धडा ७: धातू आणि अधातू

आकृतीत : आकृतीत मूलद्रव्ये धातू, अधातू किंवा धातुसदृश आहेत. Fe, Cu आणि Al धातू; C, S आणि P अधातू; Si, As आणि Ge धातुसदृश.

नियम 1 : मूलद्रव्यांचे तीन गट — सोने, चांदी, लोखंड, तांबे, ॲल्युमिनियम, मॅग्नेशियम, कॅल्शियम, सोडियम आणि प्लॅटिनम हे धातू. कार्बन, गंधक आणि फॉस्फरस अधातू. सिलिकॉन, आर्सेनिक आणि जर्मेनियम धातुसदृश.

• सोपे : तांब्याची तार धातू; कोळसा (कार्बन) अधातू.
• मध्यम : सिलिकॉन धातुसदृश आहे, धातू आणि अधातूच्या मधला.
• परीक्षेसाठी : पारा आणि गॅलियम हे धातू खोलीच्या तापमानाला द्रव किंवा जवळजवळ द्रव असतात.

आकृतीत : आकृतीत धातू चमकतात (चकाकी), तार ओढता येते (तन्यता), ठोकून पत्रे बनतात (वर्धनीयता) आणि ठोकल्यावर वाजतात (ध्वनिमानता).

नियम 2 : भौतिक गुणधर्म — अवस्था : घन, पारा आणि गॅलियम वगळता (खोलीच्या तापमानाला द्रव). चकाकी : स्वच्छ किंवा नुकत्याच कापलेल्या पृष्ठभागाची चमक. कठीणपणा : साधारणपणे कठीण; सोडियम आणि पोटॅशियम मऊ असून सुरीने कापता येतात. तन्यता : तार ओढता येते. वर्धनीयता : ठोकून पातळ पत्रे बनतात. ध्वनिमानता : ठोकल्यावर वाजतात, जसे शाळेची घंटा.

• सोपे : तांब्याची तार तन्यता दाखवते.
• मध्यम : ॲल्युमिनियमचा कागद वर्धनीयता दाखवतो.
• परीक्षेसाठी : सोने इतके वर्धनीय की त्याचे 1/10,000 मिमी जाडीचे पत्रे बनतात; म्हणजे 1 मिमी सोन्याचे 10,000 असे थर बनू शकतात.

आकृतीत : घनतेच्या आकृतीत (g प्रति सेमी³) लिथियम, पोटॅशियम आणि सोडियम पाण्यापेक्षा हलके (1 पेक्षा कमी) आणि दाखवलेले इतर धातू जड आहेत.

नियम 3 : घनता आणि वहन — धातू उष्णतेचे (चांदी, तांबे, ॲल्युमिनियम सर्वोत्तम) आणि विजेचे सुवाहक असतात; शिसे अपवाद. घनता जास्त, पण सोडियम, पोटॅशियम आणि लिथियम पाण्यापेक्षा हलके (लिथियम 0.53 g/cc). वितळणबिंदू व उत्कलनबिंदू साधारणपणे जास्त (अपवाद : Hg, Ga, Na, K).

• सोपे : लिथियम (0.53 g/cc) पाण्यावर तरंगते कारण ते पाण्यापेक्षा (1 g/cc) हलके आहे.
• मध्यम : 100 सेमी³ लिथियमचे वस्तुमान 100 × 0.53 = 53 g.
• परीक्षेसाठी : तांबे विजेच्या तारांसाठी आणि ॲल्युमिनियम भांडी व कागदासाठी वापरतात कारण ते सुवाहक आहेत.

आकृतीत : आकृतीत तांब्यासारखे धातू वीज वाहतात म्हणून बल्ब पेटतो. ग्रॅफाइट हा वीज वाहणारा एकमेव अधातू आहे; प्लास्टिक आणि गंधक वाहत नाहीत.

