UPboard Class 10th Science : Chapter 3

 Chapter 3: Metals and Non-metals (धातु एवं अधातु)

Metals (धातु)

Definition (परिभाषा):

Elements that are good conductors of heat and electricity, malleable, and ductile are called metals. 

Examples :Sodium (Na), Potassium (K), Magnesium (Mg), Iron (Fe), Aluminium (Al), Calcium (Ca).

(वे तत्व जो ऊष्मा और विद्युत के सुचालक होते हैं, आघातवर्ध्य और तन्य होते हैं, धातु कहलाते हैं। 

उदाहरण : सोडियम, पोटैशियम, मैग्नीशियम, लोहा, ऐलुमिनियम, कैल्शियम।)

Physical Properties of Metals (धातुओं के भौतिक गुण)

1. Lustre (चमक): Metals have a shiny surface.

(धातुओं की सतह चमकदार होती है।)

2. Malleability (आघातवर्ध्यता): Metals can be beaten into thin sheets.

(इन्हें पीटकर पतली चादरें बनाई जा सकती हैं।)

3. Ductility (तन्यता): Metals can be drawn into thin wires.

(इन्हें खींचकर पतले तार बनाए जा सकते हैं।)

4. Sonority (ध्वनिकता): Metals produce sound when struck on a hard surface.

(धातुएँ कठोर सतह से टकराने पर ध्वनि उत्पन्न करती हैं।)

5. Conductivity (चालकता): Metals are good conductors of heat and electricity.

(धातु ऊष्मा और विद्युत के सुचालक होते हैं।)

Chemical Properties of Metals (धातुओं के रासायनिक गुण)

1. Reaction with Oxygen (ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया):

Metals react with oxygen to form metal oxides, which are generally basic or amphoteric.

Metal + Oxygen → Metal Oxide

2Cu+O2——->2CuO

*Sodium and potassium metals react so fast that they catch fire if kept in the open, therefore they are kept immersed in kerosene oil to prevent them from catching fire.

*When aluminium metal is left in the open air, the metal reacts with air to form a thin layer of aluminium oxide which protects it from corrosion. The process of electrolyzing this layer is called Anodization.

(धातुएँ ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके धातु ऑक्साइड बनाती हैं, जो सामान्यतः क्षारीय या उभयधर्मी होते हैं।

धातु +ऑक्सीजन → धातु ऑक्साइड

2Cu+O2——->2CuO

*सोडीयम व पोटैशियम धातुएं तेज़ी से अभिक्रिया करती हैं की खुले में रखने पर आग पकड़ लेती हैं इसलिए इन्हें आग से रोकने के लिए केरोसिन तेल में डुबो कर रखा जाता है।

*ऐलुमिनियम धातु को वायु में खुला छोड़ने पर धातु वायु से क्रिया करके ऐलुमिनियम ऑक्साइड की पतली सी परत बनाता है जो इसे संक्षारण से बचाती है।इस परत का विद्युत अपघटन करने की प्रक्रिया एनोडिकरण कहलाती है।)

2. Reaction with Water (पानी के साथ अभिक्रिया):

Some metals react with water to produce hydrogen gas.

Metal + Water—–> Metal Oxide + Hydrogen

2Na + 2H2O——> 2NaOH + H2+ Thermal Energy

*Metals like Iron (Fe), Zinc (Zn), Aluminium (Al), Magnesium (Mg) react with steam to form their oxides and hydrogen gas (H2).

*Metals like Lead, Copper, Silver and Gold do not react with water at all.

(कुछ धातुएँ पानी के साथ अभिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करती हैं।

धातु+जल—–>धातु ऑक्साइड+हाइड्रोजन

2Na +2H2O——> 2NaOH + H2+ऊष्मीय ऊर्जा

*आयरन ( Fe), जिंक ( Zn ), ऐलुमिनियम ( AI ), मैग्नीशियम ( Mg ), आदि धातुएँ भाप से क्रिया करके उनके ऑक्साइड तथा हाइड्रोजन गैस ( H2) निर्मित करती हैं ।

 *लेड, कॉपर, सिल्वर एवं गोल्ड आदि धातुएँ जल के साथ बिलकुल अभिक्रिया नही करती हैं।)

3. Reaction with Acids (अम्लों के साथ अभिक्रिया):

Metals react with dilute acids to form salts and hydrogen gas.

