📁 सामान्य विज्ञान (General Science) 📖 रसायनशास्त्र: आम्ल, आम्लारी, क्षार, pH स्केल, धातू, अधातू, कार्बन व बहुवारिके (Acids, Metals & Carbon) ⏱️ 30 मिनिटे वाचन 👁️ 122 views
धातू, अधातू, धातुकर्म (Metallurgy), संमिश्रे (Alloys) व गंज प्रतिबंधक पद्धती (Corrosion & Galvanization)
धातू, अधातू, धातुकर्म (Metallurgy), संमिश्रे (Alloys) व गंज प्रतिबंधक पद्धती (Corrosion & Galvanization) या घटकामध्ये धातूंचे भौतिक व रासायनिक गुणधर्म (Metals), अधातूंचे गुणधर्म व अपवाद (Non, भौतिक अवस्था: या मुद्द्यांचा सविस्तर समावेश आहे.
लेखक: Mahasarav Team• २५ ऑगस्ट, २०२६
१. धातूंचे भौतिक व रासायनिक गुणधर्म (Metals)
- भौतिक अवस्था: सामान्य तापमानाला सर्व धातू स्थायूरूपात असतात.
अपवाद: पारा (Mercury - Hg) आणि गॅलियम (Gallium - Ga) हे सामान्य तापमानाला द्रवरूपात आढळतात. (गॅलियम हाताच्या तळहातावर ठेवल्यास शरीराच्या उष्णतेने वितळतो - वितळण बिंदू २९.८°C). - कठीणपणा: बहुतेक धातू कठीण असतात.
अपवाद: सोडियम (Na) आणि पोटॅशियम (K) हे इतके मऊ असतात की त्यांना सुरीने सहज कापता येते! - तन्यता (Ductility): धातूची बारीक तार काढता येणे. (सर्वात जास्त तन्य धातू: सोने - Au; १ ग्रॅम सोन्यापासून सुमारे २ किमी लांब तार काढता येते).
- वर्धनीयता (Malleability): धातू ठोकून त्याचा अतिपातळ पत्रा तयार करता येणे (उदा. चांदी व सोन्याचे अर्क).
- उष्णता व विजेचे सुवाहक:
- विद्युत व उष्णतेचा सर्वोत्कृष्ट सुवाहक धातू: चांदी (Silver - Ag), त्याखालोखाल तांबे (Cu) व अ‍ॅल्युमिनियम (Al).
- उष्णतेचा सर्वात मंद वाहक धातू: शिसे (Lead - Pb) व पारा (Hg).
- घनता व वितळण बिंदू:
- सर्वाधिक वितळण बिंदू असलेला धातू: टंगस्टन (Tungsten - W, ~३४२२°C).
- सर्वात हलका धातू: लिथियम (Li); सर्वात जड धातू: ऑस्मियम (Os).
२. अधातूंचे गुणधर्म व अपवाद (Non-metals)
- अधातू सामान्यतः स्थायू किंवा वायूरूपात आढळतात.
अपवाद: ब्रोमीन (Bromine - Br) हा सामान्य तापमानाला द्रवरूपात आढळणारा एकमेव अधातू आहे (तांबूस-तपकिरी द्रव). - अधातू चकाकी नसलेले असतात.
अपवाद: हिरा (Diamond) आणि आयोडीन (Iodine) चकचकीत असतात. - अधातू विजेचे दुर्वाहक (Bad conductors) असतात.
अपवाद: कार्बनचे प्रसिद्ध अपरूप असणारे ग्रॅफाइट (Graphite) हे अधातू असूनही विजेचे उत्तम सुवाहक असते (यात मुक्त π-इलेक्ट्रॉन असतात; अधातूंमध्ये ग्रॅफाइट हे सुप्रसिद्ध विद्युतवाहक मानले जाते). - हिरा: निसर्गातील सर्वात कठीण नैसर्गिक पदार्थ (Hardest substance) आणि उष्णतेचा उत्तम सुवाहक परंतु विजेचा दुर्वाहक आहे.
३. धातूंची क्रियाशीलता श्रेणी (Reactivity Series of Metals)
धातूंची ऑक्सिजन, पाणी आणि आम्लासोबत अभिक्रिया होण्याची तीव्रता उतरत्या क्रमाने मांडली असता क्रियाशीलता श्रेणी मिळते:
$K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Pb > [H] > Cu > Hg > Ag > Au > Pt$
- सर्वाधिक क्रियाशील धातू: पोटॅशियम (K) व सोडियम (Na). (हे हवेतील ऑक्सिजन व पाण्याच्या संपर्कात येताच पेट घेतात, म्हणून त्यांना रॉकेलमध्ये (Kerosene) बुडवून ठेवतात).
