Metals and Non-Metals

(क) भौतिक गुणधर्मों की तुलना

(ख) बोर्ड परीक्षा में बार-बार पूछे जाने वाले अपवाद (Crucial Exceptions)

1. पारा (Mercury - Hg): एकमात्र ऐसी धातु जो कमरे के तापमान पर द्रव (Liquid) अवस्था में पाई जाती है।
2. ब्रोमीन (Bromine - Br): एकमात्र ऐसी अधातु जो कमरे के तापमान पर द्रव रूप में होती है।
3. आयोडीन (Iodine - I): अधातु होते हुए भी यह अत्यंत चमकदार (Lustrous) होती है।
4. ग्रेफाइट (Graphite): कार्बन (अधातु) का एक अपररूप होने के बावजूद यह विद्युत का उत्तम सुचालक है।
5. हीरा (Diamond): कार्बन का अपररूप, जो प्रकृति का सबसे कठोरतम ज्ञात प्राकृतिक पदार्थ है तथा इसका गलनांक अत्यधिक उच्च होता है।
6. सोडियम (Na), पोटैशियम (K) एवं लिथियम (Li): इतनी मुलायम धातुएँ हैं कि इन्हें चाकू से आसानी से काटा जा सकता है और इनका घनत्व व गलनांक बहुत कम होता है।
7. गैलियम (Ga) एवं सीज़ियम (Cs): इनका गलनांक इतना कम (लगभग 30°C) होता है कि हथेली पर रखते ही शरीर की गर्मी से पिघलने लगती हैं।

1. धातुओं की ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया

धातुएँ ऑक्सीजन के साथ संयोग करके क्षारीय धात्विक ऑक्साइड बनाती हैं:

• सोडियम एवं पोटैशियम की अत्यधिक क्रियाशीलता: ये हवा में खुला रखने पर कमरे के ताप पर ही आग पकड़ लेती हैं। अतः इन्हें सुरक्षित रखने तथा आकस्मिक आग रोकने के लिए सदैव मिट्टी के तेल (केरोसिन) में डुबोकर रखा जाता है।
• तांबे को गर्म करना: कॉपर को वायु में गर्म करने पर उस पर काले रंग के कॉपर(II) ऑक्साइड की परत चढ़ जाती है: $$2Cu + O_2 \xrightarrow{\Delta} 2CuO \text{ (काला)}$$
• उभयधर्मी ऑक्साइड (Amphoteric Oxides - अति महत्वपूर्ण): वे धातु ऑक्साइड जो अम्ल तथा क्षारक दोनों से अभिक्रिया करके लवण तथा जल बनाते हैं, उभयधर्मी ऑक्साइड कहलाते हैं।
  उदाहरण: एल्युमिनियम ऑक्साइड ($Al_2O_3$) की अभिक्रियाएँ:
  (i) अम्ल के साथ (क्षारक की भांति व्यवहार): $$Al_2O_3 + 6HCl \to 2AlCl_3 + 3H_2O$$ (ii) क्षारक के साथ (अम्ल की भांति व्यवहार): $$Al_2O_3 + 2NaOH \to 2NaAlO_2 \text{ (सोडियम एल्युमिनेट)} + H_2O$$

