हीरे के गुणों पर सामान्य विज्ञान के प्रश्न: अपनी तैयारी को परखें
परिचय: प्रतियोगी परीक्षाओं में सामान्य विज्ञान एक महत्वपूर्ण खंड है। भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान के बुनियादी सिद्धांतों की गहरी समझ आपको विभिन्न परीक्षाओं में सफलता दिला सकती है। आज हम ‘Doubling Down on Diamond’ शीर्षक से प्रेरित होकर, विशेष रूप से हीरे से जुड़े विज्ञान के पहलुओं पर आधारित 25 बहुविकल्पीय प्रश्न प्रस्तुत कर रहे हैं। ये प्रश्न आपकी अवधारणात्मक स्पष्टता को बढ़ाने और परीक्षा के लिए आपकी तैयारी को मजबूत करने में मदद करेंगे।
सामान्य विज्ञान अभ्यास प्रश्न (General Science Practice MCQs)
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हीरा मुख्य रूप से किस तत्व से बना होता है?
- (a) सिलिकॉन
- (b) कार्बन
- (c) जर्मेनियम
- (d) सल्फर
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): हीरे की रासायनिक संरचना।
व्याख्या (Explanation): हीरा कार्बन का एक अपरूप (allotrope) है। कार्बन परमाणु एक क्रिस्टल जाली (crystal lattice) में चतुष्फलकीय (tetrahedral) तरीके से जुड़े होते हैं, जो इसे असाधारण कठोरता प्रदान करता है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे की असाधारण कठोरता का मुख्य कारण क्या है?
- (a) इसके परमाणुओं के बीच कमजोर वैन डेर वाल्स बल
- (b) इसके परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंध
- (c) इसके आयनिक बंध
- (d) इसके धातुक बंध
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): क्रिस्टल संरचना और रासायनिक बंध की प्रकृति।
व्याख्या (Explanation): हीरे में, प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ मजबूत सहसंयोजक बंध (covalent bonds) द्वारा जुड़ा होता है। यह त्रि-आयामी (3D) मजबूत नेटवर्क इसकी अत्यधिक कठोरता के लिए जिम्मेदार है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरा विद्युत का कुचालक क्यों होता है, जबकि ग्रेफाइट (जो कार्बन का ही एक रूप है) सुचालक होता है?
- (a) हीरे में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं, जबकि ग्रेफाइट में होते हैं।
- (b) हीरे में आयनिक बंध होते हैं, जबकि ग्रेफाइट में सहसंयोजक बंध।
- (c) हीरे का गलनांक बहुत अधिक होता है।
- (d) हीरे में परमाणुओं की पैकिंग बहुत सघन होती है।
उत्तर: (a)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): विद्युत चालकता और इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता।
व्याख्या (Explanation): हीरे की संरचना में, सभी संयोजी इलेक्ट्रॉन (valence electrons) सहसंयोजक बंधों में बंधे होते हैं और किसी भी मुक्त इलेक्ट्रॉन (free electron) की अनुपस्थिति के कारण यह विद्युत का कुचालक होता है। ग्रेफाइट की परतदार संरचना में, प्रत्येक कार्बन परमाणु का एक संयोजी इलेक्ट्रॉन delocalized होता है और परतों के बीच आसानी से घूम सकता है, जिससे यह विद्युत का सुचालक बनता है।
अतः, सही उत्तर (a) है।
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हीरे का उच्च अपवर्तनांक (high refractive index) किस कारण होता है?
- (a) इसके परमाणुओं के बीच कम घनत्व
- (b) इसके क्रिस्टल जाली में इलेक्ट्रॉनों का उच्च ध्रुवीकरण (high polarizability)
- (c) इसकी तापीय चालकता
- (d) इसके रासायनिक जड़ता
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): प्रकाश का अपवर्तन और पदार्थ की इलेक्ट्रॉनिक संरचना।
व्याख्या (Explanation): हीरे का उच्च अपवर्तनांक इसके क्रिस्टल जाली में इलेक्ट्रॉनों की उच्च ध्रुवीकरण (high polarizability) के कारण होता है। यह प्रकाश के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रति प्रबल प्रतिक्रिया करता है, जिससे प्रकाश की गति धीमी हो जाती है और अपवर्तन होता है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे को काटने और पॉलिश करने के लिए किस पदार्थ का उपयोग किया जाता है?
