विज्ञान Chapter 3 धातु एवं अधातु

आघातवर्ध्य- धातुओं का वह गुण जिसके द्वारा उन्हें पीट कर पतली चादरों में परिवर्तित किया जा सकता हैl सोना और चाँदी सबसे ज्यादा आघातवर्ध्य धातुएँ हैंl
तन्य- धातुओं का वह गुण जिसके द्वारा उनके लंबे और पतले तार बनाए जाते हैंl

सोडियम सक्रिय धातु है जो वायु में उपस्थित ऑक्सीजन से क्रिया करके सोडियम ऑक्साइड बनाती हैl यह पानी के साथ क्रिया करके सोडियम हाइड्रोक्साइड तथा हाइड्रोजन उतपन्न करती हैl वायु में खुला छोड़ देने पर यह आग पकड़ लेती हैl इसलिए बहुत सक्रिय धातु होने के कारण इसे मिट्टी के तेल में डुबो कर सुरक्षित रखते हैंl

(i) 3Fe (s) + 4H₂O (g)  Fe₃O₄ + 4H₂ 
(ii) Ca (s) + 2H₂O (l) → Ca (OH)₂ +H₂ 

(i) धातु (B) सर्वाधिक अभिक्रियाशील है, क्योंकि कोई अन्य धातु FeSO₄ ( आयरन सल्फ़ेट ) में से धातु को विस्थापित नहीं कर सकतीl
(ii) धातु (B) सर्वाधिक अभिक्रियाशील हैl इसलिए यदि धातु को कॉपर (II) सल्फ़ेट के विलयन में डाला जाए तो यह कॉपर को उसके विलयन से विस्थापित कर देगा और विलयन का नीला रंग फीका पड़ जाएगाl
(iii) B > A > C > D

किसी तनु अम्ल से क्रिया करने के पश्चात कोई धातु हाइड्रोजन गैस उतपन्न करती है सभी धातुएं तनु अम्लों से क्रिया नहीं करती पर जो धातुएं यह क्रिया नहीं करती हैं वे अम्ल में हाइड्रोजन को पुनर्स्थापित कर लवण तैयार करती हैंl
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Zinc is more reactive than iron. So when zinc is added to a solution of iron (II) sulphate, iron is removed from solution and green colour of iron sulphate fades away.ज़िंक आयरन से ज्यादा संक्रिय होता हैl इसलिए जब ज़िंक को आयरन सल्फ़ेट के विलयन में डाला जाता है तो यह विलयन में से आयरन को विस्थापित कर देता है और आयरन सल्फ़ेट का हरा रंग फीका पड़ जाता हैl
Zn (s) + FeSO₄ (aq) → Fe (s) + ZnSO₄ (aq)
यह इस कारण से होता है क्योंकि लोहा ज़िंक से कम सक्रिय हैl

(iii) Na₂O यौगिकों में Na⁺ आयन तथा O^2- आयन हैl
      MgO यौगिकों में Mg²⁺ आयन तथा O^2- आयन हैl

(i) खनिज: धातुयुक्त पदार्थों को खनिज कहते हैंl जिनसे धातुओं को विभिन्न विधियों द्वारा प्राप्त किया जाता हैl यह धातुयुक्त खनिज पृथ्वी की सतह पर पर प्रकृतिक रूप से पाए जाते हैंl
(ii) अयस्क: जिस खनिज से धातु, प्राप्त करना सरल तथा आर्थिक रूप से लाभदायक हो उसे अयस्क कहते हैंl
(iii)गैंग: पृथ्वी से निकले गए अयस्कों में बहुत सी अशुद्धियाँ होती हैl इन अशुद्धियों को गैंग कहते हैl

सोना (Au) एवं प्लैटिनम (Pt) प्रकृति में स्वतंत्र अवस्था में पाए जाते हैंl

धातु ऑक्साइडों से धातु को प्राप्त करने की क्रिया को अपचयी क्रिया कहते हैलजिन्क ऑक्साइड को कार्बन के साथ गर्म करने पर ज़िंक धातु प्राप्त होती है 
ZnO (s) + C (s) → Zn (s) + CO (g)

(i) ज़िंक ऑक्साइड तथा मैग्नीशियम में विस्थापन अभिक्रिया होगीl
    ZnO + Mg  MgO + Zn
(ii) मैग्नीशियम ऑक्साइड विस्थापन अभिक्रिया नहीं कर सकताl
(iii) कॉपर ऑक्साइड ज़िंक और मैग्नीशियम के साथ गर्म करने पर विस्थापन अभिक्रिया करेगाl
     CuO + Zn  ZnO Cu
     CuO + Mg  Cu + MgO

सोना एवं प्लैटिनमl

किसी धातु के साथ किसी अन्य धातु या अधातु के मिश्रण को मिश्रधातु कहते हैंl सबसे पहले धातु को पिघलाया जाता हैl फिर उसमे वांछित धातु या अधातु को मिल्या जाता हैl तब इस मिश्रण को ठंडा कर लिया जाता है और जमने के बाद यह मिश्रधातु के रूप में आ जाता हैl

D.