नियम 4 : वहनाची चाचणी — घट, बल्ब आणि नमुना मंडलात जोडा. बल्ब पेटला तर नमुना वीज वाहतो. तांबे वाहते. वीज वाहणारा एकमेव अधातू ग्रॅफाइट वाहतो. प्लास्टिक आणि गंधक वाहत नाहीत.

• सोपे : बल्ब पेटला तर पदार्थ वीज वाहतो.
• मध्यम : अशा चाचणीसाठी फक्त घट वापरा; घरातील वीजपुरवठ्याने कधी चाचणी करू नका.
• परीक्षेसाठी : शाळेची घंटा धातूची असते कारण ती ध्वनिमान असते.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत अधातू घन (C, S, P), द्रव (ब्रोमीन, Br₂) आणि वायू (H₂, N₂, O₂) या रूपांत आढळतात.

नियम 1 : अधातू — कार्बन, गंधक, फॉस्फरस घन; ब्रोमीन (Br₂) द्रव; H₂, N₂, O₂ वायू. साधारणपणे चकाकीहीन (अपवाद : हिरा व आयोडिनचे स्फटिक चमकतात). उष्णता व विजेचे कमी वाहक. घनता कमी आणि वितळणबिंदू/उत्कलनबिंदू साधारणपणे कमी (कार्बन व बोरॉन उच्च तापमानाला वितळतात).

• सोपे : ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन खोलीच्या तापमानाला वायू असतात.
• मध्यम : ब्रोमीन हा खोलीच्या तापमानाला द्रव असलेला एकमेव अधातू आहे.
• परीक्षेसाठी : गंधक पिवळे, ठिसूळ असून वीज वाहत नाही.

आकृतीत : आकृतीत धातू ठोकल्यावर पत्र्यासारखा चपटा होतो (वर्धनीय), पण कोळशासारखे घन अधातू ठिसूळ असून तुटून तुकडे होतात.

नियम 2 : ठिसूळ आणि वर्धनीय — घन अधातू ठिसूळ असतात : कोळसा ठोकल्यावर तुटतो. ते तन्य किंवा वर्धनीय नसतात.

• सोपे : कोळसा ठोकल्यावर तुटतो.
• मध्यम : लोखंडी खिळा ठोकल्यावर थोडा चपटा होतो, पण गंधकाचा तुकडा चुरा होतो.
• परीक्षेसाठी : तारा धातूंच्या बनतात, अधातूंच्या नाही, कारण अधातूंच्या तारा ओढता येत नाहीत.

आकृतीत : आकृतीत हिरा आणि ग्रॅफाइट ही दोन्ही कार्बनची रूपे (अपरूपे) आहेत. हिरा सर्वात कठीण नैसर्गिक पदार्थ आणि ग्रॅफाइट वीज वाहते.

नियम 3 : अपरूपे आणि धातुसदृश — हिरा आणि ग्रॅफाइट ही कार्बनची अपरूपे. हिरा सर्वात कठीण नैसर्गिक पदार्थ; ग्रॅफाइट विजेचे खूप चांगले वाहक. धातुसदृश (आर्सेनिक, सिलिकॉन, जर्मेनियम, अँटिमनी) यांचे गुणधर्म धातू आणि अधातूंच्या मधले असतात.

• सोपे : हिरा कठीण; ग्रॅफाइट मऊ आणि गुळगुळीत.
• मध्यम : पेन्सिलचे 'शिसे' म्हणजे ग्रॅफाइट असते, शिसे नव्हे.
• परीक्षेसाठी : सिलिकॉन हे धातुसदृश कॉम्प्युटर चिप्समध्ये वापरतात कारण ते अर्धवाहक आहे.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत धातू बाहेरच्या कवचातील इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन (धनायन) बनवतात : Na⁺, Mg²⁺ आणि Al³⁺.

