும் Be(OH)₂) ஈரியல்புத் தன்மை கொண்டவை.
• அவை அணைவு புளோரைடுகளை உருவாக்குகின்றன, எ.கா., [AlF₆]³⁻ மற்றும் [BeF₄]²⁻.
• இரண்டு உலோகங்களும் நைட்ரிக் அமிலத்திற்கு மந்தமானவை.
• இரண்டும் வலிமையான காரங்களுடன் வினைபுரிந்து அணைவு அயனிகளை (அலுமினேட்டுகள் மற்றும் பெரிலேட்டுகள்) உருவாக்குகின்றன.

கூற்று-காரணம் வினாக்கள்

வினா 1

கூற்று (A): அலுமினியப் பாத்திரங்களை சலவை சோடா (சோடியம் கார்பனேட்) கொண்டு கழுவக்கூடாது. காரணம் (R): சலவை சோடா காரத்தன்மை கொண்டது மற்றும் அலுமினியத்துடன் வினைபுரிந்து சோடியம் அலுமினேட் மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது.

A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை மற்றும் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம். B) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை ஆனால் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம் அல்ல. C) A உண்மை ஆனால் R தவறு. D) A தவறு ஆனால் R உண்மை. E) A மற்றும் R இரண்டும் தவறு.

தீர்வு: சரியான பதில் A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை மற்றும் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம்.

விளக்கம்: அலுமினியம் ஒரு ஈரியல்பு உலோகம். சலவை சோடா (Na₂CO₃) நீரில் நீராற்பகுப்பு அடைந்து ஒரு வலிமையான காரத்தை (NaOH) மற்றும் ஒரு வலிமையற்ற அமிலத்தை (H₂CO₃) உருவாக்குகிறது, இதனால் அதன் கரைசல் காரத்தன்மை கொண்டதாக மாறும். Na₂CO₃ + 2H₂O ⇌ 2NaOH + H₂CO₃ அலுமினியம் வலிமையான காரமான (NaOH) உடன் பின்வருமாறு வினைபுரியும்: 2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H₂O(l) → 2Na[Al(OH)₄](aq) + 3H₂(g) (சோடியம் டெட்ராஹைட்ராக்ஸோஅலுமினேட்(III)) இந்த வினை அலுமினியப் பாத்திரத்தை அரிக்கிறது, இது அரிமானம் மற்றும் சேதத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. எனவே, கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் உண்மை, மற்றும் காரணம் கூற்றை சரியாக விளக்குகிறது.

வினா 2

கூற்று (A): நீரற்ற AlCl₃ ஒரு லூயிஸ் அமிலம். காரணம் (R): நீரற்ற AlCl₃ ஒரு எலக்ட்ரான்-குறைபாடுள்ள மூலக்கூறு.

A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை மற்றும் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம். B) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை ஆனால் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம் அல்ல. C) A உண்மை ஆனால் R தவறு. D) A தவறு ஆனால் R உண்மை. E) A மற்றும் R இரண்டும் தவறு.

தீர்வு: சரியான பதில் A) A மற்றும் R இரண்டும் உண்மை மற்றும் R என்பது A இன் சரியான விளக்கம்.

விளக்கம்: நீரற்ற அலுமினியம் குளோரைடில் (AlCl₃), மைய அலுமினியம் அணு மூன்று குளோரின் அணுக்களுடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. அலுமினியம் தொகுதி 13 இல் உள்ளது மற்றும் மூன்று இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது. மூன்று சக பிணைப்புகளை உருவாக்கிய பிறகு, அலுமினியம் அணு அதன் இணைதிறன் கூட்டில் ஆறு எலக்ட்ரான்களை மட்டுமே கொண்டுள்ளது (3 எலக்ட்ரான் ஜோடிகள்). அதன் ஆக்டெட்டை பூர்த்தி செய்ய இன்னும் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் தேவை. லூயிஸ் கோட்பாட்டின் படி, ஒரு லூயிஸ் அமிலம் ஒரு எலக்ட்ரான் ஜோடி ஏற்பி ஆகும். AlCl₃ எலக்ட்ரான்-குறைபாடுள்ள மூலக்கூறாக இருப்பதால், அது ஒரு நிலையான ஆக்டெட்டை அடைய ஒரு எலக்ட்ரான் ஜோடியை உடனடியாக ஏற்றுக்கொள்கிறது, இதனால் ஒரு லூயிஸ் அமிலமாக செயல்படுகிறது. உதாரணமாக, AlCl₃ + Cl⁻ → [AlCl₄]⁻. எனவே, கூற்று மற்றும் காரணம் இரண்டும் உண்மை, மற்றும் காரணம் கூற்றை சரியாக விளக்குகிறது.

