धातू आणि अधातू
भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवर आधारित एक इंटरॅक्टिव्ह मार्गदर्शक
भौतिक गुणधर्म
भौतिक गुणधर्म म्हणजे पदार्थाचे स्वरूप, रंग, कठीणपणा यांसारखे बाह्य गुणधर्म, जे रासायनिक रचनेत बदल न करता ओळखता येतात. या गुणधर्मांवरून धातू आणि अधातू सहज ओळखता येतात.
✨ चमक (Lustre)
धातू: सामान्यतः चमकदार असतात. उदा. सोने, चांदी, प्लॅटिनम.
अधातू: मंद दिसतात, त्यांना चमक नसते. (अपवाद: आयोडीन आणि हिरा चमकदार असतात).
🔨 लवचिकता (Malleability)
धातू: ठोकल्यास न तुटता पातळ पत्र्यात रूपांतरित होतात. याच गुणधर्मामुळे चांदीचा वर्ख मिठाईवर आणि ॲल्युमिनियम फॉइल अन्न गुंडाळण्यासाठी वापरतात.
अधातू: ठिसूळ असतात, ठोकल्यास त्यांचे तुकडे होतात.
🔗 तारकता (Ductility)
धातू: तारांमध्ये ओढले जाऊ शकतात. यामुळेच घरांमध्ये विजेसाठी तांब्याच्या आणि ॲल्युमिनियमच्या तारा वापरल्या जातात.
अधातू: तारकता हा गुणधर्म नसतो.
⚡ वाहकता (Conduction)
धातू: उष्णता आणि विद्युत यांचे उत्तम वाहक असतात. म्हणून स्वयंपाकाची भांडी धातूंची बनवतात.
अधातू: सामान्यतः उष्णता आणि विद्युत यांचे खराब वाहक (अपवाद: ग्रॅफाइट हा अधातू असूनही विजेचा सुवाहक आहे).
🔔 नादमयता (Sonorous)
धातू: ठोकल्यास किंवा आदळल्यास कर्णमधुर आवाज येतो. शाळेची घंटा धातूची असण्याचे हेच कारण आहे.
अधातू: नादमय नसतात, ठोकल्यास मंद आवाज येतो.
💪 कठीणपणा (Hardness)
धातू: सामान्यतः कठीण असतात. (अपवाद: सोडियम आणि पोटॅशियम इतके मऊ असतात की ते चाकूने कापता येतात).
अधातू: सामान्यतः मऊ असतात. (अपवाद: हिरा हा सर्वात कठीण नैसर्गिक पदार्थ आहे).
रासायनिक गुणधर्म
रासायनिक गुणधर्म हे पदार्थाच्या रासायनिक प्रक्रियेतील वर्तनावर आधारित असतात. या गुणधर्मांमुळे धातू आणि अधातू यांच्यातील फरक अधिक स्पष्ट होतो.
ऑक्सिजनशी प्रतिक्रिया
- धातू: ऑक्सिजनशी संयोग पावून बेसिक ऑक्साइड (Basic Oxides) तयार करतात. हे ऑक्साइड पाण्यात विरघळल्यावर लाल लिटमसला निळे करतात. उदा. मॅग्नेशियमची फीत जाळल्यावर मॅग्नेशियम ऑक्साइड (MgO) तयार होते.
- अधातू: ऑक्सिजनशी संयोग पावून अम्लीय ऑक्साइड (Acidic Oxides) तयार करतात. हे ऑक्साइड पाण्यात विरघळल्यावर निळ्या लिटमसला लाल करतात. उदा. गंधक जाळल्यावर सल्फर डायऑक्साइड (SO₂) तयार होतो.
विस्थापन प्रतिक्रिया (Displacement Reaction)
ही एक महत्त्वाची रासायनिक प्रतिक्रिया आहे, ज्यात जास्त सक्रिय धातू कमी सक्रिय धातूला त्याच्या संयुगाच्या द्रावणातून विस्थापित करतो (बाजूला काढतो). सक्रियता श्रेणीमध्ये जो धातू वर असतो, तो खाली असलेल्या धातूला विस्थापित करू शकतो. खालील प्रयोगातून हे समजून घेऊया.
