कक्षा 10 विज्ञान अध्याय 3: धातु एवं अधातु | नोट्स, प्रश्न-उत्तर व MCQ टेस्ट | Bihar Board
अध्याय 3: धातु एवं अधातु (Metals and Non-metals)
सरल शिक्षक-शैली में व्याख्या, दैनिक जीवन के उदाहरण, महत्वपूर्ण समीकरण और 50 MCQ ऑनलाइन टेस्ट
📖 अध्याय परिचय
विद्यार्थियों, क्या आपने कभी सोचा है कि बिजली के तार ताँबे के क्यों बनाए जाते हैं, खाना पकाने के बर्तन बनाने में एल्युमिनियम का उपयोग क्यों होता है और लोहे की कील कुछ समय बाद जंग क्यों पकड़ लेती है? ऐसा इसलिए होता है क्योंकि अलग-अलग धातुओं के गुण अलग होते हैं। हमारे आसपास की कुछ वस्तुएँ धातुओं से बनी होती हैं, जबकि ऑक्सीजन, सल्फर और कार्बन जैसे तत्व अधातु हैं। इस अध्याय में हम सरल उदाहरणों की सहायता से जानेंगे कि धातु और अधातु क्या हैं, उनके गुण कैसे अलग होते हैं और इन गुणों के कारण उनका उपयोग अलग-अलग कामों में क्यों किया जाता है।
- धातु और अधातु के भौतिक एवं रासायनिक गुण।
- सक्रियता श्रेणी और धातुओं की अभिक्रियाशीलता।
- आयनिक यौगिकों का निर्माण तथा उनके गुण।
- अयस्क से धातु के निष्कर्षण और शुद्धिकरण की मुख्य प्रक्रियाएँ।
- संक्षारण, उसके प्रभाव और बचाव के उपाय।
- मिश्रातु तथा उनके उपयोग।
1. 🔨 धातु और अधातु के भौतिक गुण
किसी पदार्थ को पहचानने का पहला तरीका उसके भौतिक गुणों को देखना है। धातुओं में सामान्यतः चमक होती है, उनसे पतली चादरें और तार बनाए जा सकते हैं तथा वे ऊष्मा और विद्युत का अच्छा संचालन करती हैं। दूसरी ओर, अधातु सामान्यतः भंगुर होते हैं और ऊष्मा तथा विद्युत के कुचालक होते हैं। ध्यान रहे, ये सामान्य प्रवृत्तियाँ हैं—हर तत्व पर बिना अपवाद लागू नहीं होतीं।
आघातवर्ध्यता का अर्थ है पीटकर चादर बना सकना और तन्यता का अर्थ है खींचकर तार बना सकना। इन शब्दों को उदाहरण से जोड़ें: सोने की पतली पत्तियाँ और ताँबे के तार इन गुणों को समझने में मदद करते हैं।
| गुण | धातु | अधातु |
|---|---|---|
| अवस्था | अधिकांश ठोस; पारा द्रव | ठोस, द्रव या गैस—तीनों |
| आघातवर्ध्यता | चादर बनाई जा सकती है | अधिकांश भंगुर |
| तन्यता | तार खींचे जा सकते हैं | सामान्यतः तन्य नहीं |
| चालकता | ऊष्मा और विद्युत के अच्छे चालक | सामान्यतः कुचालक; ग्रेफाइट अपवाद |
| चमक | धात्विक चमक | सामान्यतः बिना चमक; आयोडीन अपवाद |
2. ⚗️ धातु और अधातु के रासायनिक गुण
2.1 ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया
जब किसी धातु को ऑक्सीजन के संपर्क में लाया जाता है, तो कई धातुएँ उससे मिलकर धातु ऑक्साइड बनाती हैं। अभिक्रिया की गति हर धातु में समान नहीं होती—कुछ तेजी से अभिक्रिया करती हैं, जबकि कुछ बहुत धीरे। इसलिए समीकरण के साथ धातु की क्रियाशीलता पर भी ध्यान दें।