சுருக்கமான வினாக்கள்

வினா 1

வலிமையான காரங்களுடன் வினைபுரியும் போது அலுமினியம் ஏன் [Al(OH)₄]⁻ ஐ உருவாக்குகிறது, ஆனால் அதே தொகுதி 13 இல் உள்ள போரான் ஏன் இதேபோன்ற சூழ்நிலைகளில் பொதுவாக [B(OH)₄]⁻ ஐ உருவாக்குவதில்லை என்பதை விளக்குக.

மாதிரி பதில்: அலுமினியம் அதன் ஈரியல்புத் தன்மை மற்றும் அதன் அணைவு எண்ணை (coordination number) விரிவுபடுத்தும் திறமையின் காரணமாக டெட்ராஹைட்ராக்ஸோஅலுமினேட்(III) அணைவுச் சேர்மமான [Al(OH)₄]⁻ ஐ உருவாக்குகிறது. போரானை விட பெரிய அணுவாக இருக்கும் அலுமினியம், அதன் இணைதிறன் கூட்டில் காலியான d-ஆர்பிட்டால்களைக் கொண்டுள்ளது, இது ஹைட்ராக்சைடு ஈனிகளிலிருந்து (ligands) கூடுதல் எலக்ட்ரான் ஜோடிகளைப் பெறுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படலாம். இது அலுமினியத்தை 4 என்ற அணைவு எண்ணை அடையவும், நிலையான [Al(OH)₄]⁻ அணைவுச் சேர்மத்தை உருவாக்கவும் அனுமதிக்கிறது.

மறுபுறம், போரான் ஒரு மிகச் சிறிய அணு மற்றும் அதன் இணைதிறன் கூட்டில் அணுகக்கூடிய d-ஆர்பிட்டால்கள் இல்லை. d-ஆர்பிட்டால்கள் இல்லாததால் அதன் அதிகபட்ச சகப்பிணைப்புத் தன்மை நான்காகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. சில குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில் இது [B(OH)₄]⁻ (டெட்ராஹைட்ராக்ஸோபோரேட்) ஐ உருவாக்க முடிந்தாலும், இது பொதுவாக போரிக் அமிலமாக, B(OH)₃ ஆக உள்ளது, இது ஒரு பலவீனமான லூயிஸ் அமிலம். sp² கலப்பினத்தை அடையவும், தள அமைப்புகளை (planar structures) உருவாக்கவும் போரானின் வலுவான போக்கு, ஸ்டீரிக் இடர்பாடு (steric hindrance) மற்றும் எலக்ட்ரான் குறைபாடு இவற்றுடன் இணைந்து, [B(OH)₄]⁻ இன் உருவாக்கம் அலுமினியத்திற்கான [Al(OH)₄]⁻ ஐ விட குறைவாக சாதகமாகவும் குறைவாகவும் உள்ளது. போரிக் அமிலம் B(OH)₃ ஆக உள்ளது, இது H⁺ அயனியை வழங்குவதற்குப் பதிலாக ஒரு OH⁻ அயனியை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம் ஒரு லூயிஸ் அமிலமாக செயல்படுகிறது.