- (a) सामान्य स्टील
- (b) अन्य हीरे
- (c) विशेष रूप से मिश्रित धातु
- (d) सिरेमिक
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): कठोरता और घर्षण।
व्याख्या (Explanation): “Diamond cuts diamond” कहावत के अनुसार, अपनी असाधारण कठोरता के कारण, हीरे को केवल दूसरे हीरे से ही काटा या पॉलिश किया जा सकता है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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निम्नलिखित में से कौन सा कथन हीरे के बारे में सत्य नहीं है?
- (a) यह विद्युत का अच्छा सुचालक है।
- (b) यह सबसे कठोर प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला पदार्थ है।
- (c) यह प्रकाश को अत्यधिक बिखेरता है।
- (d) यह कार्बन का एक अपरूप है।
उत्तर: (a)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): हीरे के भौतिक और रासायनिक गुण।
व्याख्या (Explanation): जैसा कि प्रश्न 3 में बताया गया है, हीरा विद्युत का कुचालक होता है, सुचालक नहीं। बाकी सभी कथन हीरे के लिए सत्य हैं।
अतः, सही उत्तर (a) है।
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तापमान के संबंध में हीरे की क्या विशेषता है?
- (a) इसका गलनांक बहुत कम होता है।
- (b) यह बहुत कम तापमान पर पिघल जाता है।
- (c) यह उच्च तापमान पर भी स्थिर रहता है और बिना पिघले सीधे गैस में बदल जाता है (ऊर्ध्वपातन)।
- (d) यह आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है।
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थों का व्यवहार उच्च तापमान पर।
व्याख्या (Explanation): हीरा अत्यंत उच्च तापमान (लगभग 3550°C) पर बिना पिघले सीधे गैसीय अवस्था में परिवर्तित हो जाता है (ऊर्ध्वपातन)। वायु की अनुपस्थिति में, यह लगभग 1500°C तक स्थिर रहता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे का उपयोग किस औद्योगिक प्रक्रिया में किया जाता है?
- (a) काटने और पीसने वाले औजारों में
- (b) उच्च-तापमान वाले क्रूसिबल बनाने में
- (c) कांच को जोड़ने के लिए चिपकने वाले के रूप में
- (d) धातुओं को शुद्ध करने में
उत्तर: (a)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ के गुण और उसके अनुप्रयोग।
व्याख्या (Explanation): अपनी असाधारण कठोरता के कारण, हीरे का उपयोग काटने, ड्रिलिंग और पीसने वाले औजारों में किया जाता है, खासकर कठोर धातुओं और पत्थरों को संसाधित करने के लिए।
अतः, सही उत्तर (a) है।
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हीरे की चमक (brilliance) और अग्नि (fire) के लिए कौन सी भौतिक प्रॉपर्टी जिम्मेदार है?
- (a) उच्च तापीय चालकता
- (b) उच्च विद्युत चालकता
- (c) उच्च अपवर्तनांक और फैलाव (dispersion)
- (d) कम घनत्व
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): प्रकाशिकी (optics) और पदार्थ की संरचना।
व्याख्या (Explanation): हीरे का उच्च अपवर्तनांक (लगभग 2.42) प्रकाश को रत्न के अंदर अधिक बार परावर्तित (reflect) कराता है, जिससे चमक आती है। इसका उच्च फैलाव (dispersion) सफेद प्रकाश को उसके घटक रंगों (स्पेक्ट्रम) में विभाजित करता है, जिसे ‘अग्नि’ (fire) कहते हैं।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे के निर्माण के लिए आवश्यक प्रमुख स्थितियाँ क्या हैं?
