हीरे के गुण और उससे जुड़े विज्ञान के प्रश्न: आपकी परीक्षा तैयारी के लिए
परिचय: प्रतियोगी परीक्षाओं की तैयारी में सामान्य विज्ञान एक महत्वपूर्ण खंड है। अक्सर, दैनिक जीवन से जुड़ी या चर्चित वस्तुएं विज्ञान के सिद्धांतों को समझने का बेहतरीन माध्यम बनती हैं। “Doubling Down on Diamond” जैसे शीर्षक हमें हीरे जैसे असाधारण पदार्थ के वैज्ञानिक पहलुओं पर गौर करने के लिए प्रेरित करते हैं। यहाँ भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान के 25 महत्वपूर्ण बहुविकल्पीय प्रश्न दिए गए हैं, जो आपकी विज्ञान की समझ को परखने और परीक्षा के लिए आपकी तैयारी को मज़बूत करने में सहायक होंगे।
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) नाइट्रोजन
- (d) ऑक्सीजन
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक तत्व और उनके यौगिक।
व्याख्या (Explanation): हीरा कार्बन का एक अपरूप (allotrope) है। इसके क्रिस्टल जालक (crystal lattice) में कार्बन परमाणु सहसंयोजक बंधों (covalent bonds) द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं, जिससे इसे असाधारण कठोरता और चमक मिलती है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे की असाधारण कठोरता का मुख्य कारण क्या है?
- (a) परमाणुओं के बीच दुर्बल वान डर वाल्स बल
- (b) कार्बन परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंध
- (c) आयनिक बंधों की उपस्थिति
- (d) परमाणुओं की खुली क्रिस्टल संरचना
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक बंध और पदार्थ की संरचना।
व्याख्या (Explanation): हीरे में, प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य कार्बन परमाणुओं से चतुष्फलकीय (tetrahedral) ज्यामिति में मजबूत सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़ा होता है। यह त्रि-आयामी (3D) नेटवर्क ही हीरे की अत्यधिक कठोरता के लिए उत्तरदायी है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे का अपवर्तनांक (refractive index) उच्च क्यों होता है, जिससे उसमें “चमक” आती है?
- (a) कार्बन परमाणुओं की कम घनत्व
- (b) प्रकाश के धीमी गति से चलने के कारण
- (c) परमाणुओं के बीच अधिक खाली स्थान
- (d) प्रकाश के प्रकीर्णन (scattering) के कारण
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): प्रकाशिकी और पदार्थ का अपवर्तनांक।
व्याख्या (Explanation): हीरे का उच्च अपवर्तनांक (लगभग 2.42) प्रकाश के हीरे के अंदर धीमी गति से चलने का परिणाम है। यह उच्च अपवर्तनांक प्रकाश को अत्यधिक परावर्तित (reflect) करता है, जिससे हीरे में विशेष चमक (brilliance) और “आग” (fire) दिखाई देती है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे के कटाई और पॉलिशिंग के लिए आमतौर पर किस उपकरण का उपयोग किया जाता है?
- (a) साधारण स्टील की आरी
- (b) टाइटेनियम-लेपित चाकू
- (c) हीरे से लेपित उपकरण
- (d) लेज़र कटर
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): घर्षण और कठोरता।
व्याख्या (Explanation): “हीरा ही हीरे को काटता है” यह कहावत सत्य है। हीरे की असाधारण कठोरता के कारण, इसे काटने या पॉलिश करने के लिए केवल हीरे से लेपित उपकरण (जैसे घर्षण पहिये) या विशेष लेज़र का उपयोग किया जा सकता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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निम्नलिखित में से कौन सा हीरे का एक महत्वपूर्ण भौतिक गुण है?
- (a) निम्न तापीय चालकता
- (b) उच्च विद्युत चालकता
- (c) निम्न प्रकाशिकी पारदर्शिता
- (d) उच्च तापीय चालकता
उत्तर: (d)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ के भौतिक गुण।
व्याख्या (Explanation): हीरे की एक उल्लेखनीय विशेषता इसकी उच्च तापीय चालकता (thermal conductivity) है, जो सभी ज्ञात प्राकृतिक पदार्थों में सबसे अधिक है। यह गुण इसे विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी बनाता है, जैसे हीट सिंक (heat sinks)।
अतः, सही उत्तर (d) है।
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हीरा निम्न में से किस प्रक्रिया द्वारा बनता है?