வினா 2

அலுமினியத்தின் மின்னாற்பகுப்பு பிரித்தெடுப்பில் (ஹால்-ஹெரௌல்ட் செயல்முறை) கிரையோலைட்டின் (Na₃AlF₆) பங்கை விவரிக்கவும்.

மாதிரி பதில்: அலுமினாவை (Al₂O₃) பயன்படுத்தி அலுமினியத்தை மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பிரித்தெடுக்கும் ஹால்-ஹெரௌல்ட் செயல்முறையில், கிரையோலைட் (Na₃AlF₆) பல முக்கிய பங்குகளை வகிக்கிறது:

1. உருகுநிலையைக் குறைத்தல்: தூய அலுமினா மிக அதிக உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளது (2000 °C க்கும் மேல்). உருகிய கிரையோலைட்டில் அலுமினாவைக் கரைப்பதன் மூலம், கலவையின் உருகுநிலை சுமார் 950-1000 °C ஆக கணிசமாகக் குறைகிறது. வெப்பநிலையில் இந்த குறைப்பு தொழில்துறை செயல்முறையை பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமாக்குகிறது, ஏனெனில் உருகிய நிலையை பராமரிக்க குறைந்த ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது.

2. மின்கடத்துத்திறனை அதிகரித்தல்: உருகிய அலுமினா மின்சாரத்தின் மோசமான கடத்தி ஆகும். கிரையோலைட், உருகும் போது, அயனிகளாக (Na⁺, AlF₆³⁻, AlF₄⁻) பிரிகிறது, இது மின்பகுளியின் மின்கடத்துத்திறனை கணிசமாக அதிகரிக்கிறது. இது மின்னாற்பகுப்புக்குத் தேவையான மின்னோட்டத்தின் திறமையான பாய்ச்சலை எளிதாக்குகிறது.

3. அலுமினாவிற்கான கரைப்பான்: கிரையோலைட் அலுமினாவிற்கு ஒரு சிறந்த கரைப்பானாக செயல்படுகிறது. அலுமினா உருகிய கிரையோலைட்டில் கரைந்து AlF₆³⁻ மற்றும் AlOF₂⁻ போன்ற அணைவு அயனிகளை உருவாக்குகிறது, அவை பின்னர் எதிர்மின்வாயில் ஒடுக்கப்படுகின்றன. இது மின்வேதியியல் ஒடுக்க செயல்முறைக்கு அலுமினியம் அயனிகளின் தொடர்ச்சியான விநியோகத்தை உறுதி செய்கிறது.

சுருக்கமாக, கிரையோலைட் இயக்க வெப்பநிலையைக் குறைப்பதற்கும், மின்கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதற்கும், அலுமினாவைக் கரைப்பதற்கும் இன்றியமையாதது, இதன் மூலம் அலுமினிய உலோகத்தின் நடைமுறை மற்றும் திறமையான உற்பத்தியை செயல்படுத்துகிறது.

உயர் சிந்தனைத் திறன் (HOTS) வினா

அலுமினியம், வினைத்திறன் வரிசையில் அதன் நிலையின்படி, ஒரு அதிக வினைத்திறன் கொண்ட உலோகம். இருப்பினும், அலுமினியப் பொருட்கள் காற்று மற்றும் ஈரப்பதத்திற்கு வெளிப்படும் போது கூட எளிதில் அரிக்கப்படுவதில்லை. இந்த நிகழ்வை விளக்கி, அலுமினியத்தின் ஈரியல்புத் தன்மையை நிரூபிக்க பொருத்தமான வேதியியல் சமன்பாடுகளை வழங்கவும்.

விரிவான வேதியியல் விளக்கம்:

அலுமினியம் உண்மையில் ஒரு அதிக வினைத்திறன் கொண்ட உலோகம், அதன் திட்ட மின்முனை அழுத்த மதிப்பு E° = -1.66 V, இது எலக்ட்ரான்களை இழக்கும் ஒரு வலுவான போக்கைக் குறிக்கிறது. இருப்பினும், காற்று மற்றும் ஈரப்பதத்திற்கு வெளிப்படும் போதும் அரிப்பிற்கு எதிராக அதன் சிறந்த எதிர்ப்பு, மந்தமாதல் (passivation) என்ற நிகழ்வுக்குக் காரணம்.