Metal + dilute acid → metal salt + hydrogen

2Na + 2HCl —–>2NaCl + H2

*Due to low activity of copper (Cu), silver (Ag) and gold (Au), these metals do not react with dilute acids.

*Aqua Regia is the mixture of concentrated hydrochloric acid (HCI) and concentrated nitric acid (HNO3), it is called aqua regia. It is a burning liquid and is a strong corrosive. It has the ability to melt gold (Au) and platinum (Pt).

(धातुएँ तनु अम्लों के साथ अभिक्रिया करके लवण और हाइड्रोजन गैस बनाती हैं।)

धातु + तनु अम्ल → धातु लवण + हाइड्रोजन

2Na + 2HCl —–>2NaCl + H2

*कॉपर ( Cu ), सिल्वर ( Ag ) तथा सोना ( Au ) की कम सक्रियता के कारण ये धातुएँ तनु अम्लों के साथ कोई क्रिया नहीं करती हैं ।

*अम्लराज या ऐक्वा – रेजिया सान्द्र हाइड्रोक्लोरिक अम्ल ( HCI ) तथा सान्द्र नाइट्रिक अम्ल ( HNO3 ) का वह मिश्रण होता है , अम्लराज ( Aqua – regia ) कहलाता है यह भभकता द्रव होने के साथ प्रबल संक्षारक ( Corrosive) है। सोना ( Au ) तथा प्लेटिनम ( Pt ) को गलाने की क्षमता रखता है ।

4.Reaction of metals with salt solutions(धातुओं की लवण विलयनो के साथ अभिक्रिया ) :

A more reactive metal displaces a less reactive metal from the solution of its compound.

Example: On adding a rod of Zn to a solution of iron sulphate FeSO4, zinc metal displaces iron from the iron sulphate solution to form zinc sulphate (ZnSO4).

(अधिक अभिक्रियाशील धातु अपने से कम अभि-क्रियाशील धातु को उसके यौगिक के विलयन से विस्थापित कर देती है।

उदाहरण : आयरन सल्फ़ेट FeSO4 के विलयन में Zn की छड़ डालने पर ज़िंक धातु आयरन सल्फ़ेट के विलयन से आयरन को विस्थापित करके ज़िंक सल्फेट (ZnSO4) बनाता है।)

5.Activity series of metals (धातुओं की सक्रियता श्रेणी) :

Activity series is a list in which metals are arranged in descending order of their reactivity.

Metals which are located above hydrogen are called active metals (K, Na, Ca) and metals which are located below hydrogen are called inert metals.

(Most reactive)

K Potassium

Na Sodium

Ca Calcium

Mg Magnesium

Al Aluminium

Zn Zinc

Fe Iron

Pb Lead

H Hydrogen

Cu Copper

Hg Mercury

Ag Silver

Au Gold (least reactive)

*NOTE Hydrogen also has non-metallic properties, but due to its being electropositive it is placed in the activity series

[सक्रियता श्रेणी वह सूची है जिसमें धातुओं की क्रियाशीलता को अवरोही क्रम(घटते क्रम) में व्यवस्थित किया जाता है।

वे धातुएँ,जो हाइड्रोजन से ऊपर स्थित होती है,सक्रिय धातुए (K,Na,Ca) तथा वह धातुएँ जो हाइड्रोजन से नीचे स्थित होती है, अक्रिय धातुएँ कहलाती हैं।

( सबसे अधिक अभिक्रियाशील )

K पोटेशियम

Na सोडियम

Ca कैल्शियम

Mg मैग्नीशियम

Al एल्युमिनिय

Zn जिंक

Fe आयरन

Pb लेड

H हाइड्रोजन

Cu कॉपर

Hg मर्करी

Ag सिल्वर

Au गोल्ड (सबसे कम अभिक्रियाशील)

*NOTE हाइड्रोजन में भी अधात्विक गुण होते हैं,परन्तु इसकी विद्युतधनात्मक होने के कारण इसे सक्रियता श्रेणी में रखा गया है।]

Non-metals (अधातु)

Definition (परिभाषा):

Elements that are poor conductors of heat and electricity, brittle, and lack metallic luster are called non-metals.