- मध्यम क्रियाशील धातू: जस्त (Zn), लोखंड (Fe), शिसे (Pb).
- सर्वात कमी क्रियाशील / राजधातू (Noble Metals): सोने (Au), चांदी (Ag), प्लॅटिनम (Pt). (यांच्यावर हवा, पाणी किंवा आम्लाचा परिणाम होत नाही).
- अ‍ॅक्वा रेजिया (Aqua Regia / अम्लराज): सोने व प्लॅटिनम विरघळवणारे मिश्रण = ३ भाग संहत HCl + १ भाग संहत $HNO_3$ (३:१ प्रमाण).
४. संमिश्रे (Alloys) व त्यांचे घटक (MPSC वारंवार विचारते)
दोन किंवा अधिक धातू किंवा धातू व अधातू यांच्या समांगी मिश्रणाला संमिश्र (Alloy) म्हणतात:
| संमिश्र (Alloy) | घटक धातू (Composition) | प्रमुख उपयोग |
|---|---|---|
| पितळ (Brass) | तांबे (Cu - ७०%) + जस्त (Zn - ३०%) | भांडी, मूर्ती, संगीत वाद्ये. |
| कांस्य / ब्राँझ (Bronze) | तांबे (Cu - ९०%) + कथील (Tin - Sn १०%) | पदके (Medals), नाणी, पुतळे. |
| स्टेनलेस स्टील (Stainless Steel) | लोखंड (Fe) + क्रोमियम (Cr) + निकेल (Ni) + कार्बन (C) | शस्त्रक्रियेची उपकरणे, भांडी (गंजत नाही). |
| जर्मन सिल्व्हर (German Silver) | तांबे (Cu) + जस्त (Zn) + निकेल (Ni) (विशेष: यात चांदी/Silver ०% असते!). |
दागिने, भांडी. |
| ड्युराल्युमिन (Duralumin) | अ‍ॅल्युमिनियम (Al - ९५%) + तांबे (Cu) + मॅग्नेशियम + मँगनीज | विमानाचे भाग व प्रेशर कुकर (हलके व मजबूत). |
| सोल्डर (Solder) | शिसे (Lead - Pb) + कथील (Tin - Sn) | इलेक्ट्रिकल वायरिंग जोडण्यासाठी (कमी वितळण बिंदू). |
| अमलगम (Amalgam) | पारा (Mercury) + इतर कोणताही धातू (उदा. सिल्व्हर अमलगम) | दात भरण्यासाठी (Dental filling). |
| २२ कॅरेट सोने (22 Carat Gold) | सोने (९१.६%) + तांबे किंवा चांदी (८.४%) | दागिने बनवण्यासाठी (२४ कॅरेट शुद्ध सोने अतिशय मऊ असते). |
| सॉल्डर / टाका (Solder) | कथील (Tin - Sn ५०%) + शिसे (Lead - Pb ५०%) (पारंपरिक उदाहरण); आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये पर्यावरणासाठी शिसे-मुक्त (Lead-free - Sn/Ag/Cu) संमिश्र वापरले जाते. | विद्युत तारा व इलेक्ट्रॉनिक्स जोडकाम करण्यासाठी (कमी वितळण बिंदू). |
५. धातू क्षरण प्रतिबंधक पद्धती (Prevention of Corrosion)
- जस्तलेपन / गॅल्व्हनायझेशन (Galvanization): लोखंड किंवा पोलादाला गंजण्यापासून वाचवण्यासाठी त्यावर वितळलेल्या जस्ताचा (Zinc - Zn) पातळ थर देणे. (उदा. पत्रे, पाण्याचे नळ).
- कथलीकरण / कलई करणे (Tinning): तांब्या-पितळेच्या भांड्यांना विषबाधा टाळण्यासाठी कथिलाचा (Tin - Sn) थर देणे.
- धनाग्रीकरण / अ‍ॅनोडायझिंग (Anodizing): अ‍ॅल्युमिनियमवर त्याच्या स्वतःच्या ऑक्साईडचा ($Al_2O_3$) संरक्षणात्मक थर चढवणे.
- विद्युत विलेपन (Electroplating): निकृष्ट धातूवर मौल्यवान धातूचा (चांदी/सोने/क्रोमियम) विद्युत प्रवाहाने थर देणे.