कॉपर सल्फेट (CuSO₄) द्रावण
सक्रियतेचा क्रम:
जस्त (Zn) > लोखंड (Fe) > तांबे (Cu)
धातू आणि अधातूंचे उपयोग
आपल्या दैनंदिन जीवनात धातू आणि अधातू अत्यंत उपयुक्त आहेत. त्यांचे विविध गुणधर्म त्यांना वेगवेगळ्या कामांसाठी योग्य बनवतात.
🔩 धातूंचे उपयोग
- 🚗 यंत्रसामग्री, वाहने, विमाने: कठीणपणा आणि मजबुतीमुळे लोखंड, ॲल्युमिनियम वापरले जातात.
- 🍳 स्वयंपाकाची भांडी: उष्णतेचे चांगले वाहक असल्याने तांबे, ॲल्युमिनियम, स्टील वापरतात.
- 🔌 इलेक्ट्रिक तारा: विजेचे उत्तम वाहक असल्याने तांबे आणि ॲल्युमिनियम वापरतात.
- 💍 दागिने: चमक आणि निष्क्रियतेमुळे सोने, चांदी, प्लॅटिनम वापरले जातात.
- 🌡️ थर्मामीटर: पारा हा उष्णतेने नियमित प्रसरण पावणारा द्रव धातू आहे.
🌿 अधातूंचे उपयोग
- 💨 ऑक्सिजन: सजीवांच्या श्वसनासाठी अत्यावश्यक आहे.
- 🌱 नायट्रोजन: वनस्पतींच्या वाढीसाठी खतांमध्ये (उदा. युरिया) वापरला जातो.
- 🩹 आयोडीन: अँटिसेप्टिक (जंतुनाशक) म्हणून जखमांवर लावण्यासाठी वापरतात.
- 💧 क्लोरीन: जलशुद्धीकरण केंद्रांमध्ये पाणी निर्जंतुक करण्यासाठी वापरतात.
- 💥 गंधक, फॉस्फरस: फटाके, दियासिलाई आणि जंतुनाशकांमध्ये वापरले जातात.
सराव प्रश्न
सराव प्रश्न आणि उत्तरे
१. खालीलपैकी कोणता पदार्थ पातळ पत्र्यामध्ये ठोकता येतो?
उत्तर: झिंक
२. धातू अम्लांशी प्रतिक्रिया करून कोणता वायू तयार करतात?
उत्तर: हायड्रोजन
३. खालीलपैकी कोणता धातू खोलीच्या तापमानात द्रव असतो?
उत्तर: पारा
४. तांबे झिंक सल्फेटमधून झिंकला विस्थापित करू शकते का?
उत्तर: नाही (कारण तांबे झिंकपेक्षा कमी सक्रिय आहे)
५. अधातू ऑक्सिजनशी संयोग पावून कोणत्या प्रकारचे ऑक्साइड तयार करतात?
उत्तर: अम्लीय ऑक्साइड
६. शाळेची घंटा धातूची का बनलेली असते?
उत्तर: कारण ते नादमय असते
७. खालीलपैकी कोणता अधातू विजेचा सुवाहक आहे?
उत्तर: ग्रॅफाइट
८. अत्यंत सक्रिय असल्यामुळे कोणत्या धातूला केरोसिनमध्ये ठेवले जाते?
उत्तर: सोडियम
९. मिठाईवर लावला जाणारा चांदीचा वर्ख धातूच्या कोणत्या गुणधर्माचे उदाहरण आहे?
उत्तर: लवचिकता
१०. जेव्हा लोखंडी खिळा कॉपर सल्फेटच्या द्रावणात ठेवला जातो, तेव्हा द्रावणाचा निळा रंग का नाहीसा होतो?
उत्तर: कारण लोखंड तांब्याला विस्थापित करते
परिचय
आपण लोह, ॲल्युमिनियम, तांबे इत्यादी अनेक साहित्यांशी परिचित आहात. या साहित्यांचे गुणधर्म त्यांना धातू आणि अधातू यामध्ये वर्गीकृत करतात. धातू आणि अधातू यांचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांवर आधारित त्यांचे वर्गीकरण केले जाते.