- (a) ज्वालामुखी विस्फोट से लावा के तेजी से ठंडा होने पर
- (b) पृथ्वी के अंदर उच्च दबाव और उच्च तापमान पर
- (c) समुद्री जल में अवसादन (sedimentation) द्वारा
- (d) हवा में निलंबित कार्बन कणों के जमने से
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): भूविज्ञान और पदार्थ निर्माण की प्रक्रियाएँ।
व्याख्या (Explanation): प्राकृतिक हीरे पृथ्वी के मेंटल (mantle) में लगभग 150-200 किलोमीटर की गहराई पर अत्यधिक उच्च दबाव (लगभग 45-60 किलोबार) और उच्च तापमान (900-1300 डिग्री सेल्सियस) की चरम परिस्थितियों में बनते हैं। ये हीरे तब ज्वालामुखी विस्फोटों के दौरान सतह पर लाए जाते हैं।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरा, ग्रेफाइट का एक अपरूप (allotrope) है। ग्रेफाइट की तुलना में हीरे का गलनांक (melting point) अधिक क्यों होता है?
- (a) ग्रेफाइट में कमजोर अंतर-परमाणु बल होते हैं
- (b) हीरे में कार्बन परमाणु त्रि-आयामी, सघन नेटवर्क में बंधे होते हैं
- (c) ग्रेफाइट में अधिक इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं
- (d) हीरे में कार्बन की संयोजकता (valency) कम होती है
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): क्रिस्टल संरचना और भौतिक गुण।
व्याख्या (Explanation): ग्रेफाइट की परतों में मजबूत सहसंयोजक बंध होते हैं, लेकिन परतों के बीच वैन डेर वाल्स बल कमजोर होते हैं। हीरे में, सभी कार्बन परमाणु त्रि-आयामी, सघन नेटवर्क में मजबूत सहसंयोजक बंधों से जुड़े होते हैं, जिससे इसे बहुत उच्च गलनांक (लगभग 3550 °C) प्राप्त होता है। ग्रेफाइट उच्च तापमान पर बिना पिघले सीधे गैस में परिवर्तित हो जाता है (उदात्तीकरण)।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे में कौन सा बंध (bond) प्रबल होता है?
- (a) आयनिक बंध
- (b) धात्विक बंध
- (c) सहसंयोजक बंध
- (d) हाइड्रोजन बंध
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक बंधों के प्रकार।
व्याख्या (Explanation): हीरे की संरचना में कार्बन परमाणु एक-दूसरे के साथ इलेक्ट्रॉन साझा करके सहसंयोजक बंध बनाते हैं। ये बंध बहुत मजबूत होते हैं और किसी भी अन्य प्रकार के अंतर-परमाणु बल की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है इन्हें तोड़ने के लिए, जो हीरे की कठोरता और उच्च गलनांक का कारण बनता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे का उपयोग विद्युत के किस प्रकार के चालक (conductor) के रूप में किया जाता है?
- (a) बहुत अच्छा सुचालक (excellent conductor)
- (b) अर्धचालक (semiconductor)
- (c) कुचालक (insulator)
- (d) अतिचालक (superconductor)
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): विद्युत चालकता और पदार्थ की संरचना।
व्याख्या (Explanation): हीरे की संरचना में, सभी संयोजी इलेक्ट्रॉन (valence electrons) कार्बन परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंध बनाने में शामिल होते हैं। मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति के कारण, हीरा विद्युत का एक उत्कृष्ट कुचालक (insulator) होता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे की एक महत्वपूर्ण औद्योगिक उपयोगिता क्या है, जो इसकी तापीय चालकता से संबंधित है?
- (a) विद्युत रोधक (electrical insulation)
- (b) ऊष्मा का प्रबंधन (heat dissipation)
- (c) प्रकाश का अवशोषण (light absorption)
- (d) ध्वनि का संचरण (sound transmission)
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ के तापीय गुण और अनुप्रयोग।
व्याख्या (Explanation): हीरे की असाधारण रूप से उच्च तापीय चालकता के कारण, इसका उपयोग उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में हीट सिंक (heat sinks) के रूप में किया जाता है। यह उपकरणों से उत्पन्न ऊष्मा को प्रभावी ढंग से दूर करने में मदद करता है, जिससे वे अधिक कुशलता से कार्य करते हैं।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे में प्रकाश के विचलन (dispersion) के कारण कौन सा प्रभाव दिखाई देता है?
