UPSC CSE Prelims
रसायन विज्ञान एवं पदार्थ विज्ञान Previous Year Questions (PYQs)

Detailed Explanation:

यूरोपियम, टर्बियम और यिट्रियम जैसे कुछ दुर्लभ मृदा तत्व (Rare Earth Elements) आधुनिक डिस्प्ले तकनीक में उपयोग किए जाते हैं।

• कथन I सही है: कुछ REEs का उपयोग फ्लैट टीवी स्क्रीन और कंप्यूटर मॉनिटर बनाने में किया जाता है।

• कथन II सही है: कुछ REEs में फॉस्फोरेसेंस (Phosphorescence) का गुण होता है।

• कथन II, कथन I की व्याख्या करता है क्योंकि यही गुण स्क्रीन में चमकीले और स्पष्ट रंग उत्पन्न करने में मदद करता है।

• अतः सही उत्तर विकल्प (A) है।

कथन-वार विश्लेषण

Rare Earth Elements (REEs)

क्या हैं Rare Earth Elements?

REEs कुल 17 धात्विक तत्वों का समूह हैं:

• 15 लैंथेनाइड

• स्कैंडियम

• यिट्रियम

मुख्य उपयोग

• फ्लैट टीवी और मॉनिटर

• स्मार्टफोन

• इलेक्ट्रिक वाहन (EV)

• पवन टर्बाइन

• रक्षा उपकरण

• मेडिकल इमेजिंग

फॉस्फोरेसेंस क्या है?

यह किसी पदार्थ की वह क्षमता है जिसमें वह:

• ऊर्जा को अवशोषित करता है,

• कुछ समय तक संग्रहीत करता है,

• फिर धीरे-धीरे प्रकाश उत्सर्जित करता है।

डिस्प्ले में उपयोग होने वाले प्रमुख REEs

Detailed Explanation:

उत्तर: विकल्प 1 — यह प्रकृति में द्विध्रुवीय है

जल को "सार्वभौमिक विलायक" के रूप में जाना जाता है क्योंकि यह द्विध्रुवीय (ध्रुवीय) प्रकृति का है। जल के अणुओं की एक मुड़ी हुई संरचना होती है जिसमें हाइड्रोजन परमाणुओं पर आंशिक धनात्मक आवेश और ऑक्सीजन परमाणु पर आंशिक ऋणात्मक आवेश होता है, जो एक द्विध्रुव बनाता है। यह ध्रुवीयता जल के अणुओं को आयनों और अन्य ध्रुवीय अणुओं के साथ स्थिरवैद्युत आकर्षण के माध्यम से घेरने और अन्योन्यक्रिया करने में सक्षम बनाती है, उन्हें प्रभावी रूप से अलग करके घोल देती है। द्विध्रुवीय प्रकृति मूल कारण है कि जल किसी भी अन्य तरल पदार्थ की तुलना में अधिक पदार्थों को घोल सकता है।

📝 संक्षिप्त नोट्स: विलायक के रूप में जल के गुण

• द्विध्रुवीय/ध्रुवीय प्रकृति: जल की एक मुड़ी हुई आणविक संरचना होती है (H-O-H कोण ~104.5°) जिसमें ऑक्सीजन अधिक विद्युतऋणात्मक होती है, जो आंशिक आवेश (H पर δ+, O पर δ-) बनाती है।
• सार्वभौमिक विलायक: जल आयनिक यौगिकों (जैसे लवण) को जल के अणुओं से आयनों को घेरकर (हाइड्रेशन) और ध्रुवीय सहसंयोजक यौगिकों को हाइड्रोजन बंधन के माध्यम से घोलता है।
• हाइड्रोजन बंधन: ध्रुवीय प्रकृति जल के अणुओं को एक-दूसरे के साथ और विलेय कणों के साथ हाइड्रोजन बंधन बनाने की अनुमति देती है, जो विघटन को सुगम बनाती है।
• उच्च परावैद्युत स्थिरांक: जल में एक उच्च परावैद्युत स्थिरांक (~80) होता है, जो घुले हुए आयनों के बीच स्थिरवैद्युत आकर्षण को कम करता है, उन्हें विलयन में अलग रखता है।
• विलायक गुणों से संबंधित नहीं: अच्छा ऊष्मा चालक, उच्च विशिष्ट ऊष्मा, और हाइड्रोजन का ऑक्साइड होना जल के गुण हैं लेकिन इसकी असाधारण विलायक क्षमताओं के प्राथमिक कारण नहीं हैं।