तक्ता 4.1: साहित्यांचे स्वरूप आणि कठोरता Fill the table
| वस्तू/साहित्य | स्वरूप (चमकदार/मंद) | कठोरता (खूप कठीण/फार कठीण नाही) |
|---|---|---|
| लोह | ||
| कोळसा | ||
| गंधक | ||
| ॲल्युमिनियम | ||
| तांबे |
नोंद: यापैकी लोह, ॲल्युमिनियम आणि तांबे हे धातू आहेत, तर कोळसा आणि गंधक हे अधातू आहेत. चमक आणि कठोरता हे भौतिक गुणधर्म आहेत.
4.1 धातू आणि अधातू यांचे भौतिक गुणधर्म
कृती 4.1: लवचिकता (Malleability)
- प्रक्रिया: एक लहान लोखंडी खिळा, कोळशाचा तुकडा, जाड ॲल्युमिनियम वायर आणि पेन्सिल लेड घ्या. लोखंडी खिळ्याला हातोड्याने मारा (सावधगिरी बाळगा). ॲल्युमिनियम वायर, कोळसा आणि पेन्सिल लेडवरही असेच करा.
- निरीक्षण: वस्तू/साहित्य आकारात बदल (पट्टी होते/तुकडे होतात) लोखंडी खिळा कोळशाचा तुकडा ॲल्युमिनियम वायर पेन्सिल लेड
- निष्कर्ष: लोखंडी खिळा आणि ॲल्युमिनियम वायर यांचा आकार मारल्याने बदलतो आणि ते पातळ पत्र्यांमध्ये रूपांतरित होऊ शकतात. याला लवचिकता म्हणतात, जो धातूंचा वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म आहे. कोळसा आणि पेन्सिल लेड या अधातूंना ही लवचिकता दिसत नाही.
उष्णता आणि विद्युत वाहकता
- उदाहरण: गरम धातूच्या पॅनला प्लास्टिक किंवा लाकडी हँडलशिवाय धरता येत नाही, कारण धातू उष्णतेचे चांगले वाहक असतात, तर लाकूड आणि प्लास्टिक उष्णतेचे वाईट वाहक असतात.
- कृती 4.2: विद्युत वाहकता:
- विद्युत परिपथ तयार करा आणि खालील साहित्यांचा उपयोग करून त्यांची विद्युत वाहकता तपासा: क्र.सं. साहित्य चांगला वाहक / खराब वाहक 1. लोखंडी रॉड/खिळा 2. गंधक 3. कोळशाचा तुकडा 4. तांब्याची वायर
- निष्कर्ष: लोखंडी रॉड, खिळा आणि तांब्याची वायर विद्युतेचे चांगले वाहक आहेत, तर गंधक आणि कोळसा खराब वाहक आहेत.
ध्वनिकता (Sonority)
- धातूंना कठीण पृष्ठभागावर टाकल्यास किंकाळीचा आवाज येतो, याला ध्वनिकता म्हणतात. अधातू, जसे की कोळसा, ध्वनिक नसतात.
- उदाहरण: मंदिरात लाकडी घंटा वापरल्या जात नाहीत, कारण लाकूड ध्वनिक नाही.
धातू आणि अधातूंचे सामान्य गुणधर्म
- धातू: चमकदार, कठीण, लवचिक, तन्य, ध्वनिक, उष्णता आणि विद्युतेचे चांगले वाहक. उदाहरणे: लोह, तांबे, ॲल्युमिनियम, कॅल्शियम, मॅग्नेशियम.
- अधातू: मंद, मऊ, लवचिक आणि तन्य नसतात, ध्वनिक नसतात, उष्णता आणि विद्युतेचे खराब वाहक. उदाहरणे: गंधकNäल, कार्बन, ऑक्सिजन, फॉस्फरस.
- अपवाद: सोडियम आणि पोटॅशियम हे मऊ धातू आहेत आणि पारा हा खोलीच्या तापमानात द्रव अवस्थेत असणारा एकमेव धातू आहे.
4.2 धातू आणि अधातूंचे रासायनिक गुणधर्म
A. ऑक्सिजनशी प्रतिक्रिया
- धातू:
- लोह + ऑक्सिजन + पाणी → गंज (लोह ऑक्साइड, Fe₂O₃·nH₂O)
- मॅग्नेशियम + ऑक्सिजन → मॅग्नेशियम ऑक्साइड (2Mg + O₂ → 2MgO)
- गंजाची प्रकृती: पाण्यात गंज मिसळून तपासल्यास लाल लिटमस पेपर निळा होतो, म्हणजे गंजाची प्रकृती क्षारयुक्त आहे.