- (a) इंद्रधनुष (rainbow effect)
- (b) हीरे की चमक (brilliance)
- (c) हीरे का “आग” (fire) या रंगीन स्पेक्ट्रम
- (d) ध्रुवीकरण (polarization)
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): प्रकाशिकी – प्रकाश का विचलन।
व्याख्या (Explanation): हीरे का उच्च अपवर्तनांक न केवल चमक का कारण बनता है, बल्कि प्रकाश के विभिन्न रंगों (तरंग दैर्ध्य) को अलग-अलग डिग्री पर मोड़ने की क्षमता भी रखता है। इस प्रक्रिया को विचलन (dispersion) कहते हैं। यह विचलन ही है जो हीरे के अंदर सफेद प्रकाश को उसके घटक रंगों में तोड़ता है, जिससे “आग” या रंगीन स्पेक्ट्रम का प्रभाव उत्पन्न होता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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कौन सा वैज्ञानिक सिद्धांत हीरे की संरचनात्मक व्यवस्था की व्याख्या करता है?
- (a) क्वांटम यांत्रिकी
- (b) क्रिस्टलोग्राफी
- (c) प्रकाशिकी
- (d) ऊष्मगतिकी
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): क्रिस्टल संरचना और पदार्थ विज्ञान।
व्याख्या (Explanation): क्रिस्टलोग्राफी (Crystallography) वह विज्ञान है जो क्रिस्टल की संरचना, गठन और गुणों का अध्ययन करता है। हीरे की विशिष्ट चतुष्फलकीय (tetrahedral) संरचना का अध्ययन क्रिस्टलोग्राफी के माध्यम से ही किया जाता है, जिससे इसकी कठोरता और अन्य गुण समझे जाते हैं।
अतः, सही उत्तर (b) है।
- प्रयोगशाला में हीरे का निर्माण किस प्रक्रिया से किया जाता है?
- (a) उच्च दबाव, उच्च तापमान (HPHT)
- (b) कम दबाव, उच्च तापमान (LPHT)
- (c) उच्च दबाव, निम्न तापमान (HP LT)
- (d) निम्न दबाव, निम्न तापमान (LP LT)
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हीरे का रासायनिक सूत्र क्या है?
- (a) CO₂
- (b) C₁₂H₂₂O₁₁
- (c) C
- (d) CH₄
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक सूत्र और तत्व।
व्याख्या (Explanation): हीरा कार्बन (Carbon) का एक शुद्ध रूप है। इसलिए, इसका रासायनिक सूत्र केवल ‘C’ है, जो इसके मौलिक घटक को दर्शाता है। CO₂ कार्बन डाइऑक्साइड है, C₁₂H₂₂O₁₁ सुक्रोज (चीनी) है, और CH₄ मीथेन है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे के द्युति (lustre) और चमक के लिए कौन सा प्रकाशिकी गुण जिम्मेदार है?
- (a) परावर्तन (Reflection)
- (b) अपवर्तन (Refraction)
- (c) विवर्तन (Diffraction)
- (d) व्यतिकरण (Interference)
उत्तर: (a)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): प्रकाशिकी – प्रकाश का व्यवहार।
व्याख्या (Explanation): हीरे की असाधारण चमक (brilliance) मुख्य रूप से प्रकाश के आंतरिक पूर्ण परावर्तन (Total Internal Reflection – TIR) के कारण होती है। हीरे का उच्च अपवर्तनांक एक महत्वपूर्ण क्रांतिक कोण (critical angle) का कारण बनता है, जिससे प्रकाश के कई किरणें हीरे के अंदर फंस जाती हैं और बार-बार परावर्तित होती हैं, जिससे अत्यधिक चमक उत्पन्न होती है।
अतः, सही उत्तर (a) है।
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निम्नलिखित में से कौन सा हीरे का एक संभावित प्राकृतिक स्रोत नहीं है?