- (a) निम्न तापमान और उच्च दाब
- (b) निम्न तापमान और निम्न दाब
- (c) उच्च तापमान और निम्न दाब
- (d) उच्च तापमान और उच्च दाब
उत्तर: (d)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ निर्माण की भूवैज्ञानिक और रासायनिक स्थितियाँ।
व्याख्या (Explanation): प्राकृतिक हीरे पृथ्वी के मेंटल (mantle) में अत्यंत उच्च तापमान (लगभग 900-1300°C) और अत्यंत उच्च दाब (लगभग 4.5-6 GPa) पर बनते हैं। प्रयोगशालाओं में भी कृत्रिम हीरे बनाने के लिए ऐसी ही स्थितियाँ (HPHT – High Pressure High Temperature) बनाई जाती हैं।
अतः, सही उत्तर (d) है।
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कार्बन का कौन सा अपरूप (allotrope) हीरे से संरचनात्मक रूप से भिन्न है और शीट जैसी संरचना रखता है?
- (a) फुलरीन
- (b) कार्बन नैनोट्यूब
- (c) ग्रेफाइट
- (d) चारकोल
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): कार्बन के विभिन्न अपरूप और उनकी क्रिस्टल संरचना।
व्याख्या (Explanation): हीरे में कार्बन परमाणु चतुष्फलकीय रूप से जुड़े होते हैं, जबकि ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु षट्कोणीय (hexagonal) परतों में व्यवस्थित होते हैं, जो कमजोर अंतराण्विक बलों (intermolecular forces) द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे कीMohs पैमाने पर कठोरता कितनी है?
- (a) 1
- (b) 5
- (c) 8
- (d) 10
उत्तर: (d)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): Mohs कठोरता पैमाना।
व्याख्या (Explanation): Mohs पैमाना खनिजों की सापेक्ष खरोंच कठोरता (scratch hardness) को मापता है। हीरा इस पैमाने पर 10 की कठोरता के साथ सबसे कठोर पदार्थ माना जाता है।
अतः, सही उत्तर (d) है।
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रासायनिक रूप से, हीरा किसके प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी है?
- (a) अम्ल
- (b) क्षार
- (c) ऑक्सीकरण
- (d) उपरोक्त सभी
उत्तर: (d)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक स्थिरता।
व्याख्या (Explanation): हीरे की मजबूत सहसंयोजक बंध संरचना के कारण, यह अधिकांश रासायनिक अभिकर्मकों, जैसे अम्ल, क्षार और ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी होता है, खासकर सामान्य तापमान पर।
अतः, सही उत्तर (d) है।
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हीरे को जब ऑक्सीजन की उपस्थिति में गर्म किया जाता है, तो यह मुख्य रूप से किस गैस में परिवर्तित हो जाता है?
- (a) कार्बन मोनोऑक्साइड
- (b) कार्बन डाइऑक्साइड
- (c) मीथेन
- (d) नाइट्रोजन
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): दहन (combustion) की रासायनिक अभिक्रिया।
व्याख्या (Explanation): ऑक्सीजन की उपस्थिति में, कार्बन (हीरा) जलता है और कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) बनाता है, जो कि सभी कार्बन आधारित ईंधनों के पूर्ण दहन का उत्पाद है। अभिक्रिया इस प्रकार है: C (हीरा) + O2 (g) → CO2 (g)।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे का घनत्व (density) कितना होता है (लगभग)?
- (a) 2.3 g/cm³
- (b) 3.5 g/cm³
- (c) 5.0 g/cm³
- (d) 1.5 g/cm³
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ का घनत्व।
व्याख्या (Explanation): हीरे का घनत्व लगभग 3.51 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर (g/cm³) होता है। यह मान इसकी सघन क्रिस्टल संरचना और कार्बन परमाणुओं के कसकर बंधे होने के कारण है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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कृत्रिम (synthetic) या प्रयोगशाला में उगाए गए हीरे का निर्माण किस विधि से किया जा सकता है?