- तांब्यावर आर्द्र हवेत हिरवा थर तयार होतो, जो तांब्याच्या हायड्रॉक्साइड [Cu(OH)₂] आणि तांब्याच्या कार्बोनेट [CuCO₃] यांचा मिश्रण आहे.
- प्रतिक्रिया: 2Cu + H₂O + CO₂ + O₂ → Cu(OH)₂ + CuCO₃
- मॅग्नेशियम ऑक्साइड पाण्यात विरघळल्यास क्षारयुक्त द्रावण तयार होते.
- अधातू:
- गंधक + ऑक्सिजन → गंधक डायऑक्साइड (SO₂)
- गंधक डायऑक्साइड + पाणी → गंधकाम्ल (H₂SO₃)
- गंधकाम्ल लाल लिटमस पेपर लाल राहतो, म्हणजे अधातूंचे ऑक्साइड आम्लयुक्त असतात.
B. पाण्याशी प्रतिक्रिया
- धातू:
- सोडियम पाण्याशी जोरदार प्रतिक्रिया देतो आणि उष्णता निर्माण करतो:
- सोडियम + पाणी → सोडियम हायड्रॉक्साइड + हायड्रोजन वायू (2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂)
- द्रावण लाल लिटमस पेपरला निळे करते, म्हणजे क्षारयुक्त.
- लोह पाण्याशी हळू प्रतिक्रिया देतो.
- सोडियम पाण्याशी जोरदार प्रतिक्रिया देतो आणि उष्णता निर्माण करतो:
- अधातू: सामान्यतः पाण्याशी प्रतिक्रिया देत नाहीत. उदा., फॉस्फरस हवेत जळतो, त्यामुळे तो पाण्यात साठवला जातो.
C. आम्लांशी प्रतिक्रिया
- कृती 4.6: टेस्ट ट्यूब लेबल धातू/अधातू डायल्यूट हायड्रोक्लोरिक आम्लाशी प्रतिक्रिया डायल्यूट सल्फ्युरिक आम्लाशी प्रतिक्रिया A मॅग्नेशियम (रिबन) B ॲल्युमिनियम (फॉइल) C लोह (फायलिंग्स) D तांबे (पील्ड वायर) E गंधक F कोळसा
- निष्कर्ष: धातू आम्लांशी प्रतिक्रिया देऊन हायड्रोजन वायू तयार करतात, जो जळत्या काडीने ‘पॉप’ आवाज करतो. अधातू सामान्यतः आम्लांशी प्रतिक्रिया देत नाहीत. तांबे डायल्यूट हायड्रोक्लोरिक आम्लाशी प्रतिक्रिया देत नाही, पण सल्फ्युरिक आम्लाशी प्रतिक्रिया देते.
D. क्षारांशी प्रतिक्रिया
- धातू: ॲल्युमिनियम सोडियम हायड्रॉक्साइडशी प्रतिक्रिया देऊन हायड्रोजन वायू तयार करतो.
- अधातू: क्षारांशी प्रतिक्रिया गुंतागुंतीची असते.
E. विस्थापन प्रतिक्रिया
- कृती 4.8:
- बीकर A: तांब्याचे सल्फेट (CuSO₄) + झिंक (Zn) → झिंक सल्फेट (ZnSO₄) + तांबे (Cu)
- बीकर B: तांब्याचे सल्फेट (CuSO₄) + लोह (Fe) → लोह सल्फेट (FeSO₄) + तांबे (Cu)
- बीकर C, D, E मध्ये विस्थापन प्रतिक्रिया होत नाहीत, कारण झिंक आणि लोह तांब्यापेक्षा अधिक सक्रिय आहेत.
- निष्कर्ष: अधिक सक्रिय धातू कमी सक्रिय धातूला त्याच्या संयुगातून विस्थापित करतो. सक्रियतेची क्रमवारी: झिंक > लोह > तांबे.