AgNO₃ विलयन एवं कॉपर धातु

NaCl विलयन एवं कॉपर धातु क्योंकि कॉपर सिल्वर से ज्यादा सक्रिय है
 2AgNO₃ (aq) + Cu (s) → Cu (NO₃)₂ (aq) + 2Ag (s)

C.

ज़िंक की परत लगाकर

ऊपर दिए गए सभी तरिके लोहे को जंग से बचाने के लिए सक्षम हैl परंतु ( a ) और ( b ) विधि फ्राई पैन के लोहे के लिए उपयुक्त नहीं हैl क्योंकि ग्रीज़ और पेंट दोनों ही गर्म करने पर जल जाते हैंl इसलिए विधि ( c ) का प्रयोग किया जाता है क्योंकि ज़िंक लोहे से अधिक अभिक्रियाशील हैl इसलिए यह लोहे को जंग नहीं लगने देता ज़िंक का गलनांक लोहे से कम होता है और यह उच्च तापमान को सहन कर सकता है, इसलिए इसका प्रयोग फ्राई पैन में लोहे को जंग से बचाने के लिए किया जा सकता हैl अत: विधि ( c ) सही एवं उपयुक्त विधि हैl

A.

कैल्सियम

कैल्सियम, ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया कर कैल्सियम ऑक्साइड बनाता हैl जो एक आयनिक यौगिक है, इसका गलनांक उच्च होता हैl यह जल के साथ अभिक्रिया करने पर कैल्सियम हाइड्रोक्साइड बनाता हैl इसके विपरीत कार्बन का ऑक्साइड, यौगिक, कार्बन डाइऑक्साइड (गैस) होता हैl सिलिकॉन का सिलिकॉन डाइऑक्साइड होता है ( पानी में घुलनशील नहीं होता ) एवं लोहे का ऑक्साइड यौगिक आयरन ऑक्साइड होता हैl जो पानी में नहीं घुलता इसलिए (b), (c) और (d) गलत हैl  केवल (a) ठीक हैl

C.

टिन की अपेक्षा ज़िंक अधिक अभिक्रियाशील हैl

टिन की अपेक्षा ज़िंक अधिक अभिक्रियाशील होता हैl तथा खाने में पाए जाने वाले जैविक तत्वों के साथ अभिक्रिया कर सकता हैl इसके विपरीत टिन इस प्रकार की अभिक्रिया नहीं करता इसलिए खाद्य पदार्थों को टिन में रखा जा सकता है परंतु ज़िंक में नहींl इसलिए (c) सही हैl

(a) हथौड़े का प्रयोग करके- यदि लिया गया नमूना टूट जाए तो वह अधातु है, इसके विपरीत यदि नमूना एक पतली चादर का रूप ले लेता है इसका अर्थ है कि वह आघातवर्ध्य है तो वह एक धातु हैl

सभी उपकरणों को दर्शाए गए चित्र के अनुसार जोड़ लेंl लिए गए नमूनों को क्लिप्स के बीच में रखें और स्विच 'ऑन' करेंl यदि बल्ब जलता है तो नमूना धातु है क्योंकि धातु विद्युत् का सुचालक होते हैं और यदि बल्ब नहीं जला तो लिया गया नमूना अधातु है क्यूंकि अधातु विद्युत् के कुचालक होते हैंl
(b) लोहे के आघातवर्ध्य होने के कारण, एवं लगभग सभी धातुओं के आघातवर्ध्य गुण के कारण उन्हें पतली चादर के रूप में बदल कर विभिन्न कामों के लिए प्रयोग में लाया जा सकता हैl जैसे लोहे का प्रयोग बक्से एवं संदूक बनाने में किया जाता हैl
धातुएँ विद्युत कि सुचालक होती हैंl इसी गुण के कारण कॉपर एवं ऐलुमिनियम को विद्युत के संचालन के लिए प्रयोग किया जाता हैl

जो धातु ऑक्साइड अम्लीय और क्षारीय दोनों प्रकार के व्यवहार प्रकट करते हैं उन्हें उभयधर्मी ऑक्साइड कहते हैंl 
उदाहरण: ऐलुमिनियम ऑक्साइड (Al₂O₃)  ज़िंक ऑक्साइड (ZnO)
(i) Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O  ( क्षारीय व्यवहार )
Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O  ( अम्लीय व्यवहार )
(ii) ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O  ( क्षारीय व्यवहार )
ZnO + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + H₂O  ( अम्लीय व्यवहार )