नियम 1 : धातू इलेक्ट्रॉन गमावतात — बहुतेक धातूंच्या बाहेरच्या कवचात तीन किंवा कमी इलेक्ट्रॉन असतात (Na 2, 8, 1; Mg 2, 8, 2; Al 2, 8, 3). ते गमावून धनायन बनतात : Na → Na⁺ + e⁻; Mg → Mg²⁺ + 2e⁻; Al → Al³⁺ + 3e⁻.

• सोपे : सोडियम 1 इलेक्ट्रॉन गमावतो आणि Na⁺ बनतो.
• मध्यम : कॅल्शियम (2, 8, 8, 2) 2 इलेक्ट्रॉन गमावतो आणि Ca²⁺ बनतो.
• परीक्षेसाठी : 3 इलेक्ट्रॉन गमावल्यावर Al मध्ये 13 − 3 = 10 इलेक्ट्रॉन आणि 13 प्रोटॉन; भार 13 − 10 = +3.

आकृतीत : आकृतीत जस्त आणि सौम्य हायड्रोक्लोरिक आम्ल हायड्रोजन वायू देतात (A जस्त, B बुडबुडे). जळत्या काडीजवळ वायू 'पॉप' आवाजाने जळतो (C).

नियम 2 : धातूंच्या अभिक्रिया — धातू + ऑक्सिजन → धातू ऑक्साइड (basic). धातू ऑक्साइड + आम्ल → क्षार + पाणी. धातू + सौम्य आम्ल → क्षार + हायड्रोजन वायू (जस्त आणि सौम्य HCl : Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂). सोडियम व पोटॅशियम थंड पाण्याशी अभिक्रिया करून हायड्रॉक्साइड व हायड्रोजन देतात; मॅग्नेशियमला वाफ लागते.

• सोपे : जस्त आणि सौम्य HCl हायड्रोजन वायूचे बुडबुडे देतात.
• मध्यम : समतोल : Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ मध्ये दोन्ही बाजूंना Mg 1, H 2, Cl 2.
• परीक्षेसाठी : सोडियम पाण्याशी जोरदार अभिक्रिया करते, म्हणून फक्त शिक्षकच अतिशय काळजीपूर्वक हाताळतात; त्याला कधी हात लावू नये.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत अधातू बाहेरचे कवच भरण्यासाठी इलेक्ट्रॉन घेतात आणि ऋण आयन (ऋणायन) बनवतात : Cl⁻, O²⁻ आणि N³⁻.

नियम 1 : अधातू इलेक्ट्रॉन घेतात — बहुतेक अधातूंच्या संयुजा कवचात 4 ते 7 इलेक्ट्रॉन असतात (N 2, 5; O 2, 6; Cl 2, 8, 7). ते इलेक्ट्रॉन घेऊन ऋणायन बनतात : Cl + e⁻ → Cl⁻; O + 2e⁻ → O²⁻; N + 3e⁻ → N³⁻.

• सोपे : क्लोरीन (2, 8, 7) 1 इलेक्ट्रॉन घेतो आणि Cl⁻ (2, 8, 8) बनतो.
• मध्यम : ऑक्सिजन (2, 6) 2 इलेक्ट्रॉन घेऊन 2, 8 होतो.
• परीक्षेसाठी : फ्लुओरीनला (2, 7) 8 − 7 = 1 इलेक्ट्रॉन हवा, म्हणून त्याचा आयन F⁻.

आकृतीत : आकृतीत धातूंचे ऑक्साइड basic (लाल लिटमस निळा करतात) आणि अधातूंचे ऑक्साइड acidic (निळा लिटमस लाल करतात) असतात.

नियम 2 : अधातूंचे ऑक्साइड — अधातू + ऑक्सिजन → अधातू ऑक्साइड (acidic) : C + O₂ → CO₂. अधातू ऑक्साइड बेससोबत अभिक्रिया करून क्षार व पाणी देतात (CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O). पाण्यासोबत ते आम्ले बनवतात : CO₂ पासून H₂CO₃, SO₂ पासून H₂SO₃, SO₃ पासून H₂SO₄. अधातू सौम्य आम्लाशी अभिक्रिया करत नाहीत.

