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Subject – General Science
Topic – Chemistry in everyday life, States of Matter, Atomic Structure, Radioactivity concepts and applications
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Click on the question to see the model answer. Submit your answers below and complete the 90-day challenge for RAS Mains answer writing
Q1 Explain the role of bleaching powder in the purification of water ?(2M)
Answer:
Bleaching powder, also known as calcium oxychloride (Ca(OCl)₂), is produced by the reaction of chlorine with slaked lime (calcium hydroxide).
Water Purification: When added to water, bleaching powder releases chlorine, which reacts with water to produce highly reactive atomic oxygen. This oxygen effectively disinfects water by oxidizing and destroying harmful microorganisms.
Ca(OCl)₂ + H2O → Ca(OH)₂ + Cl₂
Cl₂ + H₂O → 2HCl + [O]
Other Uses:
Bleaching Agent: used as a bleach in the cotton and paper industries to whiten fabrics and paper products.
Oxidizing Agent: in the production of dyes, and in sanitation procedures for swimming pools and spas.
Q2 What is the Bose-Einstein condensate (BEC) state of matter, and what distinguishes it from other states?(5M)
Answer:
The Bose-Einstein condensate (BEC) is a state of matter that occurs at extremely low temperatures, close to absolute zero (-273.15°C or 0 Kelvin). It is formed when a gas of boson particles, such as certain isotopes of helium and atoms like rubidium and sodium, is cooled to temperatures near absolute zero, causing the individual atoms to lose their individual identities and behave collectively as a single quantum entity (“super atom“).
- Bose-Einstein condensate, predicted by Einstein in 1924–1925, was realized in 1995 by Cornell and Wieman using rubidium atoms, followed by Ketterle’s creation of a BEC with sodium atoms.
| Characteristic | Bose-Einstein Condensate | Other States of Matter |
| Macroscopic Quantum Phenomena | Particles exhibit quantum behavior. leading to phenomena like superfluidity and coherence | Particles behave classically, Quantum effects are less prominent |
| Complete Wavefunction Overlap | Individual atoms’ wave functions overlap entirely, forming a single, coherent matter wave. | Wavefunctions of individual particles do not overlap significantly. |
| Ultralow Temperatures | Formed at temperatures close to absolute zero, allowing quantum effects to dominate. | Temperatures may vary, but not necessarily close to absolute zero. |
Q3 Answer the following parts of the question-(10M)
Define radioactivity, and explain how the concept of ‘half-life’ is related to it.
Give examples of each reaction: Alpha decay, Beta decay, and Gamma decay.
Write about the various applications of radioactivity in different fields.
Answer:
A. H. Becquerel discovered radioactivity in 1896 purely by accident
Radioactivity is the spontaneous emission of radiation from the nucleus of an unstable atomic nucleus in order to achieve a more stable configuration. This emission can take the form of alpha particles (helium nuclei), beta particles (electrons or positrons), or gamma rays (high-energy photons).
Becquerel is the SI unit for measurement of radioactivity. It is defined as the number of disintegration per second (d.p.s.)
1 Becquerel (Bq) = 1 dps
- The time during which the number of atoms in a radioactive sample reduces to half of the initial number is called the half life period.The principle was first discovered in 1907 by Ernest Rutherford.
where ,
- t½ is the half-life of the decaying quantity,
- τ is mean lifetime of the decaying quantity (time at which both N and R(decay rate) have been reduced to 1/e of their initial values.)
- λ is the decay constant of the decaying quantity.
- Thus, half-life of any radioactive substance is inversely proportional to its decay constant and is a characteristic property of the radioactive nucleus. The half-life of 14 C (radioactive carbon) is 5730 years.
b. Give examples of each reaction: Alpha decay, Beta decay, and Gamma decay.
Alpha decay:
Beta-minus (β-) decay: electron is emitted
In beta-minus decay, a neutron transforms into a proton within the nucleus
Beta-plus (β+) decay: positron is emitted
whereas in beta-plus decay, a proton transforms into neutron (inside the nucleus) via
Gamma Decay :
Cobalt-60 (Co-60) undergoes gamma decay to form Nickel-60 (Ni-60) by emitting a gamma ray (high-energy photon).
(Gamma decay
Most radionuclides after an alpha decay or a beta decay leave the daughter nucleus in an excited state. The daughter nucleus reaches the ground state by a single transition or sometimes by successive transitions by emitting one or more gamma rays.)
c. Write about the various applications of radioactivity in different fields.
