धातु और अधातु: रासायनिक एवं भौतिक गुण

धातु क्या है? (What is metal)

जब पृथ्वी का गठन हुआ तो पिघले हुए द्रव्यमान में कई अलग-अलग धातुएं थीं जो आज बड़ी मात्रा में निकाली और उपयोग की जाती हैं। मैटेलिक ओर्स बनाने के लिए पिघलते समय अधिकांश धातुएं चट्टानों के साथ मिल जाती हैं। इनमें से सबसे आम बॉक्साइट है, जिससे एल्यूमीनियम निकाला जाता है, और लौह अयस्क जिसमें से लोहा निकाला जाता है। आज सत्तर से अधिक धातुए निकाली जाती और विनिर्माण उद्योगों में उनका उपयोग किया जाता है।

कुछ, उदाहरण तांबा और लीड है जिसमे शुद्ध गुणों का लाभ उठाने के लिए, उनका प्योर स्टेट में उपयोग किया जा सकता है। लेकिन अक्सर, हम मिश्र धातु बनाने के लिए अन्य धातुओं के साथ विभिन्न धातुओं, या धातु को गठबंधित करते हैं। मिश्र धातु बनाकर, हम अपनी विशेष आवश्यकताओं के अनुरूप धातु के गुणों को बदल सकते हैं।

धातु के भौतिक गुण (physical properties of metals)

• धातु कठोरता, लचीलापन (तार में खींचे जाने की क्षमता), तन्य शक्ति(tensile strength), घनत्व, और बोइलिंग पॉइंट इतने व्यापक रूप से भिन्न है कि उनके और गैर-धातुओं के बीच भेद की एक निश्चित रेखा तैयार नहीं की जा सकती है। सबसे कठिन मौलिक धातु क्रोमियम है और सबसे नरम, सीज़ियम। कॉपर, गोल्ड, प्लैटिनम, और सिल्वर विशेष रूप से लचीले होते है। तीन धातुओं (लिथियम, पोटेशियम, और सोडियम) में सामान्य तापमान पर एक ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर से घनत्व होता है और इसलिए ये पानी से हल्के होते है। कुछ घने धातुएं, सबसे घने से शुरू होते हैं, ओसमियम, इरिडियम, प्लैटिनम, गोल्ड, टंगस्टन, यूरेनियम, टैंटलम, मरकरी, हाफनियम, लीड, और सिल्वर हैं।
• कई औद्योगिक उपयोगों के लिए, धातुओं के बोइलिंग पॉइंट महत्वपूर्ण हैं। टंगस्टन फ्यूज, या मेल्ट, केवल उच्च तापमान (3,370 डिग्री सेल्सियस) पर होता है, जबकि सीज़ियम में बोइलिंग पॉइंट 28.5 डिग्री सेल्सियस होता है। बिजली का सबसे अच्छा धातु कंडक्टर सिल्वर है। प्लूटोनियम और रेडियोधर्मी तत्व, परमाणु हथियारों और परमाणु रिएक्टरों के साथ-साथ पेसमेकर में भी प्रयोग किये जाते है। प्रकृति में पाए जाने वाले कुछ रेडियोएक्टिव धातुए, उदाहरण के लिए, फर्मियम और सीबोर्गियम, परमाणु बमबारी द्वारा उत्पादित होते हैं।

धातु के भौतिक गुण निम्नलिखित हैं:

1. भौतिक गुण उन्हें कई उद्देश्यों के लिए उपयोगी बनाते हैं। उदाहरण के लिए कॉपर का उपयोग इलेक्ट्रिक तार बनाने में किया जाता है, गोल्ड का इस्तेमाल आभूषण बनाने के लिए किया जाता है, स्टेनलेस स्टील का इस्तेमाल बर्तन, पैन आदि बनाने के लिए किया जाता है।
2. आयनिक बॉन्ड बनाने के लिए धातु गैर-धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। उदाहरण के लिए सोडियम क्लोराइड (NaCl)
3. धातु बिजली का एक अच्छा कंडक्टर है जिसका मतलब है कि वे उनमें मौजूद मुक्त चलती इलेक्ट्रॉनों के कारण बिजली का संचालन कर सकते हैं। कॉपर का तारों के रूप में प्रयोग किया जाता है क्योंकि यह बिजली का एक अच्छा कंडक्टर है।
4. धातुओं में हाई मेल्टिंग पॉइंट और हाई बोइलिंग पॉइंट होते हैं क्योंकि उनके पास मजबूत मैटेलिक बांड होते हैं।
5. मेटल हार्ड होते हैं, उन्हें आसानी से तोड़ा नहीं जा सकता है और उन्हें तोड़ने के लिए बहुत सारी ऊर्जा और ताकत की आवश्यकता होती है। कारों, इमारतों, जहाजों, आदि बनाने के लिए आयरन का उपयोग किया जाता है।
6. धातु का वजन बहुत अधिक होता है क्योंकि उनका उच्च घनत्व(density) होता है। धातु उनके आकार के से काफी भारी होती है।
7. धातु लचीले नहीं होते है और उनके पास तन्य शक्ति यानी टेंसाइल स्ट्रेंथ होती है। धातु को खींचा नहीं जा सकता है।