4.3 धातू आणि अधातूंचे उपयोग
- धातूंचे उपयोग:
- यंत्रसामग्री, वाहने, विमाने, ट्रेन, उपग्रह, औद्योगिक उपकरणे, स्वयंपाकाची भांडी, पाण्याचे बॉयलर इत्यादी.
- अधातूंचे उपयोग:
- ऑक्सिजन: श्वसनासाठी आवश्यक.
- नायट्रोजन: खतांमध्ये वनस्पतींच्या वाढीसाठी.
- क्लोरीन: पाण्याच्या शुद्धीकरणासाठी.
- आयोडीन: जखमांवर अँटिसेप्टिक म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या जांभळ्या रंगाच्या द्रावणात.
- गंधक: फटाक्यांमध्ये.
मूलद्रव्ये
- रासायनिक प्रतिक्रियांद्वारे पुढे विघटित न होणारी पदार्थ म्हणजे मूलद्रव्ये. उदा., गंधक, लोह, कार्बन.
- मूलद्रव्याचा सर्वात लहान एकक म्हणजे अणू.
- विश्वात 92 नैसर्गिक मूलद्रव्ये आहेत, त्यापैकी बहुतेक धातू आहेत, 20 पेक्षा कमी अधातू आहेत, आणि काही मेटलॉइड्स (धातू आणि अधातूंचे गुणधर्म असणारे) आहेत.
शिकलेल्या गोष्टी
- धातू चमकदार, लवचिक, तन्य, ध्वनिक, उष्णता आणि विद्युतेचे चांगले वाहक असतात.
- अधातू मंद, मऊ, ध्वनिक नसतात, उष्णता आणि विद्युतेचे खराब वाहक असतात.
- धातू ऑक्सिजनशी प्रतिक्रिया देऊन क्षारयुक्त ऑक्साइड तयार करतात, तर अधातू आम्लयुक्त ऑक्साइड तयार करतात.
- काही धातू पाण्याशी प्रतिक्रिया देऊन हायड्रोजन वायू आणि धातू हायड्रॉक्साइड तयार करतात. अधातू सामान्यतः पाण्याशी प्रतिक्रिया देत नाहीत.
- धातू आम्लांशी प्रतिक्रिया देऊन हायड्रोजन वायू तयार करतात, तर अधातू सामान्यतः प्रतिक्रिया देत नाहीत.
- काही धातू क्षारांशी हायड्रोजन वायू तयार करतात.
- अधिक सक्रिय धातू कमी सक्रिय धातूला विस्थापित करतो.
- धातू आणि अधातूंचा दैनंदिन जीवनात विविध उपयोग होतो.
practice questions
- खालीलपैकी कोणता पदार्थ पातळ पत्र्यांमध्ये मारला जाऊ शकतो?
- (a) झिंक ✅
- (b) फॉस्फरस
- (c) गंधक
- (d) ऑक्सिजन
- खालीलपैकी कोणते विधान बरोबर आहे?
- (a) सर्व धातू तन्य असतात.
- (b) सर्व अधातू तन्य असतात.
- (c) सामान्यतः धातू तन्य असतात. ✅
- (d) काही अधातू तन्य असतात.
- रिकाम्या जागा भरा:
- (a) फॉस्फरस हा अत्यंत ___ अधातू आहे. (सक्रिय)
- (b) धातू उष्णता आणि ___ यांचे चांगले वाहक असतात. (विद्युत)
- (c) लोह तांब्यापेक्षा ___ सक्रिय आहे. (अधिक)
- (d) धातू आम्लांशी प्रतिक्रिया देऊन ___ वायू तयार करतात. (हायड्रोजन)
- खरे (T) किंवा खोटे (F) ठरवा:
- (a) सामान्यतः अधातू आम्लांशी प्रतिक्रिया देतात. (F)
- (b) सोडियम हा अत्यंत सक्रिय धातू आहे. (T)
- (c) तांबे झिंक सल्फेट द्रावणातून झिंकला विस्थापित करते. (F)
- (d) कोळसा तारांमध्ये ओढला जाऊ शकतो. (F)
- खालील तक्त्यातील गुणधर्मांवर आधारित धातू आणि अधातू यांच्यात फरक करा: गुणधर्म धातू अधातू 1. स्वरूप चमकदार मंद 2. कठोरता कठीण मऊ 3. लवचिकता लवचिक लवचिक नसतात 4. तन्यता तन्य तन्य नसतात 5. उष्णता वाहकता चांगली खराब 6. विद्युत वाहकता चांगली खराब
- खालील कारणे द्या:
- (a) ॲल्युमिनियम फॉइलचा उपयोग अन्नपदार्थ गुंडाळण्यासाठी का केला जातो?