(i) ज़िंक (Zn) तथा लोहा (Fe) हाइड्रोजन से अधिक अभिक्रियाशील होने के कारण उसे तनु अम्ल से विस्थापित कर सकते हैंl

(ii) कॉपर (Cu) तथा पारा (Hg) हाइड्रोजन से कम अभिक्रियाशील होने के कारण ऐसा नहीं कर सकतेl

एनोड- अशुद्ध धातुl
कैथोड- शुद्ध धातुl
अपघट्य- जल में घुलनशील विलयनl

( a ) सल्फ़र जलने पर सल्फर डाईऑक्साइड उतपन्न करता है
S (s) + O₂ → SO₂
(i) सूखे लिटमस पत्र पर गैस की कोई भी क्रिया नहीं होगीl
(ii) सल्फ़र एक अधातु है और अधातु की प्रकृति अम्लीय होती है गैस गैस आर्द्र लिटमस पत्र में मौजूद जल के साथ अभिक्रिया क्र सल्फ्यूरिक अम्ल उतपन्न करेगी जो नीले लिटमस पत्र का रंग लाल कर देगाl
(b) SO₂ (g) + H₂O → H₂SO₃ (aq)
                                 (सल्फ्यूरस)

लोहे को जंग से बचाने के तरिके:
(a) पेंट करके- लोहे की किसी भी वस्तु को जंग से बचाने के लिए उसके ऊपर पेंट करना चाहिएl क्योंकि पेंट के अवरोध से लोहा वायु के साथ क्रिया नहीं कर पाता और जंग लगने से बच जाता हैl
(b) तेल या ग्रीस की तह जमाकर- लोहे को जंग से बचाने के लिए लोहे पर तेल या ग्रीस की तह जमा देनी चाहिए जिससे नम वायु लोहे के संपर्क में नहीं आ पाती जिससे जंग नहीं लगताl मशीनों के पुर्जों पर ऐसा ही किया जाता हैl
(c) ज़िंक की परत चढ़ाकर- लोहे की धातु पर ज़िंक की परत चढ़ा दी जाती हैl जिससे वायु और जल का संपर्क लोहे से नहीं हो पाता और लोहे से बानी वस्तुओं को जंग लगने से बचाया जा सकता हैl

(a) प्लैटिनम, सोना एवं चाँदी गैर-प्रतिक्रियाशील होते है जो जल्दी क्रिया नहीं करते और अपनी चमक नहीं खोतेl इनमे तन्यता, आघातवर्ध्यता, जंग से सुरक्षा देने वाले गुणधर्म होते हैl
(b) सोडियम, पोटैशियम एवं लिथियम अत्यधिक अभिक्रियाशील है ये ऑक्सीजन के साथ मिलकर ऑक्साइड बनाते हैं तथा जल के संपर्क में आने पर जल जाते हैं इसलिए इन्हे बचाने के लिए तेल में डुबोकर रखा जाता हैl
(c) ऐलुमिनियम एक शक्तिशाली एवं सस्ता धातु हैl यह ताप का सुचालक है परंतु यह अत्यधिक अभिक्रियाशील हैl आर्द्र वायु के संपर्क में आने पर इसकी सतह पर पार न किए जाने वाली ऐलुमिनियम ऑक्साइड की परत चढ़ जाती हैl यह परत आर्द्र वायु को क्रियाशील धातु के संपर्क में नहीं आने देती और धातु को जंग लगने से बचाती हैl इन सभी कारणों से ऐलुमिनियम का प्रयोग खाना बनने के बर्तन बनाने में किया जाता हैl
(d) धातु कार्बोनेट और धातु सल्फ़ाइड को धातु में बदलना कठिन होता हैl इसलिए उन्हें पहले धातु ऑक्साइड में बदलना आवश्यक होता हैl तब उसे किसी अपचायन की सहायता से धातु में बदला जा सकता हैl धातु कार्बोनेट को वायु की अनिपस्थिति में गर्म करके कार्बन डाइऑक्साइड को निष्कासित कर दिया जाता है-

ZnCO₃  ZnO + CO₂

धातु सल्फ़ाइड को ऑक्सीजन की उपस्थिति में गर्म करके उसे धातु ऑक्साइड में रूपांतरित किया जाता है इससे गंधक और आर्सेनिक जैसी अशुद्धियाँ भी दूर हो जाती हैं-
2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂
S + O₂ → SO₂
4As + 5O₂ → 2As₂O₅

कॉपर, स्टील की अपेक्षा अधिक सुगम ताप का सुचालक हैl इसके और यह स्टील की अपेक्षा अधिक सस्ता भी होता है ऊर्जा बचाने के लिए गर्म पानी के टैंक को कॉपर से बनाया जाता हैl कॉपर जल से क्रिया भी नहीं करता चाहे उसे कितना भी गर्म किया जाए जबकि लोहा गर्म करने पर जल से क्रिया करता हैl