- (a) केवल HPHT (High Pressure High Temperature)
- (b) केवल CVD (Chemical Vapor Deposition)
- (c) HPHT और CVD दोनों
- (d) किसी भी निम्न तापमान विधि से
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): कृत्रिम हीरे के निर्माण की विधियाँ।
व्याख्या (Explanation): कृत्रिम हीरे बनाने की दो प्रमुख विधियाँ हैं: HPHT, जो प्राकृतिक परिस्थितियों की नकल करती है, और CVD, जिसमें गैसों से कार्बन जमा किया जाता है। दोनों विधियाँ व्यावसायिक रूप से सफल हैं।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे को अक्सर “अविनाशी” (indestructible) क्यों कहा जाता है?
- (a) क्योंकि यह किसी भी विलायक (solvent) में घुलनशील है।
- (b) क्योंकि यह अत्यंत कठोर है और रासायनिक रूप से निष्क्रिय है।
- (c) क्योंकि यह केवल पानी से प्रतिक्रिया करता है।
- (d) क्योंकि यह बहुत नरम होता है।
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ की रासायनिक और भौतिक स्थायित्व।
व्याख्या (Explanation): अपनी अत्यधिक कठोरता और रासायनिक निष्क्रियता (resistance to chemical reaction) के कारण, हीरा सामान्य परिस्थितियों में टूटता या खराब नहीं होता है, जिससे इसे “अविनाशी” के रूप में वर्णित किया जाता है, हालांकि इसे अत्यधिक बल से तोड़ा जा सकता है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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यदि एक हीरे को कमरे के तापमान पर एक कमजोर एसिड में रखा जाए, तो क्या होगा?
- (a) यह घुल जाएगा।
- (b) यह बुलबुले बनाएगा।
- (c) इसमें कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होगी।
- (d) यह रंग बदल देगा।
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): हीरे की रासायनिक स्थिरता।
व्याख्या (Explanation): जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, हीरा रासायनिक रूप से बहुत निष्क्रिय होता है। सामान्य तापमान पर कमजोर एसिड के साथ कोई महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया नहीं होती है, जिससे यह अपरिवर्तित रहता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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कौन सा खनिज हीरे से थोड़ा कम कठोर होता है, लेकिन Mohs पैमाने पर 9 का मान रखता है?
- (a) क्वार्ट्ज
- (b) टोपाज़
- (c) कोरंडम
- (d) फेल्डस्पार
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): Mohs कठोरता पैमाना।
व्याख्या (Explanation): Mohs पैमाने पर, कोरंडम (जिसमें रूबी और नीलम शामिल हैं) की कठोरता 9 होती है, जो इसे हीरे (10) के बाद दूसरा सबसे कठोर प्राकृतिक पदार्थ बनाती है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे के कटाई (cutting) में, हीरे के टुकड़ों को किस रूप में इस्तेमाल किया जाता है?
- (a) बड़े गोल कण
- (b) छोटे अनियमित कण (dust/powder)
- (c) लम्बे धागे
- (d) चौकोर ब्लॉक
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): औद्योगिक अनुप्रयोग और कटाई की प्रक्रिया।
व्याख्या (Explanation): हीरे के औजार बनाने के लिए, छोटे, अनियमित आकार के हीरे के कणों (हीरा धूल या पाउडर) को एक बंधनकारी सामग्री (binding material) में मिलाया जाता है, जिससे अत्यधिक कठोर औजार बनते हैं।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे की चमक और इंद्रधनुषी रंगों (rainbow colors) को क्या कहा जाता है?
