अध्याय 3 धातु और गैर - धातु

अध्याय 3
धातु और गैर - धातु

धातु:

. जो तत्व कठोर होते हैं, उन्हें शीशों में पीटा जा सकता है, तारों में खींचा जाता है और वे ऊष्मा के सुचालक होते हैं और बिजली आमतौर पर धातु की होती है। उदाहरण के लिए: लोहा, तांबा, सोना आदि।
. प्रकृति में अधिकांश धातुएं संयुक्त अवस्था में खनिज के रूप में होती हैं और वे प्रतिक्रियाशील होती हैं।
.  पृथ्वी की पपड़ी में सोना, चाँदी, प्लेटिनम जैसी कुछ ही अप्राप्य धातुएँ मुफ्त धातुओं के रूप में पाई जाती हैं।

.   जिन खनिजों से धातुएँ लाभप्रद रूप से निकाली जा सकती हैं उन्हें अयस्कों कहा जाता है। उदाहरण के लिए: कैल्शियम चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) या लौह अयस्क हेमेटाइट में होता है।

गैर धातु:

.  तत्व भंगुर, नीरस हैं उन्हें चादरों में नहीं पीटा जा सकता है या तारों में खींचा नहीं जा सकता है और वे ऊष्मा के खराब संवाहक हैं और बिजली आमतौर पर गैर-धातु होती है। उदाहरण के लिए: ऑक्सीजन और नाइट्रोजन हवा में मुक्त अवस्था में और पृथ्वी की पपड़ी में संयुक्त अवस्था में होते हैं। सल्फर पृथ्वी की पपड़ी में दोनों स्वतंत्र और संयुक्त अवस्था में होता है।

.  नोबल गैसों, हीलियम, नियोन, आर्गन, क्रिप्टन, क्सीनन केवल फ्री स्टेट में होते हैं।

धातुओं के भौतिक गुण:

. धातु कमरे के तापमान पर ठोस होते हैं, पारे को छोड़कर, जो कमरे के तापमान पर तरल होता है।
. वे आम तौर पर कठोर और मजबूत होते हैं लेकिन सोडियम और पोटेशियम नरम ठोस होते हैं और चाकू से काटे जा सकते हैं।
. वे गर्मी और बिजली के अच्छे संवाहक हैं। कॉपर सोने और एल्यूमीनियम के बाद बिजली का सबसे अच्छा कंडक्टर है।
. धातु जैसे सोना, चांदी और तांबा सभी में चमक होती है, अर्थात वे प्रकाश को चमकने और प्रतिबिंबित करने की क्षमता रखते हैं। इसलिए वे लंपट हैं।
. किस धातु को शीट में पीटा जा सकता है, इसके गुण को मॉलबिलिटी कहा जाता है। हम खाना पैक करने के लिए एल्यूमीनियम पन्नी का उपयोग करते हैं।
. वह संपत्ति जिसके द्वारा धातुओं को तारों में खींचा जा सकता है, लचीलापन कहलाती है। तांबा, चांदी और एल्यूमीनियम जैसी धातुओं को तारों में खींचा जा सकता है।
. धातुएँ सोनोरस हैं। वे ध्वनि पैदा करते हैं जब मारा जाता है।
सोडियम, पोटेशियम और पारा के अपवादों के साथ अधिकांश धातुओं में उच्च पिघलने और क्वथनांक होता है।
. धातुओं में उच्च घनत्व होता है।

. अधिकांश धातुओं में उच्च तन्यता ताकत होती है।


अधातुओं के भौतिक गुण:

.गैर-धातुएं गैसों या कमरे के तापमान पर ठोस हैं, सिवाय ब्रोमीन जो कमरे के तापमान पर तरल है।
.गैर-धातुओं में आयोडीन और ग्रेफाइट को छोड़कर चमक नहीं होती है।
.वे गर्मी और बिजली के बुरे संवाहक हैं।
.गैर-धातुएं भंगुर होती हैं, वे न तो निंदनीय हैं और न ही तन्य होती हैं।
.वे आमतौर पर कम घनत्व वाले होते हैं।
.गैर-धातुओं में कम गलनांक और क्वथनांक होता है।

.अधातुएँ गैर-पुत्रकारक होती हैं।

उपधातु :

