प्रकरण 4: धातू आणि अधातू यांचे जग
पाठातील महत्त्वाचे मुद्दे (Important Points)
- ज्या पदार्थांमध्ये चकाकी असते, जे कठीण असतात आणि ज्यांचे पत्रे व तारा बनवता येतात, त्यांना धातू (Metals) म्हणतात. उदा. लोखंड, तांबे, अल्युमिनियम.
- जे पदार्थ चमकदार नसतात, ठिसूळ असतात आणि उष्णता व विजेचे दुर्वाहक असतात, त्यांना अधातू (Non-metals) म्हणतात. उदा. कोळसा, सल्फर.
- वर्धनीयता (Malleability): ज्या गुणधर्मामुळे धातूंना ठोकून त्यांचा चपटा पत्रा तयार करता येतो, त्या गुणधर्माला वर्धनीयता म्हणतात.
- तन्यता (Ductility): ज्या गुणधर्मामुळे धातूंची ओढून तार काढता येते, त्या गुणधर्माला तन्यता म्हणतात.
- धातूंचा नादपूर्ण (Sonorous) आवाज येतो, त्यामुळे शाळेची घंटा धातूची बनलेली असते.
- सोडियम (Sodium) आणि पोटॅशियम (Potassium) हे धातू मऊ असतात आणि ते चाकूने कापता येतात.
- पारा (Mercury) हा एकमेव धातू आहे जो कक्ष तापमानाला द्रव (Liquid) अवस्थेत आढळतो.
- धातूंची ऑक्सिजनशी अभिक्रिया होऊन धातूंचे ऑक्साईड तयार होतात, जे अल्कधर्मी (Basic) असतात.
- अधातूंची ऑक्सिजनशी अभिक्रिया होऊन अधातूंचे ऑक्साईड तयार होतात, जे आम्लधर्मी (Acidic) असतात.
पाठातील कोष्टके (Tables)
कोष्टक 4.1: पदार्थांचे स्वरूप आणि कठीणपणा
| पदार्थ | स्वरूप (चमकदार / निस्तेज) | कठीणपणा (खूप कठीण / फार कठीण नाही) |
|---|---|---|
| लोखंड | चमकदार | खूप कठीण |
| कोळसा | निस्तेज | फार कठीण नाही |
| सल्फर | निस्तेज | फार कठीण नाही |
| अल्युमिनियम | चमकदार | खूप कठीण |
| तांबे | चमकदार | खूप कठीण |
कोष्टक 4.2: पदार्थांची वर्धनीयता
| पदार्थ | ठोकल्यावर होणारा परिणाम (चपटे होते / तुकडे होतात) |
|---|---|
| लोखंडी खिळा | चपटे होते |
| कोळशाचा तुकडा | तुकडे होतात |
| अल्युमिनियमची तार | चपटे होते |
| पेन्सिलची लीड | तुकडे होतात |
कोष्टक 4.3: पदार्थांची विद्युतवाहकता
| पदार्थ | विद्युतवाहकता (सुवाहक / दुर्वाहक) |
|---|---|
| लोखंडी खिळा / तार | सुवाहक |
| सल्फर | दुर्वाहक |
| कोळशाचा तुकडा | दुर्वाहक |
| तांब्याची तार | सुवाहक |
कोष्टक 4.4: धातू आणि अधातूंच्या ऑक्साईडचे स्वरूप
| पदार्थ (ऑक्साईड) | लिटमस कागदावरील परिणाम | स्वरूप (आम्लधर्मी / अल्कधर्मी) |
|---|---|---|
| मॅग्नेशियम ऑक्साईड (धातू) | लाल लिटमस निळा होतो | अल्कधर्मी |
| सल्फर डायऑक्साईड (अधातू) | निळा लिटमस लाल होतो | आम्लधर्मी |
पाठांतर्गत प्रश्न आणि उत्तरे
1. शाळेची घंटा लाकडाची का नसते? धातूचीच का असते?
लाकूड हा अधातू आहे आणि त्यावर आघात केल्यास नादपूर्ण आवाज येत नाही. याउलट धातूंमध्ये ‘नादपूर्णता’ (Sonorous) हा गुणधर्म असतो. धातूंवर आघात केल्यास खणखणीत आवाज येतो, म्हणून शाळेची घंटा धातूची बनवली जाते.