⚙️ महत्त्वाची संमिश्रे (Alloys), खनिजे व गंज प्रतिबंध (Metals, Alloys & Corrosion)
दोन किंवा अधिक धातूंचे किंवा धातू व अधातूंचे एकजिनसी मिश्रण म्हणजे संमिश्र (Alloy) होय. संमिश्रांमुळे मूळ धातूंचे सामर्थ्य व गंजरोधक क्षमता प्रचंड वाढते:
| संमिश्राचे नाव | घटक धातू व प्रमाण | प्रमुख गुणधर्म व उपयोग |
|---|---|---|
| पितळ (Brass) | तांबे (Cu - ७०%) + जस्त (Zn - ३०%) | भांडी, शोभेच्या वस्तू, वाद्ये व नट-बोल्ट बनवण्यासाठी. |
| कांस्य / ब्राँझ (Bronze) | तांबे (Cu - ९०%) + कथील (Sn - १०%) | पुतळे, पदके (Medals), नाणी व मूर्ती बनवण्यासाठी. |
| स्टेनलेस स्टील (Stainless Steel) | लोखंड (Fe - ७४%) + क्रोमियम (Cr - १८%) + निकेल (Ni - ८%) + कार्बन (C - ०.१%) | गंजत नाही; शस्त्रक्रियेची उपकरणे (Surgical tools) व स्वयंपाकघरातील भांडी. |
| जर्मन सिल्व्हर (German Silver) | तांबे (Cu - ५०%) + जस्त (Zn - ३०%) + निकेल (Ni - २०%) | यात चांदी (Silver) ०% असते (मुळीच नसते). शोभेची भांडी बनवण्यासाठी. |
| सोल्डर / टाका (Solder) | शिसे (Pb - ५०%) + कथील (Sn - ५०%) | कमी वितळण बिंदूमुळे विजेच्या तारा जोडण्यासाठी (Welding/Soldering). |
| ड्युराल्युमिन (Duralumin) | अ‍ॅल्युमिनियम (Al - ९५%) + तांबे (Cu - ४%) + मॅग्नेशियम + मॅंगनीज | अतिशय हलके व मजबूत; विमानाचे भाग व प्रेशर कुकर बनवण्यासाठी. |
| अमलगम (Amalgam) | पारा (Mercury - Hg) + इतर कोणताही धातू | दातामधील खड्डे भरण्यासाठी चांदीचा अमलगम वापरतात. (पारा लोखंडासोबत अमलगम बनवत नाही). |
| सॉल्डर / टाका (Solder) | कथील (Tin - Sn ५०%) + शिसे (Lead - Pb ५०%) (पारंपरिक उदाहरण); आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये पर्यावरणासाठी शिसे-मुक्त (Lead-free - Sn/Ag/Cu) संमिश्र वापरले जाते. | विद्युत तारा व इलेक्ट्रॉनिक्स जोडकाम करण्यासाठी (कमी वितळण बिंदू). |
⛏️ प्रमुख धातू व त्यांची खनिजे / धातुके (Ores)
• अ‍ॅल्युमिनियम (Al): बॉक्साईट ($Al_2O_3\cdot 2H_2O$) व क्रायोलाईट.
• लोखंड (Fe): हेमेटाईट ($Fe_2O_3$) व मॅग्नेटाईट ($Fe_3O_4$).
• तांबे (Cu): कॉपर पायराईट ($CuFeS_2$) व मॅलाकाईट.
• पारा (Hg): सिनाबार (Cinnabar - $HgS$).
• शिसे (Lead - Pb): गॅलेना (Galena - $PbS$).
• जस्त (Zinc - Zn): झिंक ब्लेंड ($ZnS$) व कॅलामाइन ($ZnCO_3$).
🛡️ क्षरण / गंज प्रतिबंधक पद्धती (Corrosion Prevention)
• गॅल्व्हनायझेशन (Galvanization / जस्तलेपन): लोखंड किंवा पोलादावर जस्ताचा (Zinc) पातळ थर देणे.
• टिनिंग (Tinning / कलई करणे): तांब्या-पितळेच्या भांड्यांवर विषबाधा टाळण्यासाठी कथिलाचा (Tin) थर देणे.
• अ‍ॅनोडायझिंग (Anodizing): अ‍ॅल्युमिनियमवर विद्युत अपघटनाने अ‍ॅल्युमिनियम ऑक्साईडचा संरक्षक थर चढवणे.