- कारण ॲल्युमिनियम लवचिक आहे आणि पातळ पत्र्यांमध्ये सहज बनवता येतो.
- (b) द्रव गर्म करण्यासाठी इमर्शन रॉड्स धातूंच्या का बनवल्या जातात?
- कारण धातू उष्णतेचे चांगले वाहक असतात.
- (c) तांबे झिंक सल्फेट द्रावणातून झिंकला विस्थापित का करू शकत नाही?
- कारण तांबे झिंकपेक्षा कमी सक्रिय आहे.
- (d) सोडियम आणि पोटॅशियम यांना रॉकेलमध्ये का साठवले जाते?
- कारण ते हवेत आणि पाण्याशी जोरदार प्रतिक्रिया देतात.
- (a) ॲल्युमिनियम फॉइलचा उपयोग अन्नपदार्थ गुंडाळण्यासाठी का केला जातो?
- लिंबाचा लोणचा ॲल्युमिनियमच्या भांड्यात साठवता येईल का? का?
- नाही, कारण लिंबामध्ये आम्ल असते, जे ॲल्युमिनियमशी प्रतिक्रिया देऊन हायड्रोजन वायू तयार करते आणि भांडे खराब होऊ शकते.
- कॉलम I मधील पदार्थ आणि कॉलम II मधील उपयोग यांचे जुळवा: कॉलम I कॉलम II (i) सोने (c) दागिने (ii) लोह (e) यंत्रसामग्री (iii) ॲल्युमिनियम (a) अन्न गुंडाळण्यासाठी (iv) कार्बन (d) इंधन (v) तांबे (b) विद्युत तार (vi) पारा (f) थर्मामीटर
- खालीलप्रमाणे काय होते:
- (a) डायल्यूट सल्फ्युरिक आम्ल तांब्याच्या प्लेटवर ओतल्यास?
- तांबे डायल्यूट सल्फ्युरिक आम्लाशी प्रतिक्रिया देते आणि हायड्रोजन वायू तयार करते.
- शब्द समीकरण: तांबे + सल्फ्युरिक आम्ल → तांब्याचे सल्फेट + हायड्रोजन वायू
- (b) लोखंडी खिळे तांब्याच्या सल्फेट द्रावणात ठेवल्यास?
- लोह तांब्याला विस्थापित करते आणि तांब्याचा लाल रंगाचा थर तळाशी जमा होतो.
- शब्द समीकरण: लोह + तांब्याचे सल्फेट → लोह सल्फेट + तांबे
- (a) डायल्यूट सल्फ्युरिक आम्ल तांब्याच्या प्लेटवर ओतल्यास?
- सलोनीने जळता कोळसा घेऊन त्यातून निघणारा वायू टेस्ट ट्यूबमध्ये गोळा केला.
- (a) त्या वायूची प्रकृती कशी तपासावी?
- वायू पाण्यात विरघळवून द्रावण लाल आणि निळ्या लिटमस पेपरने तपासावे. जर लाल लिटमस पेपर लाल राहिला, तर वायू आम्लयुक्त आहे.
- (b) यात होणाऱ्या सर्व प्रतिक्रियांची शब्द समीकरणे:
- कोळसा + ऑक्सिजन → कार्बन डायऑक्साइड
- कार्बन डायऑक्साइड + पाणी → कार्बोनिक आम्ल
- (a) त्या वायूची प्रकृती कशी तपासावी?
- रीताने तिच्या आईसोबत जुन्या सोन्याच्या दागिन्यांना पॉलिश करण्यासाठी दिले, पण त्यांचे वजन थोडे कमी झाले. याचे कारण काय?
- पॉलिशिंग प्रक्रियेत सोन्याचा काही भाग घासला जाऊन कमी होतो.
By