2. वीज वाहून नेणाऱ्या तारा तांबे किंवा अल्युमिनियमच्या का बनवतात?
तांबे आणि अल्युमिनियम हे धातू आहेत आणि ते विजेचे ‘सुवाहक’ (Good conductors) आहेत. तसेच त्यांच्यात ‘तन्यता’ (Ductility) असल्यामुळे त्यांची सहज तार काढता येते. म्हणूनच वीज वाहून नेणाऱ्या तारा या धातूंच्या बनवतात.
बहुपर्यायी प्रश्न (MCQs)
1. कोणता धातू कक्ष तापमानाला द्रव अवस्थेत आढळतो?
उत्तर: C. पारा
2. खालीलपैकी कोणता अधातू विजेचा सुवाहक आहे?
उत्तर: B. ग्रॅफाईट
3. कोणत्या गुणधर्मामुळे धातूंना ठोकून पत्रा बनवता येतो?
उत्तर: C. वर्धनीयता
4. चाकूने कापता येणारा मऊ धातू कोणता?
उत्तर: A. सोडियम
5. धातूंचे ऑक्साईड प्रामुख्याने कोणत्या स्वरूपाचे असतात?
उत्तर: B. अल्कधर्मी
6. अधातूंचे ऑक्साईड प्रामुख्याने कोणत्या स्वरूपाचे असतात?
उत्तर: A. आम्लधर्मी
7. ज्या गुणधर्मामुळे धातूंची तार काढता येते, त्याला काय म्हणतात?
उत्तर: B. तन्यता
8. खालीलपैकी कोणता धातू नाही?
उत्तर: C. सल्फर
9. फॉस्फरस हा अधातू कशात साठवून ठेवतात?
उत्तर: B. पाण्यात
10. कोणता धातू सर्वात जास्त क्रियाशील आहे जो हवेत आणि पाण्यात पेट घेतो?
उत्तर: A. सोडियम
11. खालीलपैकी कोणता धातू अन्नाचे पॅकिंग करण्यासाठी वापरला जातो?
उत्तर: B. अल्युमिनियम
12. जेव्हा एखादा धातू आम्लाशी अभिक्रिया करतो, तेव्हा कोणता वायू बाहेर पडतो?
उत्तर: C. हायड्रोजन
13. धातूंच्या पृष्ठभागावर असलेली चमक कोणत्या गुणधर्मामुळे असते?
उत्तर: B. चकाकी (Lustre)
14. खालीलपैकी कोणता अधातू ठिसूळ (Brittle) आहे?
उत्तर: A. कोळसा
15. कॉपर सल्फेटच्या द्रावणातून तांब्याला विस्थापित करणारा धातू कोणता?
उत्तर: C. जस्त (Zinc)
रिकाम्या जागा भरा (Fill in the blanks)
1. धातू हे उष्णता आणि विजेचे ________ असतात.
उत्तर: सुवाहक
2. ________ हा धातू कक्ष तापमानाला द्रव अवस्थेत असतो.
उत्तर: पारा
3. धातूंच्या तार काढण्याच्या गुणधर्माला ________ म्हणतात.
उत्तर: तन्यता
4. फॉस्फरस हा खूप क्रियाशील ________ आहे.
उत्तर: अधातू
5. लोखंडाचे गंजणे ही ________ ची अभिक्रिया आहे.
उत्तर: ऑक्सिजन
एका वाक्यात उत्तरे लिहा (1 Mark Questions)
1. वर्धनीयता म्हणजे काय?
ज्या गुणधर्मामुळे धातूंना ठोकून त्यांचा चपटा पत्रा तयार करता येतो, त्याला वर्धनीयता म्हणतात.
2. तन्यता म्हणजे काय?
ज्या गुणधर्मामुळे धातूंची ओढून बारीक तार काढता येते, त्याला तन्यता म्हणतात.
3. नादपूर्ण (Sonorous) धातू म्हणजे काय?
ज्या धातूंवर आघात केल्यास खणखणीत आवाज येतो, त्यांना नादपूर्ण धातू म्हणतात.