जिन तत्वों में धातुओं और गैर-धातुओं के गुण होते हैं, उन्हें मेटलॉयड कहा जाता है।
उदाहरण के लिए: बोरान, सिलिकॉन, जर्मेनियम, टेल्यूरियम, आर्सेनिक और एंटीमनी मेटलॉयड हैं।

धातु के रासायनिक गुण

. ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया:

लगभग सभी धातु ऑक्सीजन के साथ मिलकर धातु आक्साइड बनाते हैं।
धातु + ऑक्सीजन → धातु ऑक्साइड
उदा। 2Cu + O2 → 2CuO

धातु ऑक्साइड प्रकृति में बुनियादी हैं। कुछ धातु ऑक्साइड, जैसे कि एल्यूमीनियम ऑक्साइड, जिंक ऑक्साइड, आदि, जो दोनों अम्लों के साथ-साथ लवण और पानी पैदा करने के लिए आधार के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, एम्फ़ोटेरिक ऑक्साइड के रूप में जाना जाता है।

उदा। Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

अधिकांश धातु ऑक्साइड पानी में अघुलनशील होते हैं, लेकिन कुछ सोडियम और पोटेशियम ऑक्साइड जैसे क्षार बनाते हैं।

पोटेशियम और सोडियम जैसी धातुएं ऑक्सीजन के साथ इतनी तीव्रता से प्रतिक्रिया करती हैं कि अगर वे खुले में रखी जाएं तो आग पकड़ लेती हैं। इसलिए उनकी रक्षा के लिए उन्हें मिट्टी के तेल में डुबो कर रखा जाता है।

उदा। Na2O (s) + H2O (l) → 2NaOH (aq)

Anodising: एल्यूमीनियम की एक मोटी ऑक्साइड परत बनाने की प्रक्रिया जो इसे आगे जंग के लिए प्रतिरोधी बनाती है।

. पानी के साथ प्रतिक्रिया:

सभी धातुएं पानी से प्रतिक्रिया नहीं करती हैं। जो प्रतिक्रिया करते हैं वे धातु ऑक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनाते हैं। धातु के आक्साइड जो पानी में घुलनशील होते हैं, धातु हाइड्रॉक्साइड का निर्माण करते हैं।

धातु + जल → धातु ऑक्साइड + हाइड्रोजन

धातु ऑक्साइड + जल → धातु हाइड्रॉक्साइड

सोडियम और पोटेशियम जैसी धातुएं ठंडे पानी के साथ सख्ती से प्रतिक्रिया करती हैं; मैग्नीशियम जैसी धातुएं गर्म पानी के साथ प्रतिक्रिया करती हैं। लोहा, जस्ता भाप के साथ प्रतिक्रिया करता है जबकि सीसा, चांदी और सोना पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं।

2K (s) + 2H2O (l) → 2KOH (aq) + H2 (g) + ऊष्मा ऊर्जा

Ca (s) + 2H2O (l) → Ca (OH) 2 (aq) + H2 (g)

3Fe (s) + 4H2O (g) → Fe3O4 (s) + 4H2 (g)

. पतला एसिड के साथ प्रतिक्रिया:

ज्यादातर धातुएं नमक और हाइड्रोजन गैस देने के लिए एसिड के साथ प्रतिक्रिया करती हैं।

धातु + पतला अम्ल → नमक + हाइड्रोजन

जब कोई धातु नाइट्रिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है तो हाइड्रोजन गैस विकसित नहीं होती है। यह एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट है और पानी के लिए हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण करता है और स्वयं नाइट्रोजन ऑक्साइड (एन 2 ओ, एनओ, एनओ 2) में से किसी के लिए कम हो जाता है।

लेकिन मैग्नीशियम (Mg) और मैंगनीज (Mn) बहुत तनु के साथ प्रतिक्रिया करते हैं

HNO3 H2 गैस को विकसित करने के लिए।

. अम्लराज:

केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड और 3: 1 के अनुपात में केंद्रित नाइट्रिक एसिड का ताजा तैयार मिश्रण।
एक अत्यधिक संक्षारक, धूआं तरल और कुछ अभिकर्मकों में से एक है जो सोने और प्लैटिनम को भंग करने में सक्षम है।
धातुओं की प्रतिक्रियाशीलता / प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला





. धातु लवण के साथ धातुओं की प्रतिक्रिया:

प्रतिक्रियाशील धातुएँ अपने यौगिकों से घोल या पिघले हुए रूप में कम प्रतिक्रियाशील धातुओं को विस्थापित कर सकती हैं।

. धातु और गैर-धातु कैसे प्रतिक्रिया करते हैं:

किसी धातु से गैर-धातु तक इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण से बनने वाले यौगिकों को आयनिक या विद्युत यौगिकों के रूप में जाना जाता है।

. आयनिक यौगिक के गुण:

1.  शारीरिक प्रकृति: आकर्षण के मजबूत अंतर-आयनिक बल के कारण ठोस और कठोर; आम तौर पर भंगुर।

2.  पिघलने और उबलते बिंदु: मजबूत अंतर-आयनिक आकर्षण को तोड़ने के लिए एक उच्च बल के बाद से उच्च पिघलने और क्वथनांक।

3.  घुलनशीलता: आम तौर पर पानी में घुलनशील लेकिन सॉल्वैंट्स जैसे केरोसीन, पेट्रोल आदि में अघुलनशील।

4.   बिजली का प्रवाह:

• चार्ज कणों (आयनों) की भागीदारी के कारण समाधान के माध्यम से बिजली का संचालन करता है।

• चूंकि ठोस संरचना में आयनों की गति संभव नहीं है, कठोर संरचना के कारण, बिजली का संचालन नहीं करते हैं।

• पिघले हुए राज्य में यह आंदोलन गर्मी के कारण दूर हो जाता है और इस प्रकार बिजली का संचालन करता है।

. धातुओं की घटना:

• खनिज: वे तत्व या यौगिक, जो पृथ्वी की पपड़ी में स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं।

• अयस्क: खनिज जिसमें धातु का उच्च प्रतिशत होता है जिसे उससे लाभपूर्वक निकाला जा सकता है।

• हर अयस्क एक खनिज है लेकिन हर खनिज एक अयस्क नहीं है।

.अयस्क से धातु प्राप्त करना:

• धातुओं को उनकी प्रतिक्रियाशीलता के आधार पर प्राप्त करने के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जाता है।

1. अयस्क का संवर्धन:

• पृथ्वी से खनन किए गए अयस्क में बड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ जैसे रेत, मिट्टी आदि होती हैं, जिन्हें गैंग्यू कहा जाता है।

• गैंग्यू और अयस्क के भौतिक या रासायनिक गुणों के बीच अंतर के आधार पर धातु की निकासी से पहले, गैंग्यू को हटाने के लिए विभिन्न प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है।

1. धातु निकालना:

2. गतिविधि श्रृंखला में धातुओं का निष्कर्षण कम:

• ये धातु आम तौर पर बहुत अप्राप्य हैं।

• इनमें से ऑक्साइड को केवल गर्म करके धातुओं को कम किया जा सकता है।

उदा। 2HgS (s) + 3O2 (g) + हीट → 2HgO (s) + 2SO2 (g)

1.गतिविधि श्रृंखला के बीच में धातुओं का निष्कर्षण:

• अपने सल्फाइड और कार्बोनेट की तुलना में ऑक्साइड से धातु प्राप्त करना आसान है।

• रोस्टिंग अतिरिक्त हवा की उपस्थिति में दृढ़ता से गर्म करके सल्फाइड अयस्कों को ऑक्साइड में बदलने की एक प्रक्रिया है।

• कैल्सिनेशन कार्बोनेट अयस्कों को सीमित वायु में दृढ़ता से गर्म करके ऑक्साइड में बदलने की एक प्रक्रिया है।

• भूनना

2ZnS (s) + 3O2 (g) → 2ZnO (s) + 2SO2 (g)

.पकाना

ZnCO3 (s) → ZnO (s) + CO2 (g)

• तब विस्थापन प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके उनकी अभिक्रियाओं के आधार पर उपयुक्त ऑक्साइड जैसे कोक, एल्यूमीनियम आदि का उपयोग करके धातु के आक्साइड को संबंधित धातुओं में घटाया जाता है।