• सोपे : पाण्यातील CO₂ कार्बॉनिक आम्ल बनवतो; सोड्याच्या बाटलीतला फेस हाच.
• मध्यम : समतोल : CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O मध्ये दोन्ही बाजूंना Na 2, C 1, O 4, H 2.
• परीक्षेसाठी : गंधक जळून SO₂ बनतो; पाण्यासह तो सल्फ्यूरस आम्ल (H₂SO₃) देतो; कारखान्यांच्या धुरामुळे आम्ल पाऊस होण्याचे हे कारण.

फरक ओळखा

आकृतीत : आकृतीत कॅरेट म्हणजे 24 पैकी शुद्ध सोन्याचे भाग. 22 कॅरेट सोन्यात 22 भाग सोने आणि 2 भाग तांबे किंवा चांदी असते (91.66 टक्के शुद्ध).

नियम 1 : उमदे धातू आणि कॅरेट — सोने, चांदी, प्लॅटिनम, पॅलॅडियम आणि ऱ्होडियम मूळ रूपात आढळतात आणि सहज अभिक्रिया करत नाहीत. 100% शुद्ध सोने 24 कॅरेट, पण ते मऊ असते म्हणून सोनार तांबे किंवा चांदी मिसळतात. दागिन्यांसाठी 22 कॅरेट (91.66%); 18 कॅरेट 75% आणि 14 कॅरेट 58.33%. उपयोग : दागिने, पदके, औषधांत चांदी (जंतुनाशक), इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, प्लॅटिनम व पॅलॅडियम उत्प्रेरक म्हणून.

• सोपे : 24 कॅरेट म्हणजे 24 ÷ 24 × 100 = 100 टक्के सोने.
• मध्यम : 18 कॅरेट म्हणजे 18 ÷ 24 × 100 = 75 टक्के सोने.
• परीक्षेसाठी : 22 कॅरेट सोन्याच्या 12 g साखळीत शुद्ध सोने 12 × 22 ÷ 24 = 11 g आणि इतर धातू 1 g.

आकृतीत : क्षरणाच्या आकृतीत लोखंडावर तांबूस थर (गंज), तांब्यावर हिरवा थर आणि चांदीवर काळा थर येतो. तेल, रंग आणि मुलामा त्याला प्रतिबंध करतात.

नियम 2 : क्षरण आणि मिश्रधातू — क्षरण : हवेतील वायू ओलाव्याच्या उपस्थितीत धातूंशी अभिक्रिया करतात. लोखंडावर तांबूस थर (गंज), तांब्यावर हिरवा थर (तांब्याचे कार्बोनेट, स्टॅच्यू ऑफ लिबर्टीवर आहे तसा) आणि चांदीवर काळा थर येतो. प्रतिबंध : तेल, ग्रीस, वार्निश, रंग आणि मुलामा (उदा. लोखंडावर जस्ताचा मुलामा). मिश्रधातू : स्टेनलेस स्टील (लोखंड + कार्बन, क्रोमियम, निकेल) आणि कांस्य (तांबे + कथील). दिल्लीचा लोहस्तंभ सुमारे 1500 वर्षे जुना असूनही चमकदार आहे कारण तो मिश्रधातूचा आहे.

• सोपे : गंज हा लोखंडावरचा तांबूस थर आहे.
• मध्यम : लोखंडी फाटकाला रंग दिल्याने हवा व ओलावा दूर राहतो आणि गंज टळतो.
• परीक्षेसाठी : दिल्लीचा लोहस्तंभ सुमारे 1500 वर्षे जुना, म्हणजे 1500 ÷ 100 = 15 शतके उभा आहे.

फरक ओळखा