4. दोन मऊ धातूंची नावे सांगा जे चाकूने कापता येतात.
सोडियम आणि पोटॅशियम हे दोन मऊ धातू आहेत.
5. उष्णतेचे दुर्वाहक असणाऱ्या एका अधातूचे नाव सांगा.
कोळसा (किंवा सल्फर) हा उष्णतेचा दुर्वाहक अधातू आहे.
विस्तृत अध्ययन
1. अन्नपदार्थ पॅक करण्यासाठी सामान्यपणे कोणता धातू वापरतात, जो स्वस्त आहे आणि ज्याचे पातळ कागद कोणत्याही आकारात सहज घडी करता येतात.
उत्तर: i) ॲल्युमिनियम (Aluminium foil अन्न पॅक करण्यासाठी वापरतात कारण त्यात उत्तम वर्धनीयता असते.)
2. खालीलपैकी कोणता धातू पाण्याच्या संपर्कात आल्यास पेट घेतो?
उत्तर: iv) सोडियम (सोडियम हा अत्यंत क्रियाशील धातू असून तो पाणी आणि हवेच्या संपर्कात आल्यास लगेच पेट घेतो.)
3. खालील विधाने सत्य (T) आहेत की चुकीची (F) आहेत ते सकारण सांगा.
i) ॲल्युमिनियम आणि तांबे ही अधातूंची उदाहरणे आहेत जी भांडी आणि पुतळे तयार करण्यासाठी वापरतात.
ii) धातूंचा ऑक्सिजनशी संयोग होऊन ऑक्साईड्स बनतात ज्यांच्या द्रावणामध्ये निळा लिटमस पेपर तांबडा होतो.
iii) श्वसनासाठी आवश्यक असणारा ऑक्सिजन वायू हा अधातू आहे.
iv) तांब्याची भांडी पाणी तापविण्यासाठी वापरतात कारण ती विद्युतशक्तीची सुवाहक असतात.
i) चुकीची (F). कारण ॲल्युमिनियम आणि तांबे हे ‘धातू’ आहेत, अधातू नाहीत.
ii) चुकीची (F). कारण धातूंचे ऑक्साईड ‘अल्कधर्मी’ असतात. ते तांबड्या लिटमसला निळा करतात, निळ्याला तांबडा नाही.
iii) सत्य (T). कारण ऑक्सिजन हा वायू अवस्थेतील एक अधातू आहे जो श्वसनासाठी आवश्यक असतो.
iv) चुकीची (F). तांब्याची भांडी पाणी तापवण्यासाठी वापरतात कारण ती ‘उष्णतेची’ सुवाहक असतात. याचा विद्युतशक्तीच्या सुवाहकतेशी संबंध नाही.
ii) चुकीची (F). कारण धातूंचे ऑक्साईड ‘अल्कधर्मी’ असतात. ते तांबड्या लिटमसला निळा करतात, निळ्याला तांबडा नाही.
iii) सत्य (T). कारण ऑक्सिजन हा वायू अवस्थेतील एक अधातू आहे जो श्वसनासाठी आवश्यक असतो.
iv) चुकीची (F). तांब्याची भांडी पाणी तापवण्यासाठी वापरतात कारण ती ‘उष्णतेची’ सुवाहक असतात. याचा विद्युतशक्तीच्या सुवाहकतेशी संबंध नाही.
4. फक्त काहीच धातू हे दागिने करण्यासाठी योग्य असतात. का?
काही विशिष्ट धातू जसे की सोने, चांदी हे अत्यंत चमकदार असतात. त्यांच्यावर हवा आणि पाण्याचा लवकर परिणाम होत नाही (ते गंजत नाहीत). तसेच ते अत्यंत वर्धनीय (Malleable) आणि तंतूभवनशील (Ductile) असतात. त्यामुळे त्यांना हवा तो नाजूक आणि सुंदर आकार देणे सोपे जाते. म्हणूनच फक्त काहीच धातू दागिने करण्यासाठी योग्य असतात.