• ये विस्थापन प्रतिक्रियाएं अत्यधिक एक्सोथर्मिक हैं; इसलिए पिघली हुई अवस्था में धातुओं का उत्पादन किया जाता है।

• थर्मिट प्रतिक्रिया: एल्यूमीनियम के साथ लोहे के ऑक्साइड की प्रतिक्रिया रेलवे पटरियों या टूटी मशीन भागों में शामिल होने के लिए उपयोग की जाती है।

Fe2O3 (s) + 2Al (s) → 2Fe (l) + Al2O3 (s) + हीट



चित्र 2: अयस्कों से धातुओं के निष्कर्षण में शामिल कदम।

. गतिविधि श्रृंखला में उच्च धातुओं का निष्कर्षण:

• चूंकि ये बहुत प्रतिक्रियाशील धातु हैं और इस प्रकार विस्थापन प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। ये धातुएँ इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन द्वारा प्राप्त की जाती हैं।

• वे आम तौर पर अपने पिघले हुए क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। धातुएं कैथोड (नकारात्मक चार्ज) पर जमा होती हैं, जबकि क्लोरीन को एनोड में मुक्त किया जाता है।

At cathode Na+ + e– → Na   

At anode 2Cl– → Cl2 + 2e–

• एल्यूमीनियम एल्यूमीनियम ऑक्साइड की इलेक्ट्रोलाइटिक कमी द्वारा प्राप्त किया जाता है।

चित्र 3: गतिविधि श्रृंखला और संबंधित धातु विज्ञान।

1.  इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन:

• विभिन्न कमी प्रक्रियाओं द्वारा प्राप्त धातुओं में अशुद्धियाँ होती हैं। अशुद्ध धातुओं को परिष्कृत करने के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन है।

• उपकरण सेटअप:

एनोड में - इंप्योर मेटल

कैथोड में - शुद्ध धातु

इलेक्ट्रोलाइट - धातु नमक का समाधान

• एनोड में: एनोड से शुद्ध धातु इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाती है।

• कैथोड में: इलेक्ट्रोलाइट से शुद्ध धातु की एक बराबर मात्रा कैथोड में जमा की जाती है।

• घुलनशील अशुद्धियां समाधान में जाती हैं; अघुलनशील अशुद्धियों को एनोड के तल पर बसाया जाता है जिसे एनोड कीचड़ कहा जाता है।

.जंग:

• वायु में मौजूद गैसों, नमी या एसिड की क्रिया द्वारा धातु का भोजन।

• लोहे का संक्षारण:

चित्र 4: उन परिस्थितियों की जांच करना जिनके तहत लोहे की जंग होती है।

ट्यूब ए में, हवा और पानी दोनों मौजूद हैं। ट्यूब बी में, पानी में भंग कोई हवा नहीं है। ट्यूब सी में, हवा शुष्क है।

. लोहे के क्षरण की रोकथाम:

1 पेंटिंग

2 तेल लगाना

3 गैल्वनीकरण: जस्ता की पतली परत के साथ कोटिंग करके स्टील और लोहे को जंग लगने से बचाने की प्रक्रिया।

4 क्रोमियम चढ़ाना / टिन चढ़ाना

5 मिश्रधातु: किसी धातु के गुणों में सुधार करना।

• मिश्र धातु एक धातु और दो या अधिक अन्य धातुओं या गैर-धातुओं का एक सजातीय मिश्रण है।

इसमें ताकत, संक्षारण और कम विद्युत चालकता और गलनांक जैसे धातुओं की तुलना में बेहतर गुण होते हैं।

यह प्राथमिक धातु को पहले पिघलाकर और फिर निश्चित अनुपात में अन्य को घोलकर और फिर कमरे के तापमान को ठंडा करके तैयार किया जाता है।

. कुछ सामान्य मिश्र:

1 स्टेनलेस स्टील - फे, नी और सीआर के मिश्र धातु

2 पीतल - सीयू और जेडएन के मिश्र धातु

3 कांस्य - सीयू और एसएन के मिश्र धातु

4 मिलाप - Pb और Sn के मिश्र धातु

5 अमलगम - पारा युक्त कोई भी मिश्र धातु

सोने के 6 मिश्र धातु - सोना और चांदी / तांबा होता है