Detailed Explanation:

उत्तर: विकल्प 3 — लेमनग्रास

लेमनग्रास (जिसे सिट्रोनेला घास के नाम से भी जाना जाता है) का व्यापक रूप से प्राकृतिक मच्छर विकर्षक तैयार करने में उपयोग किया जाता है क्योंकि इसमें तीव्र नींबू जैसी गंध होती है। लेमनग्रास से निकाले गए आवश्यक तेल में सिट्रोनेला तेल होता है, जो मच्छरों को दूर भगाने में अत्यधिक प्रभावी है। अध्ययनों से पता चला है कि लेमनग्रास का तेल मच्छरों की कुछ प्रजातियों के 95% तक को दूर भगा सकता है या मार सकता है, जिसका प्रभाव लगभग 2-3 घंटे तक रहता है।

📝 संक्षिप्त नोट्स: प्राकृतिक मच्छर विकर्षक

• लेमनग्रास (Cymbopogon): इसमें सिट्रोनेला तेल होता है, जो सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला प्राकृतिक मच्छर विकर्षक है; मच्छरों की कई प्रजातियों के खिलाफ प्रभावी
• क्रियाविधि: तीव्र नींबू की गंध मानव गंध और कार्बन डाइऑक्साइड को छिपा देती है, जिससे मच्छरों के लिए अपने लक्ष्य को खोजना मुश्किल हो जाता है
• सिट्रोनेला तेल: लेमनग्रास की पत्तियों से निकाला जाता है; मोमबत्तियों, स्प्रे, लोशन और अगरबत्ती में उपयोग किया जाता है
• प्रभाव की अवधि: आमतौर पर 2-3 घंटे तक रहता है; विस्तारित सुरक्षा के लिए पुनः उपयोग की आवश्यकता होती है
• अन्य प्राकृतिक विकर्षक: नीम का तेल, नीलगिरी का तेल, लैवेंडर, तुलसी और गेंदा में भी मच्छर विकर्षक गुण होते हैं
• सुरक्षा: प्राकृतिक विकर्षक आमतौर पर DEET जैसे रासायनिक विकल्पों की तुलना में अधिक सुरक्षित होते हैं, कम दुष्प्रभावों के साथ

Detailed Explanation:

✅ कथन 1 – गलत: सोडियम क्लोराइड का क्रिस्टलीकरण एक भौतिक परिवर्तन है; NaCl घुलित अवस्था से ठोस अवस्था में बदलता है लेकिन रासायनिक संरचना समान रहती है।
✅ कथन 2 – गलत: बर्फ का पिघलना एक भौतिक परिवर्तन है; H₂O अणु ठोस से तरल अवस्था में परिवर्तित होते हैं जबकि रासायनिक संरचना समान रहती है।
✅ कथन 3 – सही: दूध का खट्टा होना एक रासायनिक परिवर्तन है; जीवाणु लैक्टोज को लैक्टिक अम्ल में बदलते हैं, जिससे नए पदार्थ बनते हैं और रासायनिक संरचना स्थायी रूप से बदल जाती है।

Detailed Explanation:

✅ कथन 1 – सही: ग्राफीन एक द्वि-आयामी पदार्थ है जो षट्कोणीय जाली में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की एकल परत से बना है, और इसकी संरचना में इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता के कारण यह उत्कृष्ट विद्युत चालकता प्रदर्शित करता है।

✅ कथन 2 – सही: ग्राफीन सबसे पतली सामग्रियों में से एक है (केवल एक परमाणु मोटा) फिर भी इसमें असाधारण तन्य शक्ति है — लगभग स्टील से 200 गुना मजबूत — जो इसे परीक्षण की गई सबसे मजबूत सामग्रियों में से एक बनाता है।

❌ कथन 3 – गलत: ग्राफीन पूरी तरह से कार्बन परमाणुओं से बना है, सिलिकॉन से नहीं। हालांकि, इसमें उच्च प्रकाशीय पारदर्शिता है (दृश्य प्रकाश का केवल ~2.3% अवशोषित करता है)।

✅ कथन 4 – सही: विद्युत चालकता, प्रकाशीय पारदर्शिता और लचीलेपन के संयोजन के कारण, ग्राफीन टच स्क्रीन, एलसीडी और ऑर्गेनिक एलईडी में संवाहक इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग के लिए अत्यधिक उपयुक्त है।