- (a) किंबरलाइट (Kimberlite)
- (b) लैंप्रोइट (Lamproite)
- (c) एस्बेस्टस (Asbestos)
- (d) एल्युवियल जमा (Alluvial deposits)
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): भूविज्ञान और खनिज संसाधन।
व्याख्या (Explanation): किंबरलाइट और लैंप्रोइट ऐसी आग्नेय चट्टानें (igneous rocks) हैं जो हीरे को पृथ्वी की गहराई से सतह पर लाती हैं। एल्युवियल जमा (नदियों द्वारा बहाकर लाई गई रेत और बजरी) में भी हीरे पाए जाते हैं। एस्बेस्टस एक रेशेदार खनिज है जिसका हीरे के निर्माण से कोई संबंध नहीं है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे की कटाई में इस्तेमाल होने वाली तकनीक “ब्रिलियंट कट” का उद्देश्य क्या है?
- (a) हीरे को अधिक गोल बनाना
- (b) हीरे की चमक और आग को अधिकतम करना
- (c) हीरे की कठोरता बढ़ाना
- (d) हीरे को विभिन्न रंगों में तोड़ना
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रत्न विज्ञान और प्रकाशिकी।
व्याख्या (Explanation): ब्रिलियंट कट (Brilliant Cut) को विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है ताकि हीरे के भीतर प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन को अनुकूलित किया जा सके। इसमें 57 या 58 फलक (facets) होते हैं, जो हीरे की चमक (brilliance), आग (fire), और स्पार्क (scintillation) को अधिकतम करते हैं, जिससे वह सबसे अधिक आकर्षक दिखता है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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हीरे के घनत्व (density) का मान लगभग कितना होता है?
- (a) 2.5 g/cm³
- (b) 3.5 g/cm³
- (c) 5.0 g/cm³
- (d) 7.0 g/cm³
उत्तर: (b)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ के भौतिक गुण – घनत्व।
व्याख्या (Explanation): हीरे का घनत्व लगभग 3.51 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर (g/cm³) होता है। यह उच्च घनत्व कार्बन परमाणुओं के सघन पैकिंग (dense packing) का परिणाम है, जो इसकी संरचनात्मक मजबूती में योगदान देता है।
अतः, सही उत्तर (b) है।
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“रफ डायमंड” (Rough Diamond) शब्द का क्या अर्थ है?
- (a) एक कृत्रिम रूप से बनाया गया हीरा
- (b) एक पॉलिश और कटाई किया हुआ हीरा
- (c) एक प्राकृतिक, बिना पॉलिश किया हुआ और बिना कटाई वाला हीरा
- (d) एक सिंथेटिक हीरा जो प्रयोगशाला में उगाया गया है
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रत्न विज्ञान शब्दावली।
व्याख्या (Explanation): “रफ डायमंड” शब्द का प्रयोग उस हीरे के लिए किया जाता है जो अभी तक काटा या पॉलिश नहीं किया गया है। यह अपने प्राकृतिक, अपरिष्कृत रूप में होता है, जैसा कि यह खदान से निकाला गया है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे में कार्बन-कार्बन बंध की लंबाई कितनी होती है?
- (a) 154 पिकोमीटर
- (b) 120 पिकोमीटर
- (c) 134 पिकोमीटर
- (d) 170 पिकोमीटर
उत्तर: (a)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): आणविक संरचना और बंध की लंबाई।
व्याख्या (Explanation): हीरे में कार्बन-कार्बन सहसंयोजक बंध की लंबाई लगभग 154 पिकोमीटर (pm) होती है। यह एक विशिष्ट और मजबूत बंध लंबाई है जो हीरे की त्रि-आयामी जालक संरचना का हिस्सा है।
अतः, सही उत्तर (a) है।
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हीरे की कौन सी विशेषता इसे चिकित्सा में एक उपकरण के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है?