अधिकांश धातु ऑक्साइड क्षारीय होते हैं। Al₂O₃ और ZnO उभयधर्मी ऑक्साइड हैं, जो अम्ल तथा क्षारक दोनों से अभिक्रिया कर सकते हैं।
2.2 सक्रियता श्रेणी
धातुओं की अभिक्रिया करने की प्रवृत्ति समान नहीं होती। जो धातु अधिक आसानी से इलेक्ट्रॉन खोकर अभिक्रिया करती है, उसे यहाँ अधिक क्रियाशील माना जाता है। धातुओं को क्रियाशीलता के घटते क्रम में रखने पर सक्रियता श्रेणी मिलती है। इसे केवल रटें नहीं—इससे यह अनुमान लगाना सीखें कि कौन-सी धातु दूसरी धातु को उसके लवण के विलयन से विस्थापित कर सकती है।
2.3 जल और अम्ल से अभिक्रिया
जल के साथ धातु की अभिक्रिया उसकी सक्रियता पर निर्भर करती है। बहुत सक्रिय धातुएँ ठंडे जल से भी तीव्र अभिक्रिया कर सकती हैं, जबकि कुछ धातुएँ गर्म जल या भाप के साथ ही अभिक्रिया करती हैं। इसी तरह, कई धातुएँ तनु अम्ल से अभिक्रिया करके लवण और हाइड्रोजन गैस बनाती हैं। सभी धातुओं पर एक जैसा नियम लागू न करें—ताँबा जैसे कम क्रियाशील धातु सामान्य तनु HCl से हाइड्रोजन नहीं निकालते।
हाइड्रोजन गैस की पहचान जलती तीली लाने पर 'पॉप' ध्वनि से की जा सकती है।
3. 💎 आयनिक यौगिक
आयनिक यौगिक को समझने के लिए सोडियम क्लोराइड (साधारण नमक) का उदाहरण लेते हैं। सोडियम परमाणु अपना एक इलेक्ट्रॉन छोड़कर धनावेशित Na⁺ आयन बनाता है। क्लोरीन उस इलेक्ट्रॉन को ग्रहण करके ऋणावेशित Cl⁻ आयन बनाता है। विपरीत आवेश एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं और आयनिक यौगिक बनता है। यह इलेक्ट्रॉन का स्थानांतरण है, केवल दो परमाणुओं का आपस में चिपक जाना नहीं।
Na⁺ और Cl⁻ के बीच आकर्षण से NaCl बनता है।
| गुण | आयनिक यौगिक |
|---|---|
| कठोरता | प्रबल आयनिक आकर्षण के कारण सामान्यतः कठोर |
| गलनांक/क्वथनांक | सामान्यतः उच्च |
| विद्युत चालकता | ठोस में नहीं; पिघली अवस्था या जलीय विलयन में चालक |
| जल में घुलनशीलता | कई आयनिक यौगिक जल में घुलते हैं, पर सभी नहीं |
4. ⛏️ धातुओं का निष्कर्षण (धातुकर्म)
प्रकृति में अधिकांश धातुएँ शुद्ध अवस्था में नहीं, बल्कि दूसरे तत्वों के साथ बने यौगिकों के रूप में मिलती हैं। जिस खनिज से धातु को उचित खर्च और उपयोगी मात्रा में निकाला जा सके, उसे अयस्क कहते हैं। अयस्क से धातु निकालने और उसे उपयोग योग्य बनाने की पूरी प्रक्रिया धातुकर्म कहलाती है। इसे क्रम में समझें: अयस्क की सफाई/सांद्रता, यौगिक को उपयुक्त रूप में बदलना, धातु प्राप्त करना और अंत में शुद्ध करना।
4.1 अयस्क की सांद्रता
अयस्क से मिट्टी, बालू और अन्य अवांछित अशुद्धियों को हटाकर उपयोगी भाग का अनुपात बढ़ाया जाता है।
4.2 भर्जन (Roasting)
सल्फाइड अयस्क को वायु की उपस्थिति में गर्म करने पर सामान्यतः ऑक्साइड बनता है।