Medical Uses
| Type of Radiation Therapy | Example |
| External Radiation Therapy | Cobalt-60 emits x-rays externally to treat various cancers. cesium-137 |
| Internal Radiation Therapy | Iodine-131, a β and γ-emitter, is administered to treat hyperthyroidism by concentrating in the thyroid gland. |
| Brachytherapy or Seed Implantation | Titanium capsules containing γ-emitters like iodine-125, palladium-103, or cesium-131 are implanted to treat prostate cancer. |
| Tracers In medical imaging | Positron emission tomography (PET): like carbon-11 and fluorine-18 incorporated in a suitable compound like glucose allow following the metabolic path of the compound.Phosphorus-32 is useful in the identification of malignant tumors because cancerous cells tend to accumulate phosphates more than normal cells do. |
Energy:
- Nuclear Power: Radioactive isotopes, such as uranium-235 and plutonium-239, are used as fuel in nuclear reactors to generate electricity through controlled nuclear fission reactions]
Industry:
- Industrial Radiography: Gamma radiation is used to inspect the internal structure of heavy machinery and detect flaws or imperfections, such as air bubbles.
- Sterilisation: Radioactive sources, such as gamma irradiators, are utilized to sterilize medical instruments, pharmaceuticals, and food products, ensuring safety and preventing contamination.
- Thickness Measurement: Radioisotopes are used to measure the thickness or density of materials like metal and plastic sheets in industrial processes.
In Geology:
Radiocarbon dating : radioactive carbon-14 is used in radiocarbon dating to determine the age of archaeological artifacts and geological samples by measuring the decay of carbon-14 isotopes relative to stable carbon isotopes.
Q.4 निम्नलिखित विषय पर लगभग 250 शब्दों में निबंध लिखिए-
डेटा नया सोना है
सोना हर किसी को पसंद होता है, यह चमकदार है और इसकी सापेक्ष दुर्लभता के कारण इसका मूल्य और दर्जा माना जाता है। लेकिन डेटा में वैसा आकर्षण नहीं है। सोने के विपरीत, डेटा हर जगह है और इसकी समान व्यापक अपील नहीं है, लेकिन क्या इसका मूल्य उतना ही है?
प्राचीन मिस्रवासी पाँच हज़ार साल पहले सोने को गलाने वाले पहले व्यक्ति थे। उन शुरुआती दिनों से ही मानव जाति कीमती धातु से मोहित हो गई, और इसे हासिल करने की इच्छा ने ही सोने की बड़ी दौड़ और युद्धों को जन्म दिया है। तुलनात्मक रूप से कहें तो डेटा की भीड़ की तो अभी शुरुआत ही है, डेटा युद्ध अभी शुरू नहीं हुआ है।
सोने से मूल्य प्राप्त करने के लिए, इसे सिक्कों में ढाला जाना चाहिए, आभूषणों में ढाला जाना चाहिए, या इसकी चालकता के कारण प्रौद्योगिकी में इसका तेज़ी से उपयोग किया जाना चाहिए। यह एक मूल्यवान इकाई बनाता है जो व्यावसायिक लाभ को बढ़ाता है। अलग-अलग एकत्र किए गए डेटा का कोई मूल्य नहीं है, इसलिए सोने की तरह, इसका अधिकतम लाभ उठाने के लिए इसमें हेरफेर और विश्लेषण करने की आवश्यकता है।
इसलिए सोने की तरह डेटा भी एक कमोडिटी है। और यह इस मूल्यवान संसाधन से प्राप्त अंतर्दृष्टि है जो वह मुद्रा है जो कंपनीयों को जैविक विकास को चलाने का साधन देती है। इसलिए जबकि डेटा एकत्र करना अत्यंत महत्वपूर्ण है (जैसे हमारे पूर्वजों ने सोने के लिए खनन किया था), वास्तविक प्रभाव एकत्र किए गए और अपनी तिजोरी में रखे गए डेटा का विश्लेषण करने से आता है।