(वे तत्व जो ऊष्मा और विद्युत के कुचालक होते हैं, भंगुर होते हैं, और जिनमें धात्विक चमक नहीं होती, अधातु कहलाते हैं।)

Examples (उदाहरण):

Oxygen (O), Hydrogen (H), Nitrogen (N), Sulfur (S), Phosphorus (P).

(ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, सल्फर, फॉस्फोरस।)

Physical Properties of Non-metals (अधातुओं के भौतिक गुण)

1. Lack of Lustre (चमक का अभाव): Non-metals do not have a shiny surface.

*Iodine and graphite are shiny.

(अधातुओं में धात्विक चमक नहीं होती।

*आयोडीन व ग्रेफाइट चमकीले होते ।)

2. Non-Malleability (आघातवर्ध्यता का अभाव): Non-metals are not malleable; they are brittle.

(अधातुएँ आघातवर्ध्य नहीं होतीं; वे भंगुर होती हैं।)

3. Non-Ductility (तन्यता का अभाव): Non-metals cannot be drawn into wires.

(अधातुओं को खींचकर तार नहीं बनाया जा सकता।)

4. Poor Conductivity (चालकता का अभाव): Non-metals are poor conductors of heat and electricity.

Carbon is a non-metal. It is found in many forms which are called allotropes. Graphite is a good conductor of electricity.

(अधातु ऊष्मा और विद्युत के कुचालक होते हैं।कार्बन एक अधातु है।यर कई रूपों में पाई जाती है।जिसे अपररूप ( Allotrope ) कहते है। ग्रेफाइट विद्युत का सुच।लक है।)

5. Melting Point [गलनांक] :

Non-metals have low melting points.

Example: The melting point of gallium and caesium metals is so low that they start melting when placed on the palm.

[अधातुओं के गलनांक कम होते है।

उदाहरण- गैलियम व सीजियम धातुओ का गलनांक इतना कम होता ह के हथेली पर रखते ही पिघलने लगती हैं।]

Chemical Properties of Non-metals (अधातुओं के रासायनिक गुण)

1. Reaction with Oxygen (ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया):

Non-metals react with oxygen to form acidic oxides.

(अधातुएँ ऑक्सीजन के साथ मिलकर अम्लीय ऑक्साइड बनाती हैं।)

2. Reaction with Metals (धातुओं के साथ अभिक्रिया):

Non-metals react with metals to form ionic compounds.

(अधातुएँ धातुओं के साथ मिलकर आयनिक यौगिक बनाती हैं।)

Ionic bond or electrovalent bond[आयनिक बन्ध या विद्युत संयोजक बन्ध] :

The compounds formed by exchange of electrons from metal to nonmetal are called ionic compounds or electrovalent compounds.

[धातु से अधातु में इलेक्ट्रॉन के लेन देन द्वारा बने यौगिकों को आयनिक योगिक या विद्युत संयोजक यौगिक कहते है।]

Corrosion (संक्षारण) :

The unwanted reaction of metals with environmental factors is called corrosion.

(धातुओं की सतह पर पर्यावरण के प्रभाव से होने वाले अवांछित परिवर्तन को संक्षारण कहते हैं।)

Example (उदाहरण):Rusting of iron (लोहे का जंग लगना)।

Prevention (बचाव):

1. Coating the metal surface with paint, oil, or grease. (धातु की सतह पर पेंट, तेल या ग्रीस का लेप।)

2. Galvanization  : The process of applying a thin layer of zinc on iron and steel objects is called galvanization.

This process is done by dipping the object in liquid zinc. [यशदलेपन : लोहे एवं इस्पात की वस्तुओं पर जस्ते ( जिंक ) की पतली परत चढ़ाने की प्रक्रिया यशदलेपन कहलाती है इस प्रक्रिया में वस्तु को द्रवित जिंक में डुबोकर किया जाता है । ]

Minerals: Elements or compounds found naturally in the earth's crust are called minerals. [खनिज :पृथ्वी की भूपर्पटी में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों या यौगिकों को खनिज कहते हैं ।]

Ore: At some places, minerals contain a particular metal in large quantities which is beneficial to extract. These minerals are called ores.