• इलेक्ट्रोप्लेटिंग (विद्युत विलेपन): धातूवर निकेल किंवा क्रोमियमचा चकचकीत थर चढवणे.
👮♂️ पोलीस भरती व सरळसेवा 'गोल्डन' वन-लाइनर तथ्ये (Metals & Non-metals)
📌 खोलीच्या तापमानाला द्रव असणारा एकमेव धातू: पारा (Mercury - Hg). (गॅलियम व सिझियम हाताच्या तळहातावर वितळतात).
📌 खोलीच्या तापमानाला द्रव असणारा एकमेव अधातू: ब्रोमीन (Bromine - Br, लालसर-तपकिरी द्रव).
📌 चाकूनी सहज कापले जाणारे मऊ धातू: सोडियम (Na) व पोटॅशियम (K). यांना केरोसीनमध्ये (घासलेट) ठेवतात.
📌 पाण्यात साठवून ठेवला जाणारा अधातू: पांढरा फॉस्फरस (हवेतील ऑक्सिजनमुळे पेट घेतो).
📌 सर्वाधिक तन्यता (Ductility) असणारा धातू: सोने (Au) — १ ग्रॅम सोन्यापासून सुमारे २ किमी लांब तार काढता येते.
📌 विजेचा व उष्णतेचा सर्वात उत्तम सुवाहक: चांदी (Silver), त्यानंतर तांबे.
📌 विजेचा सुवाहक असणारा एकमेव अधातू: ग्रॅफाइट (कार्बनचे अपरूप).
📌 लोखंडाचा सर्वात शुद्ध प्रकार: गढाईचे लोखंड (Wrought Iron - यात कार्बनचे प्रमाण ०.१२ ते ०.२५% इतके कमी असते).
📌 बिडाचे लोखंड (Cast Iron): यात कार्बनचे प्रमाण २.५ ते ४.५% असते, हे ठिसूळ असते.
📌 शुद्ध सोने किती कॅरेटचे असते: २४ कॅरेट. दागिने बनवण्यासाठी २२ कॅरेट सोने वापरतात.
📝 MPSC Combine व राज्यसेवा सराव प्रश्न
प्र. १. 'जर्मन सिल्व्हर' (German Silver) या संमिश्रात चांदीचे (Silver) प्रमाण किती टक्के असते? [MPSC Group C & Police Bharti]
(A) ५०%
(B) २५%
(C) ०% (मुळीच नसते)
(D) ८०%
उत्तर: (C) ०%. स्पष्टीकरण: जर्मन सिल्व्हर हे तांबे (५०%), जस्त (३०%) आणि निकेल (२०%) यांचे संमिश्र आहे. चांदीसारखा पांढरा चकचकीत रंग असल्याने त्याला जर्मन सिल्व्हर म्हणतात, पण त्यात प्रत्यक्ष चांदी नसते.
प्र. २. लोखंडाचे गंजण्यापासून संरक्षण करण्यासाठी गॅल्व्हनायझेशन प्रक्रियेमध्ये लोखंडावर कोणत्या धातूचा थर दिला जातो? [MPSC Combine B]
(A) कथील (Tin)
(B) जस्त (Zinc)
(C) क्रोमियम
(D) निकेल
उत्तर: (B) जस्त (Zinc). स्पष्टीकरण: गॅल्व्हनायझेशनमध्ये वितळलेल्या जस्तामध्ये लोखंड बुडवून त्यावर जस्ताचा थर चढवला जातो. जस्त स्वतः ऑक्सिडाईज होऊन लोखंडाचे संरक्षण करतो.
🎯 सराव परीक्षा (Practice Quiz)
रसायनशास्त्र: आम्ल-आम्लारी, pH स्केल, धातू-संमिश्रे व कार्बन चाचणी ०४
या घटकाचा अभ्यास पूर्ण झाला असल्यास लगेच चाचणी सोडून सराव करा.
📝
5 टेस्ट्स या घटकावर आधारित मोफत सराव टेस्ट्स (Free Practice Tests)
1
रसायनशास्त्र: आम्ल-आम्लारी, pH स्केल, धातू-संमिश्रे व कार्बन चाचणी ०४
⏱️ 15 मि.•🏆 20 गुण मोफत
4
रसायनशास्त्र - आम्ल, आम्लारी, क्षार व pH श्रेणी - सराव चाचणी
⏱️ 15 मि.•🏆 15 गुण मोफत
5
रसायनशास्त्र - धातू, अधातू, क्षरण व मिश्रधातू - सराव चाचणी
⏱️ 15 मि.•🏆 15 गुण मोफत