‘बिग डेटा’ एक ऐसा विषय है जो पिछले कुछ वर्षों में स्थिर हो गया है, बड़ा हमेशा बेहतर नहीं होता है, बड़े डेटा की तुलना में बड़ी अंतर्दृष्टि अधिक महत्वपूर्ण होती है। पिछले कुछ वर्षों में हम जितना उचित रूप से उपयोग कर सकते हैं उससे अधिक डेटा हमारी उंगलियों पर है और इस प्रचुर डेटा के विपरीत, अंतर्दृष्टि अपेक्षाकृत दुर्लभ है।
इन जानकारियों को खोजने के लिए अलग-अलग लोगों, प्रौद्योगिकी और कौशल की आवश्यकता होती है। डेटा के स्मार्ट उपयोग से प्राप्त अंतर्दृष्टि बेहद शक्तिशाली है, यदि वे स्मार्ट और कार्रवाई योग्य है तो उनका व्यवसाय पर वास्तविक प्रभाव पड़ेगा। जो ब्रांड और कंपनियां किसी भी प्रकार के डेटा से स्मार्ट कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टि विकसित करने में सक्षम हैं, वे विजेता साबित हुईं हैं। सही औजारों वाला एक अनुभवी सुनार हथौड़े वाले प्रशिक्षु की तुलना में कच्चे माल में अधिक मूल्य जोड़ देगा।
सोने की तरह, डेटा की गुणवत्ता भी महत्वपूर्ण है, 9 कैरेट सोने की डली से 18 कैरेट की अंगूठी नहीं बनाई जा सकती। निम्न श्रेणी की सामग्री सस्ती हो सकती है, लेकिन यह उतने लंबे समय तक नहीं चलेगी। सोने की दुनिया में ‘कठोरता’ ‘स्थायित्व’ के बराबर नहीं है। डेटा के बारे में भी यही सच है। अंदर कचरा, बाहर कचरे के बराबर है। उच्च गुणवत्ता वाला डेटा विश्वसनीय मॉडल और अंतर्दृष्टि तैयार करने के लिए मौलिक है। भले ही मॉडल कितने भी अच्छे हों, यदि उन्हें बनाने के लिए उपयोग किया गया डेटा खराब, अधूरा, पुराना, पक्षपाती या अन्यथा गलत है, तो परिणामी भविष्यवाणियों के सटीक, विश्वसनीय या प्रभावशाली होने की बहुत कम संभावना है।
डेटा का इतिहास सोने की तुलना में छोटा है, लेकिन भविष्य में सभी आकार के वैश्विक व्यवसायों पर इसका अधिक प्रभाव पड़ेगा। हम पहले ही देख चुके हैं कि जिन कंपनियों ने पहले ही पता लगा लिया है कि डेटा कैसे एकत्र करना और उपयोग करना है, वे अपने प्रतिस्पर्धियों से बेहतर प्रदर्शन कर रहीं हैं। उदाहरण के लिए गूगल, फेसबुक, एमेजॉन और उबर को देख सकते हैं, वे जो एप्लिकेशन बनाते हैं उनका मुख्य उद्देश्य डेटा एकत्र करना होता है।
व्यापक दृष्टिकोण से देखा जाए तो डाटा हमारे समाज को सुधारने, सेवाओं को बेहतर बनाने, और विकास की गति को बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उदाहरण स्वरूप, चिकित्सा क्षेत्र में बिग डेटा विश्लेषण रोगों के पैटर्न और उपचार की बेहतर समझ प्रदान कर सकता है, जिससे लोगों को सटीक और प्रभावी उपचार मिल सकता है। व्यापार में, डाटा विश्लेषण, सही समझ और निर्णय लेने में मदद करता है, जिससे उद्यमिता में सुधार होता है और निर्माणक्षेत्र में उच्चतम उत्पादकता को प्राप्त करने का साधन बनता है। इसके अलावा, सामाजिक मीडिया और इंटरनेट के माध्यम से जुटे डेटा से हम समाज में हो रहे परिवर्तनों को समझ सकते हैं और समाजिक न्याय की दिशा में कदम बढ़ा सकते हैं।
तो क्या डेटा नया सोना है? डेटा सोने की तरह एक वस्तु है। सोने की तरह गुणवत्ता भी महत्वपूर्ण है। सोने की तरह इसका अधिकतम लाभ उठाने के लिए इसे परिष्कृत करने की आवश्यकता है। लेकिन डेटा मूल्यवान नहीं है, यह हर जगह है। डेटा का मूल्य वह अंतर्दृष्टि है जो वह बना सकता है।
अच्छी गुणवत्ता वाले डेटा के स्मार्ट उपयोग से प्राप्त अंतर्दृष्टि बहुत शक्तिशाली होती है। जो ब्रांड और कंपनियां किसी भी स्तर के डेटा से कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टि विकसित करने में सक्षम हैं, वे विजेता होंगी।