[अयस्क : कुछ स्थानों पर खनिजों में कोई विशेष धातु काफ़ी मात्रा में होती है जिसे निकालना लाभकारी होता है । इन खनिजों को अयस्क कहते हैं ।]

Alloy : A homogeneous mixture of two or more metals is called an alloy.

[मिश्रधातु : दो या दो से अधिक धातुओं के समांगी मिश्रण को मिश्रधातु कहते है।]

Extraction of metals :

The process of obtaining pure metals from metallic compounds is called extraction of metal.

Metals found in free state:

Metals at the bottom of the activity series like gold, silver, platinum and copper are found in free state.

Metals found in combined state:

Metals like copper and silver are found as sulphide or oxide ores.

Highly active metals:

Metals at the top of the activity series like potassium (K), sodium (Na), calcium (Ca), magnesium (Mg) are not found in free state.

Moderately active metals:

Metals in the middle of the activity series like zinc (Zn), iron (Fe), lead (Pb) are found as sulphides, oxides or carbonates.

[धातुओं का निष्कर्षण  :

धातु यौगिकों से शुद्ध धातु प्राप्त करने की प्रक्रिया को धातु का निष्कर्षण कहते हैं।]

स्वतंत्र अवस्था में पाई जाने वाली धातुएँ:

सक्रियता श्रेणी में नीचे आने वाली धातुएँ जैसे सोना, चाँदी, प्लेटिनम और ताँबा स्वतंत्र अवस्था में पाई जाती हैं।

संयुक्त अवस्था में पाई जाने वाली धातुएँ:

कॉपर और सिल्वर जैसे धातु सल्फाइड या ऑक्साइड अयस्क के रूप में मिलते हैं।

अत्यधिक सक्रिय धातुएँ:

सक्रियता श्रेणी में ऊपर की धातुएँ जैसे पोटैशियम (K), सोडियम (Na), कैल्शियम (Ca), मैग्नीशियम (Mg) स्वतंत्र अवस्था में नहीं पाई जातीं।

मध्यम सक्रिय धातुएँ:

सक्रियता श्रेणी के मध्य की धातुएँ जैसे जिंक (Zn), आयरन (Fe), लेड (Pb) सल्फाइड, ऑक्साइड या कार्बोनेट के रूप में पाई जाती हैं।]

Stages of Extraction of Metals

[धातुओं के निष्कर्षण के चरण] :

1. Enrichment of Ore:

Ores contain impurities such as clay, sand etc. which are called gangue.

Different techniques are used to remove gangue depending upon the physical and chemical properties of the ore and gangue.

 [अयस्क का समृद्धिकरण :

अयस्कों में मिट्टी, रेत जैसी अशुद्धियाँ होती हैं जिन्हें गैंग (Gangue) कहते हैं।

गैंग को हटाने के लिए अयस्क और गैंग के भौतिक एवं रासायनिक गुणों के आधार पर विभिन्न तकनीकों का प्रयोग किया जाता है।]

2.Extraction of metals based on activity series

[धातुओं का निष्कर्षण सक्रियता श्रेणी के आधार पर] :

A. Extraction of the following reactive metals:

Pure metals are obtained by simply heating these metals. Examples:

1. Cinnabar (HgS):

3HgS + 3O2 → 2HgO + 2SO2

2HgO → 2Hg + O2

2. Copper (Cu):

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2

[निम्न अभिक्रियाशील धातुओं का निष्कर्षण:

इन धातुओं को केवल गर्म करने से शुद्ध धातु प्राप्त हो जाती है। उदाहरण:

1. सिनाबार (HgS):

3HgS + 3O2 → 2HgO + 2SO2

2HgO → 2Hg + O2

2. कॉपर (Cu):

2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2

]

B. Extraction of moderately reactive metals:

Sulphide ore is converted into oxide by roasting.