2. धातुओं की जल के साथ अभिक्रिया

• शीतल जल के साथ: सोडियम और पोटैशियम ठंडे पानी से अत्यंत तीव्र और ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया करते हैं जिससे निकली $H_2$ गैस तुरंत आग पकड़ लेती है: $$2Na(s) + 2H_2O(l) \to 2NaOH(aq) + H_2(g)↑ + \text{ऊष्मा}$$
• कैल्शियम की अभिक्रिया: ठंडे पानी से धीमी होती है; उत्पन्न ऊष्मा हाइड्रोजन में आग लगाने के लिए पर्याप्त नहीं होती। कैल्शियम तैरने लगता है क्योंकि $H_2$ गैस के बुलबुले उसकी सतह से चिपक जाते हैं।
• गर्म जल के साथ: मैग्नीशियम ठंडे पानी से नहीं बल्कि गर्म पानी से क्रिया करता है।
• केवल भाप (Steam) के साथ: एल्युमिनियम, लोहा और जिंक न तो ठंडे और न ही गर्म जल से क्रिया करते हैं, बल्कि केवल भाप से क्रिया करते हैं: $$3Fe(s) + 4H_2O(g) \to Fe_3O_4(s) + 4H_2(g)↑$$ $$2Al(s) + 3H_2O(g) \to Al_2O_3(s) + 3H_2(g)↑$$
• जल से बिल्कुल क्रिया न करने वाली धातुएं: लेड, कॉपर, सिल्वर और गोल्ड जल की किसी भी अवस्था से कोई क्रिया नहीं करते।

3. सक्रियता श्रेणी (Reactivity Series)

सक्रियता श्रेणी वह सूची है जिसमें धातुओं को उनकी क्रियाशीलता के अवरोही (घटते हुए) क्रम में व्यवस्थित किया गया है:

(क) आयनिक बंध एवं आयनिक यौगिकों का निर्माण

जब एक धातु अपने संयोजी इलेक्ट्रॉनों को किसी अधातु को स्थानांतरित करती है, तो धातु धनायन ($M^+$) तथा अधातु ऋणायन ($X^-$) बनाती है। इन विपरीत आवेशित आयनों के मध्य लगने वाले प्रबल स्थिर-वैद्युत आकर्षण बल (Electrostatic Force of Attraction) से बने यौगिकों को आयनिक यौगिक (विद्युत-संयोजी यौगिक) कहते हैं।

सोडियम क्लोराइड ($NaCl$) का निर्माण:
• सोडियम का विन्यास: $Na (2, 8, 1) \to Na^+ (2, 8) + e^-$ (एक इलेक्ट्रॉन त्यागा)
• क्लोरीन का विन्यास: $Cl (2, 8, 7) + e^- \to Cl^- (2, 8, 8)$ (एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण किया)
• परस्पर संयोजन: $Na^+ + Cl^- \to NaCl$

मैग्नीशियम क्लोराइड ($MgCl_2$) का निर्माण:
• मैग्नीशियम दो इलेक्ट्रॉन त्यागता है: $Mg (2, 8, 2) \to Mg^{2+} (2, 8) + 2e^-$
• क्लोरीन के दो परमाणु एक-एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करते हैं: $2Cl + 2e^- \to 2Cl^-$
• सूत्र: $[Mg^{2+}][Cl^-]_2 \to MgCl_2$

(ख) आयनिक यौगिकों के चार प्रमुख गुणधर्म (बोर्ड परीक्षा का सर्वप्रमुख 5 अंक प्रश्न)

1. भौतिक प्रकृति: धनायनों और ऋणायनों के बीच मजबूत स्थिर-वैद्युत आकर्षण बल होने के कारण ये ठोस एवं कठोर होते हैं। ये सामान्यतः भंगुर (Brittle) होते हैं तथा दबाव डालने पर टुकड़ों में टूट जाते हैं।
2. उच्च गलनांक एवं क्वथनांक (High Melting & Boiling Points): आयनिक जालक में विपरीत आयनों के मजबूत अंतरा-आयनिक आकर्षण बल को तोड़ने के लिए अत्यधिक मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। (उदा. $NaCl$ का गलनांक 1074 K / 801°C है)।
3. घुलनशीलता (Solubility): आयनिक यौगिक सामान्यतः जल में विलेय (घुलनशील) होते हैं, परंतु केरोसिन, पेट्रोल, बेंजीन जैसे अध्रुवीय कार्बनिक विलायकों में अविलेय होते हैं।
4. विद्युत चालकता (Electrical Conductivity):
   • ठोस अवस्था में: आयनिक यौगिक विद्युत का चालन नहीं करते, क्योंकि ठोस अवस्था में आयन अपने क्रिस्टल जालक में बंधे होने के कारण गति करने के लिए स्वतंत्र नहीं होते।
   • जलीय विलयन अथवा गलित अवस्था में: ये विद्युत का उत्तम चालन करते हैं, क्योंकि जल में अथवा गलने पर आयन मुक्त हो जाते हैं और विद्युत धारा प्रवाहित करने पर विपरीत इलेक्ट्रोडों की ओर गमन करते हैं।