धातु के रासायनिक गुण (chemical properties of metals)

1. इलेक्ट्रॉन कॉनफ़िगरेशन – धातुओं में आमतौर पर उनके एटम के बाहरीतम शैल में 1 से 3 इलेक्ट्रॉन होते हैं। उदाहरण के लिए, सोडियम, मैग्नीशियम और एल्यूमिनियम में 1, 2 और 3 है इलेक्ट्रान होते हैं।
2. वैलेंसी – मेटल एटम अपने बाहरीतम शैल में 1 से 3 इलेक्ट्रॉन तक खो सकते हैं और वैलेंस 1 से 3 दिखा सकते हैं।
3. इलेक्ट्रोकेमिकल प्रकृति – धातु परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को खोने और केटायन्स(cations) बनाने की प्रवृत्ति होती है।
4. इलेक्ट्रोनगेटिविटी – धातुओं में आम तौर पर कम इलेक्ट्रोनगेटिविटी होती है यानी अणु की स्थिति में इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करने की प्रवृत्ति होती है।
5. ऑक्साइड का गठन – धातुएं ऑक्साइड बनाती हैं जो आमतौर पर आयनिक और प्रकृति में मूल होती हैं। यदि यह मूल ऑक्साइड पानी में घुल जाता है, तो यह अल्कली(alkali) का निर्माण करता है। उदाहरण के लिए, Na, K और Ca जैसे ऑक्साइड। Na2O, K2O और CaO प्रकृति में अत्यधिक बुनियादी हैं और जब पानी में मिलते हैं, तो वे NaOH, KOH और Ca(OH)2 alkali बनाते हैं।
6. रिड्यूसिंग एजेंट – सभी धातुएं रिड्यूसिंग एजेंट के रूप में कार्य करती हैं।

अधातु क्या है? (What is non-metal)

गैर-धातु या nonmetal बस एक तत्व है जो धातु के गुण प्रदर्शित नहीं करता है। यह मैटेलिक नहीं दिखता है, इसे तार में नहीं बनाया जा सकता है, आकार में बढ़ाया या झुकाया नही जा सकता है, यह गर्मी या बिजली का संचालन नहीं करता है, और इसमें हाई मेल्टिंग पॉइंट या हाई बोइलिंग पॉइंट भी नही होते हैं।

इसमे हाइड्रोजन को अपवाद के रूप में देखा जाता है, जो एक रूम के तापमान(temperature) और दबाव(pressure) पर एक गैर-धातु के रूप में व्यवहार करता है और पीरियोडिक टेबल के ऊपरी बाएं कोने पर पाया जाता है। उच्च दबाव की स्थिति के तहत, हाइड्रोजन को अल्कली मेटल के रूप में व्यवहार करते देखा जाता है।

पीरियोडिक टेबल पर अधातु

गैर-धातुए(non-metals) पीरियोडिक टेबल के ऊपरी दाहिने तरफ स्थित हैं। halogens और आइडियल गैस नॉनमैटल्स हैं, लेकिन nonmetal तत्व समूह में आमतौर पर निम्नलिखित एलिमेंट्स होते हैं:

• हाइड्रोजन,कार्बन,नाइट्रोजन,ऑक्सीजन,फास्फोरस,सल्फर,सेलेनियम।
• हैलोजन एलिमेंट्स हैं:
  फ्लोरिन,क्लोरीन,ब्रोमिन,आयोडीन,एस्टाटिन।
• आइडियल गैस एलिमेंट्स हैं:
  हीलियम,नीयोन,आर्गन,क्रीप्टोण,xenon,रेडोण।

अधातुओं के गुण (properties of non-metals)

Non-metals की उच्च आयोनाईजेशन ऊर्जा और electronegativities होती है। वे आमतौर पर गर्मी और बिजली के बेकार कंडक्टर होते हैं। अधिकांश गैर-धातुओं(non-metals) में आसानी से इलेक्ट्रॉनों को हासिल करने की क्षमता होती है। गैर-धातु रासायनिक गुणों और रिएक्टिविटीज़ की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदर्शित करते हैं।

अधातुओं के भौतिक गुण (physical properties of non-metals)