3Fe (s) + 4H₂O → Fe₃O₄ (s)   +  4H₂ (g)
Cu(s) + H₂O →                     कोई क्रिया नहीं

(i) कैल्शियम की परमाणु संख्या 20 है। इसके इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 2, 8, 8, 2 हैं। कैल्शियम की योग्यता +2 है इसलिए यह एक धातु समूह 2 से संबंधित है।
(ii) कैल्शियम का त्रिज्या पोटैशियम की तुलना में छोटी है क्योंकि दोनों तत्व आवधिक तालिका की तीसरी अवधि में होते हैं। इस अवधि में पोटैशियम कैल्शियम की बाईं ओर स्थित होता है, और परमाणु का आकार घटता है, नाभिक द्वारा आकर्षण बल में वृद्धि के कारण बाएं से जा रहा है। अथवा इसकी परमाणु त्रिज्या पोटैशियम (परमाणु संख्या =19) से कम होगी।
(iii) कैल्शियम का ऑक्साइड कैल्शियम ऑक्साइड कहालता है और इसका रासायनिक सूत्र CaO के रूप में दिया गया है।

(i) अभिक्रिया

$2\mathrm{NaOH} + \mathrm{Zn} \stackrel{∆}{\to } {\mathrm{Na}}_2{\mathrm{ZnO}}_2 + {\mathrm{H}}_2$

(ii) गैस के निकट जलती तीली लाने पर गैस पॉप ध्वनि के साथ जलती है।

(iii) $Zn +2HCl \stackrel{ }{\to } ZnC{l}_2 +H_2 \uparrow$

गैस - हाइड्रोजन/H₂

मध्य की धातु के कार्बोनेट अयस्कों से शुद्ध धातुओं के निष्कर्षण की विधि के चरण:

(i) निस्तापन
(ii)अपचयन
(iii)परिष्करण

निस्तापन: धातु की अधिकता युक्त अयस्क को वायु की अनुपस्थिति या अपर्याप्त आपूर्ति में उच्च ताप पर गर्म करके इसके ऑक्साइड़ में बदलने के प्रक्रम कों निस्तापन कहते है।

जिंक का निष्कर्षण:

$$\begin{gathered} {\mathrm{ZnCO}}_3 \left(\mathrm{s}\right) \stackrel{∆}{\to } \mathrm{ZnO} \left(\mathrm{s}\right) + {\mathrm{CO}}_2 \left(\mathrm{g}\right) \\ \mathrm{ZnO}\left(\mathrm{s}\right) + \mathrm{C} \left(\mathrm{s}\right) \stackrel{ }{\to } \mathrm{Zn} \left(\mathrm{s}\right) + \mathrm{CO} \left(\mathrm{g}\right) \end{gathered}$$

शुद्ध zinc इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।

कॉपर के सल्फाइड को हवा की उपस्थिति में गर्म करने पर कॉपर के अयस्क अयस्क से प्राप्त किया जा सकता है।

$$\begin{gathered} \left(\mathrm{I}\right) 2{\mathrm{Cu}}_2\mathrm{S} + 3{\mathrm{O}}_2 \left(\mathrm{g}\right) \stackrel{∆}{\to } 2{\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O} \left(\mathrm{s}\right) + 2{\mathrm{SO}}_2\left(\mathrm{g}\right) \\ \left(\mathrm{II}\right) 2{\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O} + {\mathrm{Cu}}_2\mathrm{S} \stackrel{∆}{\to } 6\mathrm{Cu} \left(\mathrm{s}\right) + {\mathrm{SO}}_2 \left(\mathrm{g}\right) \end{gathered}$$

परखनली A: FeSO₄
परखनली B: CuSO₄
परखनली C: Al₂(SO₄)₃
परखनली D:CuSO₄

परखनलियों A, B,और C में रग परिवर्तन रंग परिवर्तन दिखाई देगा।
एल्युमीनियम सर्वाधिक अभिक्रियाशील धातु क्यूंकि यह जिक, आयरन और कॉपर को उनके जलीय विलयनो से विस्थापित कर देता है।

परखनली A: 2Al + 3FeSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Fe

परखनली B: 2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu

परखनली C: 2Fe + Al₂(SO₄)₃ → No Reaction

परखनली D:  Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

जब बेरियम क्लोराइड में सोडियम सल्फेट जोड़ा जाता है तो यह बेरियम सल्फेट का सफेद अवक्षेप का प्रेक्षण देता है जो पानी में अघुलनशील होता है।

Na₂SO₄ + BaCl₂ → 2NaCl + BaSO₄

द्विविस्थापन अभिक्रिया