(क) खनिज, अयस्क एवं गैंग की परिभाषा

• खनिज (Minerals): पृथ्वी की भूपर्पटी में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों या अकार्बनिक यौगिकों को खनिज कहते हैं।
• अयस्क (Ores): वे खनिज जिनमें किसी विशेष धातु की प्रचुर मात्रा होती है और जिससे धातु को कम खर्च में और सरलता से (लाभप्रद रूप से) निष्कर्षित किया जा सकता है, उन्हें अयस्क कहते हैं। (अतः सभी अयस्क खनिज हैं, किंतु सभी खनिज अयस्क नहीं होते)।
• गैंग (Gangue): पृथ्वी से खोदे गए अयस्कों में उपस्थित रेत, मिट्टी, चूना पत्थर आदि जैसी अवांछनीय अशुद्धियों को गैंग कहते हैं।

(ख) भर्जन बनाम निस्तापन (Roasting vs Calcination)

(ग) तांबे का विद्युत-अपघटनी परिष्करण (Electrolytic Refining of Copper)

धातुओं से बची हुई सूक्ष्म अशुद्धियों को दूर कर 99.9% शुद्ध धातु प्राप्त करने की सर्वप्रमुख विधि है:

• एनोड (धनात्मक): अशुद्ध कॉपर धातु की मोटी छड़ बनाई जाती है।
• कैथोड (ऋणात्मक): शुद्ध कॉपर धातु की पतली पट्टी बनाई जाती है।
• विद्युत अपघट्य: कॉपर सल्फेट ($CuSO_4$) का अम्लीकृत जलीय विलयन।
• प्रक्रिया: जब विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है, तो एनोड से शुद्ध तांबा घुलकर $Cu^{2+}$ आयनों के रूप में विलयन में जाता है, और उतनी ही मात्रा में शुद्ध तांबा विलयन से कैथोड पर निक्षेपित (जमा) हो जाता है।
• एनोड पंक (Anode Mud): अशुद्ध कॉपर में उपस्थित अविलेय अशुद्धियाँ (सोना, चांदी, प्लेटिनम) एनोड के नीचे तलहटी में बैठ जाती हैं, जिसे एनोड पंक कहते हैं।

(घ) मिश्रधातुएं (Alloys)

दो या दो से अधिक धातुओं अथवा एक धातु एवं अधातु के समांगी मिश्रण को मिश्रधातु कहते हैं। इससे धातुओं की कठोरता, संक्षारण प्रतिरोधकता और मजबूती बढ़ जाती है:

• पीतल (Brass): तांबा ($Cu \approx 70\%$) + जस्ता ($Zn \approx 30\%$) - बर्तन, सजावटी सामान।
• कांसा (Bronze): तांबा ($Cu \approx 90\%$) + टिन ($Sn \approx 10\%$) - मूर्तियाँ, सिक्के, पदक।
• सोल्डर (Solder): लेड ($Pb \approx 50\%$) + टिन ($Sn \approx 50\%$) - कम गलनांक के कारण बिजली के तारों को जोड़ने (टांका लगाने) में।
• स्टेनलेस स्टील: लोहा + निकेल + क्रोमियम + सूक्ष्म कार्बन - कभी जंग नहीं लगता, शल्य चिकित्सा उपकरण व रसोई बर्तन।
• अमलगम (Amalgam): यदि किसी मिश्रधातु में एक धातु पारा (Mercury) हो, तो उसे अमलगम कहते हैं (जैसे दंत चिकित्सा में प्रयुक्त सिल्वर अमलगम)।