- (a) इसकी नरम प्रकृति
- (b) इसकी उच्च विद्युत चालकता
- (c) इसकी जैव-संगतता (biocompatibility) और कठोरता
- (d) इसकी कम तापीय चालकता
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): पदार्थ विज्ञान और जैव-चिकित्सा अनुप्रयोग।
व्याख्या (Explanation): हीरे की उच्च कठोरता, रासायनिक निष्क्रियता (chemical inertness) और जैव-संगतता (biocompatibility) इसे चिकित्सा उपकरणों, जैसे कि कुछ प्रकार के सर्जिकल ब्लेड और प्रत्यारोपण (implants) के कोटिंग के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री बनाती है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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“डायमंड जैसी कठोरता” मुहावरे में “डायमंड” किस गुण का प्रतिनिधित्व करता है?
- (a) लचीलापन
- (b) भंगुरता
- (c) अत्यधिक कठोरता
- (d) पारभासी (translucency)
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): सामान्य ज्ञान और पदार्थ गुण।
व्याख्या (Explanation): “डायमंड जैसी कठोरता” यह व्यक्त करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एक मुहावरा है कि कोई चीज़ अविश्वसनीय रूप से कठोर और टिकाऊ है। यह हीरे के सबसे प्रसिद्ध भौतिक गुणों में से एक है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे की कटाई और पॉलिशिंग में उपयोग किए जाने वाले “ब्रूट” (Brute) शब्द का क्या अर्थ है?
- (a) एक बहुत बड़ा हीरा
- (b) एक खराब गुणवत्ता वाला हीरा
- (c) एक अन-कट, अन-पॉलिश किया हुआ हीरा (रफ डायमंड)
- (d) हीरे का एक विशेष कृत्रिम प्रकार
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रत्न उद्योग शब्दावली।
व्याख्या (Explanation): “ब्रूट” (Brute) या “रफ” (Rough) शब्द का प्रयोग उस प्राकृतिक हीरे के लिए किया जाता है जिसे अभी तक किसी भी प्रकार की कटाई या पॉलिशिंग से नहीं गुजारा गया है। यह इसके मूल, अनगढ़ रूप को दर्शाता है।
अतः, सही उत्तर (c) है।
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हीरे का सबसे महत्वपूर्ण रत्न-गुण (gemstone quality) क्या है, जो उसकी कीमत निर्धारित करता है?
- (a) उसका रंग
- (b) उसकी स्पष्टता (clarity)
- (c) उसका भार (carat weight)
- (d) उपरोक्त सभी
उत्तर: (d)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रत्न विज्ञान और मूल्यांकन।
व्याख्या (Explanation): हीरे की कीमत चार मुख्य कारकों पर निर्भर करती है, जिन्हें “4 Cs” के रूप में जाना जाता है: कट (Cut), कलर (Color), क्लैरिटी (Clarity), और कैरेट (Carat)। ये सभी कारक मिलकर एक हीरे के समग्र रत्न-गुण और मूल्य का निर्धारण करते हैं।
अतः, सही उत्तर (d) है।
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हीरे को उच्च तापमान पर ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में गर्म करने पर क्या होता है?
- (a) यह पिघल जाता है
- (b) यह जल जाता है
- (c) यह सीधे गैस में बदल जाता है (उदात्तीकरण)
- (d) यह अपरिवर्तित रहता है
उत्तर: (c)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): रासायनिक अभिक्रियाएं और पदार्थ के गुण।
व्याख्या (Explanation): बहुत उच्च तापमान (लगभग 1500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पर, ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, हीरा सीधे ठोस से गैस में परिवर्तित हो जाता है, इस प्रक्रिया को उदात्तीकरण (sublimation) कहते हैं। यह तब भी हो सकता है जब ग्रेफाइट को ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में बहुत गर्म किया जाए।
अतः, सही उत्तर (c) है।
उत्तर: (a)
हल (Solution):
सिद्धांत (Principle): कृत्रिम हीरे का निर्माण।
व्याख्या (Explanation): प्रयोगशालाओं में, कृत्रिम (synthetic) हीरे मुख्य रूप से उच्च दबाव, उच्च तापमान (High Pressure, High Temperature – HPHT) विधि द्वारा बनाए जाते हैं। यह विधि प्राकृतिक हीरे के निर्माण की समान परिस्थितियों का अनुकरण करती है, जिसमें कार्बन को उच्च दबाव और उच्च तापमान पर एक उत्प्रेरक (catalyst) की उपस्थिति में क्रिस्टलीकृत किया जाता है।
अतः, सही उत्तर (a) है।