- (a) चमक (lustre)
- (b) पारदर्शिता (transparency)
- (c) फैलाव (dispersion)
- (d) ओपैसिटी (opacity)
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): प्रकाशिकी और रत्न विज्ञान।
व्याख्या (Explanation): हीरे का उच्च फैलाव (high dispersion) प्रकाश को उसके घटक रंगों में तोड़ने की क्षमता है, जिससे रत्न के भीतर इंद्रधनुषी रंगों की ‘अग्नि’ (fire) या ‘आतिशबाज़ी’ (fireworks) दिखाई देती है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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पृथ्वी की सतह के नीचे, किस भूवैज्ञानिक क्षेत्र में हीरे सबसे अधिक पाए जाते हैं?
- (a) ज्वालामुखी राख (volcanic ash)
- (b) अवसादी चट्टानें (sedimentary rocks)
- (c) कायांतरित चट्टानें (metamorphic rocks)
- (d) किम्बरलाइट और लैम्प्रोइट पाइप (Kimberlite and Lamproite pipes)
उत्तर: (d)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): हीरे के निर्माण और निष्कर्षण के भूविज्ञान।
व्याख्या (Explanation): हीरे पृथ्वी के गहरे मेंटल में बनते हैं और ज्वालामुखी विस्फोटों के माध्यम से सतह पर आते हैं, जो विशेष प्रकार की आग्नेय चट्टानें (igneous rocks) बनाते हैं जिन्हें किम्बरलाइट और लैम्प्रोइट कहा जाता है। ये चट्टानें हीरे के मुख्य स्रोत हैं।
अतः, सही उत्तर (d) है।
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हीरे के कणों का उपयोग करके बनाया गया एक उपकरण, किसी अन्य सामग्री पर खरोंच बनाने के लिए निम्न में से किस भौतिक सिद्धांत पर काम करता है?
- (a) घर्षण (Friction)
- (b) ऊष्मीय चालन (Thermal Conduction)
- (c) कठोरता (Hardness)
- (d) विद्युत चुम्बकीय प्रेरण (Electromagnetic Induction)
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थों की सापेक्ष कठोरता।
व्याख्या (Explanation): हीरे की असाधारण कठोरता का अर्थ है कि यह Mohs पैमाने पर अन्य सभी सामग्रियों को खरोंच सकता है। इसलिए, हीरे के कणों का उपयोग करके बनाए गए औजार, अपनी कठोरता के कारण, नरम सामग्रियों को काटकर या पीसकर खरोंचते हैं।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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निम्न में से कौन सा यौगिक, कार्बन का एक और महत्वपूर्ण allotrope है, जिसका उपयोग विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में किया जा सकता है?
- (a) ग्रेफाइट
- (b) हीरा
- (c) फुलरीन (विशेष रूप से C60)
- (d) कार्बन मोनोऑक्साइड
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): कार्बन के allotropes और उनके आधुनिक अनुप्रयोग।
व्याख्या (Explanation): फुलरीन (जैसे बकमिन्स्टरफुलरीन, C60) कार्बन के अणु होते हैं जिनमें 60 कार्बन परमाणु एक खोखली गेंद जैसी संरचना में व्यवस्थित होते हैं। इनकी अनूठी संरचना और गुण उन्हें नैनो टेक्नोलॉजी, सामग्री विज्ञान और इलेक्ट्रॉनिक्स में अनुप्रयोगों के लिए रुचिकर बनाते हैं।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे के क्रिस्टल में कार्बन परमाणुओं की संकरण (hybridization) अवस्था क्या होती है?
- (a) sp
- (b) sp²
- (c) sp³
- (d) d²sp³
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक बंध और संकरण सिद्धांत।
व्याख्या (Explanation): हीरे में, प्रत्येक कार्बन परमाणु चतुष्फलकीय ज्यामिति (tetrahedral geometry) में चार अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ सिग्मा (σ) सहसंयोजक बंध बनाता है। यह sp³ संकरण का परिणाम है, जहां एक s कक्षक और तीन p कक्षक मिलकर चार समतुल्य sp³ संकरित कक्षक बनाते हैं।
अतः, सही उत्तर (c) है।