• गैर-धातुओं की उच्च आयनीकरण ऊर्जा होती है।
• उनके पास उच्च एलेक्ट्रोनेगेटिविटी होती हैं।
• Non-metals इंसुलेटर्स होते हैं जिसका मतलब है कि वे बिजली के बेकार कंडक्टर होते हैं।
• वे dull होते हैं, उनके पास धातुओं की तरह चमक नहीं होती है।
• नॉन-मेटल्स गर्मी के खराब कंडक्टर होते हैं। वे खराब थर्मल कंडक्टर होते हैं।
• वे ध्वनि के अच्छे संचालक नहीं होते, और जब वे हिट होते हैं तो ध्वनि नहीं बनाते हैं।
• वे इलेक्ट्रॉनों को आसानी से प्राप्त कर लेते हैं।
• non-metals ठोस, तरल पदार्थ या गैसीय भी हो सकते हैं।
• non-metals एसिडिक ऑक्साइड बनाते हैं।

कुछ और भौतिक गुण:

• गैर धातुएं ब्रिटल(brittle) होते हैं
  गैर-धातु आमतौर पर ब्रिटल होते हैं और इसलिए इन्हें शीट्स में नहीं परिवर्तित नहीं किया जा सकता है या तारों में नही खींचा जा सकता है। दूसरे शब्दों में, गैर-धातु नॉन-मैलियेबल और गैर-लचीले होते हैं। जहां गैर-धातुओं पर प्रेशर लगाया जाता होता है, वे टुकड़ों में टूट जाते हैं।
• गैर-धातु हीट और बिजली के खराब कंडक्टर हैं
  गैर-धातु आमतौर पर गर्मी और बिजली के खराब संचालक होते हैं। इसमे कार्बन (ग्रेफाइट) एक अपवाद है। यह बिजली का एक अच्छा कंडक्टर है और इलेक्ट्रोड बनाने में प्रयोग किया जाता है।
• फिजिकल स्टेट
  कमरे के तापमान पर ठोस, तरल या गैसीय राज्य में गैर धातुएं मौजूद हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर कार्बन, सल्फर और फास्फोरस ठोस होते हैं।
• गैर-धातुएं गैर-चमकदार होते हैं
  गैर-धातु आमतौर पर गैर-चमकदार और dull होते हैं। कार्बन (ग्रेफाइट) और आयोडीन इसमे अपवाद हैं। वे चमकदार हैं, क्योंकि उनकी सतह में चमक होती है।
• टेंसाइल स्ट्रेंथ
  गैर धातुओं में कम टेंसाइल शक्ति होती है। वे मजबूत नहीं होते हैं और आसानी से टूटे जाते हैं।
• घनत्व
  नॉन मेटल्स धातुओं की तुलना में हल्के होते हैं।
• नरमता
  गैर धातु आमतौर पर नरम होते हैं। हालांकि, कार्बन (हीरा) एक अपवाद है। डायमंड बहुत हार्ड होता है। वास्तव में, हीरा सबसे कठिन प्राकृतिक पदार्थ माना जाता है।
• मेल्टिंग पॉइंट और बोइलिंग पॉइंट
  सभी गैर-धातुओं (ग्रेफाइट को छोड़कर) में कम मेल्टिंग और बोइलिंग पॉइंट होता है। कार्बन (ग्रेफाइट) एक गैर धातु है लेकिन इसका हाई मेल्टिंग पॉइंट होता है।

अधातु के रासायनिक गुण (Chemical properties of non-metals)

• Non metallic ऑक्साइड नेचर में अम्लीय यानी एसिडिक होते हैं।
• वे हाइड्रोजन के साथ स्थिर कंपाउंड बनाते हैं।
• उनके क्लोराइड पूरी तरह से पानी से हाइड्रोलाइज्ड होते हैं।
• ऑक्सीजन के साथ गैर-धातुओं की प्रतिक्रिया
  ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया के वक़्त वे एसिडिक ऑक्साइड या न्यूट्रल ऑक्साइड बनाने हैं।
• पानी के साथ गैर-धातुओं की प्रतिक्रिया
  वे हाइड्रोजन गैस विकसित करने के लिए पानी (भाप) के साथ रियेक्ट नहीं करते हैं।
• एसिड के साथ गैर धातु की प्रतिक्रिया
  वे एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं क्योंकि वे नेगेटिव चार्ज इलेक्ट्रॉन होते हैं।
• साल्ट सोलुशन के साथ गैर-धातु की प्रतिक्रिया
  वे salt solution के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं लेकिन salt से कम रिएक्टिव गैर-धातु को विस्थापित करते हैं।
  क्लोरीन के साथ गैर-धातु की प्रतिक्रिया
  वे क्लोरीन के साथ रियेक्ट करते हैं जो कोवेलेंट क्लोराइड बनाने हैं जो गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं।

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