1. பாதுகாப்பு ஆக்சைடு அடுக்கின் உருவாக்கம்: அலுமினியம் காற்றுக்கு வெளிப்படும் போது, அது உடனடியாக வளிமண்டல ஆக்ஸிஜனுடன் வினைபுரிந்து, அதன் மேற்பரப்பில் மெல்லிய, கடினமான, துளையற்ற மற்றும் வலுவாக ஒட்டியுள்ள அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) அடுக்கை உருவாக்குகிறது. 4Al(s) + 3O₂(g) → 2Al₂O₃(s) இந்த ஆக்சைடு அடுக்கு ஒரு பாதுகாப்புத் தடையாக செயல்படுகிறது, இது அடிமட்டத்தில் உள்ள அலுமினிய உலோகம் ஆக்ஸிஜன், ஈரப்பதம் மற்றும் பிற அரிக்கும் காரணிகளுடன் மேலும் வினைபுரிவதைத் தடுக்கிறது. இந்த மந்தமான அடுக்கு மிக நிலையானது மற்றும் இயந்திரத்தனமாக அகற்றுவது கடினம்.

2. அலுமினியம் ஆக்சைடின் ஈரியல்புத் தன்மை: பாதுகாப்பு Al₂O₃ அடுக்கு ஈரியல்புத் தன்மை கொண்டது, அதாவது இது வலிமையான அமிலங்கள் மற்றும் வலிமையான காரங்கள் இரண்டிலும் வினைபுரியும். இந்த பண்பு குறிப்பிட்ட சூழல்களில் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட கரைப்புக்கு அனுமதிக்கிறது, ஆனால் பொதுவாக நடுநிலை சூழ்நிலைகளில் அதன் நிலைத்தன்மைக்கு பங்களிக்கிறது.

   • அமிலங்களுடன் வினை: Al₂O₃(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂O(l) அல்லது, சல்பூரிக் அமிலம் போன்ற வலிமையான அமிலங்களுடன்: Al₂O₃(s) + 3H₂SO₄(aq) → Al₂(SO₄)₃(aq) + 3H₂O(l)

   • காரங்களுடன் வினை: Al₂O₃(s) + 2NaOH(aq) + 3H₂O(l) → 2Na[Al(OH)₄](aq) (சோடியம் டெட்ராஹைட்ராக்ஸோஅலுமினேட்(III)) இந்த வினை ஆக்சைடு அடுக்கு பாதுகாப்பை அளித்தாலும், வலிமையான காரங்களுக்கு நீண்ட நேரம் வெளிப்படும் போது அது கரைந்து, அடிமட்டத்தில் உள்ள உலோகத்தை அரிப்பிற்கு வெளிப்படுத்தும் என்பதைக் காட்டுகிறது. இதேபோல், மிக வலிமையான அமிலங்களும் அடுக்கை கரைக்க முடியும்.

சுருக்கமாக, அலுமினியத்தின் அதிக வினைத்திறன் ஒரு நிலையான, ஊடுருவ முடியாத மற்றும் தானாகவே சரிசெய்யும் மந்தமான ஆக்சைடு அடுக்கு (Al₂O₃) விரைவாக உருவாவதால் மறைக்கப்படுகிறது. இந்த அடுக்கு மேலும் வேதியியல் தாக்குதலைத் தடுக்கிறது, இதனால் பெரும்பாலான சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளின் கீழ் அலுமினியம் அரிப்பிற்கு மிகவும் எதிர்ப்புத் திறன் கொண்டதாகிறது. இந்த ஆக்சைடு அடுக்கின் ஈரியல்புத் தன்மை அமில மற்றும் கார ஊடகங்களில் அதன் நடத்தையை தீர்மானிக்கிறது.