Carbonate ore is converted into oxide by calcination.

Oxide is reduced by carbon to obtain metal. Example:

1. Roasting : When sulphide ore is heated in the presence of air at a temperature lower than its melting point, it gets converted into oxide. This process is called roasting.

2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2

2. Calcination : The process of converting concentrated ore into oxide by heating it below its melting point but at a high temperature in the absence of air is called calcination.

ZnCO3 → ZnO + CO2

3. Reduction of ore oxides : This is the process of converting metal oxide ore into metal. This can be done by heating the oxide.

ZnO + C → Zn + CO

Displacement reaction:

3MnO_2 + 4Al → 3Mn + 2Al_2O_3 + Heat

[B. मध्यम अभिक्रियाशील धातुओं का निष्कर्षण:

सल्फाइड अयस्क को भर्जन (Roasting) द्वारा ऑक्साइड में बदला जाता है।

कार्बोनेट अयस्क को निस्तापन (Calcination) द्वारा ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है।

ऑक्साइड को कार्बन से अपचयित कर धातु प्राप्त की जाती है। उदाहरण:

1. भर्जन (Roasting): सल्फाइड अयस्क को वायु की उपस्थिति में गलनांक बिन्दु से निम्न ताप पर गर्म करने पर यह ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है । इस प्रक्रिया को भर्जन कहते हैं ।

2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2

2.निस्तापन ( Calcination ) वायु की अनुपस्थिति में सान्द्रित अयस्क को उसके गलनांक से नीचे परन्तु उच्च ताप पर गर्म करके ऑक्साइड में परिवर्तित करने का प्रक्रम निस्तापन कहलाता है ।

ZnCO3 → ZnO + CO2

3.अयस्क ऑक्साइड का अपचयन यह धातु ऑक्साइड अयस्क के धातु में बदलने की प्रक्रिया है । यह ऑक्साइड को गर्म करके की जा सकती है ।

ZnO + C → Zn + CO

विस्थापन अभिक्रिया:

3MnO_2 + 4Al → 3Mn + 2Al_2O_3 + Heat

]

C. Extraction of highly reactive metals:

These metals are obtained from their compounds by electrolytic reduction.

Examples: Sodium (Na), Magnesium (Mg), Calcium (Ca)

[ उच्च अभिक्रियाशील धातुओं का निष्कर्षण:

इन धातुओं को उनके यौगिकों से विद्युत अपघटनी अपचयन द्वारा प्राप्त किया जाता है।

उदाहरण: सोडियम (Na), मैग्नीशियम (Mg), कैल्शियम (Ca)

]

धातुओं का परिष्करण (Refining of Metals):

Purpose of refining: To purify the metal after reduction.

General method: Electrolytic refining:

1. Impure metal is made anode and a layer of pure metal is made cathode.

2. A solution of salt of metal is used as electrolyte.

3. On passing electric current, impure metal dissolves and pure metal is deposited at cathode.

4. Insoluble impurities get deposited at the bottom of anode, which is called anode mud.

Examples: Copper, tin, nickel, silver, gold.

[ परिष्करण का उद्देश्य: अपचयन के बाद धातु को शुद्ध करना।

सामान्य विधि: विद्युत अपघटनी परिष्करण :

1. अशुद्ध धातु को ऐनोड और शुद्ध धातु की परत को कैथोड बनाया जाता है।

2. धातु के लवण का विलयन विद्युत अपघट्य के रूप में प्रयोग होता है।

3. धारा प्रवाहित करने पर अशुद्ध धातु घुल जाती है और शुद्ध धातु कैथोड पर जमा हो जाती है।

4. अविलेय अशुद्धियाँ ऐनोड की तली पर जमा हो जाती हैं, जिसे ऐनोड पंक कहते हैं।

उदाहरण: कॉपर, टिन, निकल, चाँदी, सोना। ]