4.3 निस्तापन (Calcination)
कार्बोनेट अयस्क को सीमित वायु या बिना वायु के गर्म करने पर ऑक्साइड तथा CO₂ बनते हैं।
4.4 अपचयन और शुद्धिकरण
उपयुक्त धातु ऑक्साइड का अपचयन करके धातु प्राप्त की जाती है। अत्यधिक सक्रिय धातुओं के लिए विद्युत अपघटन उपयोगी है। प्राप्त धातु को आवश्यक शुद्धता तक पहुँचाने के लिए विद्युत-अपघटनी परिष्करण जैसी विधियाँ अपनाई जाती हैं। ताँबे के शुद्धिकरण में इसका उपयोग होता है।
5. 🛡️ संक्षारण और उससे बचाव
क्या आपने लोहे की पुरानी कील या बरसात में रखी लोहे की रेलिंग पर लाल-भूरी परत देखी है? यह जंग है। वायु की ऑक्सीजन, नमी और आसपास के वातावरण के प्रभाव से धातु की सतह का धीरे-धीरे खराब होना संक्षारण कहलाता है। इससे वस्तु कमजोर हो सकती है और आर्थिक नुकसान भी होता है। इसलिए बचाव के लिए सतह को पानी और वायु से अलग रखना या उपयुक्त सुरक्षात्मक परत चढ़ाना उपयोगी है।
लोहे की सतह पर नमी और ऑक्सीजन की उपस्थिति में जंग बनने की प्रक्रिया होती है।
लोहे पर जिंक की परत चढ़ाकर उसे वायु और नमी से बचाया जाता है।
सतह को वायु और पानी से अलग रखने के लिए पेंट या तेल लगाया जा सकता है।
उचित मिश्रातु बनाकर संक्षारण प्रतिरोध तथा अन्य उपयोगी गुणों में सुधार किया जा सकता है।
6. 🔧 मिश्रातु (Alloys)
कई बार शुद्ध धातु का गुण किसी काम के लिए पर्याप्त नहीं होता। ऐसे में दो या अधिक धातुओं, अथवा किसी धातु और अधातु को उचित अनुपात में मिलाकर मिश्रातु बनाई जाती है। उदाहरण के लिए, लोहे में कार्बन मिलाने से स्टील बनता है, जिसकी मजबूती कई निर्माण कार्यों में उपयोगी होती है। याद रखें कि मिश्रातु के गुण उसके घटकों और उनकी मात्रा पर निर्भर करते हैं।
| मिश्रातु | मुख्य घटक | उपयोग/विशेषता |
|---|---|---|
| पीतल | Cu + Zn | बर्तन, सजावटी वस्तुएँ |
| काँसा | Cu + Sn | सिक्के, मूर्तियाँ आदि |
| सोल्डर | Pb + Sn | धातु/तार जोड़ने में |
| स्टील | Fe + C | मजबूत निर्माण सामग्री |
| अमलगम | Hg + अन्य धातु | पारा वाली मिश्रातु |
📚 परीक्षा सारांश
- धातु सामान्यतः तन्य, आघातवर्ध्य और ऊष्मा और विद्युत के सुचालक होते हैं।
- पारा द्रव धातु और ग्रेफाइट विद्युत चालक अधातु का प्रमुख अपवाद है।
- सक्रियता श्रेणी: K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Pb > H > Cu > Hg > Ag > Au.
- सल्फाइड अयस्क → भर्जन; कार्बोनेट अयस्क → निस्तापन।
- Al₂O₃ और ZnO उभयधर्मी ऑक्साइड हैं।
- आयनिक यौगिकों के गलनांक सामान्यतः उच्च होते हैं; पिघली/जलीय अवस्था में विद्युत का संचालन कर सकते हैं।
- लोहे पर जिंक की परत चढ़ाना यशदलेपन कहलाता है।
- पीतल = Cu + Zn; काँसा = Cu + Sn; सोल्डर = Pb + Sn.
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