5. स्तंभ-I मध्ये धातू/अधातूंचे उपयोग किंवा गुणधर्म दिलेले आहेत आणि स्तंभ-II मध्ये अधातू/धातूंची नावे दिलेली आहेत. त्यांच्या योग्य जोड्या जुळवा.
| स्तंभ-I | स्तंभ-II |
|---|---|
| (i) विद्युततारा बनविण्यासाठी वापरतात | (a) ऑक्सिजन |
| (ii) सर्वाधिक वर्धनीय आणि तंतूभवनशील | (b) क्लोरीन |
| (iii) सजीव याशिवाय जगू शकत नाहीत | (c) तांबे |
| (iv) हा पदार्थ असलेली खते जमिनीत घातली तर वनस्पतींची वाढ चांगली होते | (d) सोने |
| (v) पाण्याच्या शुद्धीकरण प्रक्रियेत वापरतात | (e) नायट्रोजन |
योग्य जोड्या:
- (i) विद्युततारा बनविण्यासाठी वापरतात -> (c) तांबे
- (ii) सर्वाधिक वर्धनीय आणि तंतूभवनशील -> (d) सोने
- (iii) सजीव याशिवाय जगू शकत नाहीत -> (a) ऑक्सिजन
- (iv) खते जमिनीत घातली तर वाढ चांगली होते -> (e) नायट्रोजन
- (v) पाण्याच्या शुद्धीकरण प्रक्रियेत वापरतात -> (b) क्लोरीन
6. ऑक्सिजनची मॅग्नेशियम आणि सल्फर यांच्याशी रासायनिक अभिक्रिया झाल्यास काय होते? या अभिक्रियेत तयार झालेल्या उत्पादित घटकांमध्ये मुख्य फरक काय आहे?
मॅग्नेशियम (धातू) ची ऑक्सिजनशी अभिक्रिया होऊन ‘मॅग्नेशियम ऑक्साईड’ तयार होते. सल्फर (अधातू) ची ऑक्सिजनशी अभिक्रिया होऊन ‘सल्फर डायऑक्साईड’ वायू तयार होतो.
मुख्य फरक: मॅग्नेशियम ऑक्साईड हे अल्कधर्मी (Basic) असते, जे तांबडा लिटमस निळा करते. याउलट, सल्फर डायऑक्साईड हे आम्लधर्मी (Acidic) असते, जे निळा लिटमस तांबडा करते.
मुख्य फरक: मॅग्नेशियम ऑक्साईड हे अल्कधर्मी (Basic) असते, जे तांबडा लिटमस निळा करते. याउलट, सल्फर डायऑक्साईड हे आम्लधर्मी (Acidic) असते, जे निळा लिटमस तांबडा करते.
7. खालील प्रवाही तक्ता पूर्ण करा.
[ ? ] + हवा + उष्णता ➔ राख
राख + पाणी ➔ [ ? ]
यामध्ये निळा व तांबडा लिटमस पेपर वेगवेगळा बुडविला.
➔ या द्रावणात निळा लिटमस मध्ये झालेला बदल: [ ? ]
➔ या द्रावणात तांबड्या लिटमस मध्ये झालेला बदल: निळा
[ ? ] + हवा + उष्णता ➔ राख
राख + पाणी ➔ [ ? ]
यामध्ये निळा व तांबडा लिटमस पेपर वेगवेगळा बुडविला.
➔ या द्रावणात निळा लिटमस मध्ये झालेला बदल: [ ? ]
➔ या द्रावणात तांबड्या लिटमस मध्ये झालेला बदल: निळा
प्रवाही तक्त्यातील रिकाम्या जागा खालीलप्रमाणे आहेत:
1. पहिले [ ? ] = मॅग्नेशियम (किंवा मॅग्नेशियमची फीत)
2. दुसरे [ ? ] = मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईडचे द्रावण (अल्कधर्मी द्रावण)
3. तिसरे [ ? ] (निळ्या लिटमस मधील बदल) = निळाच राहतो (काहीही बदल होत नाही, कारण द्रावण अल्कधर्मी आहे).
1. पहिले [ ? ] = मॅग्नेशियम (किंवा मॅग्नेशियमची फीत)
2. दुसरे [ ? ] = मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईडचे द्रावण (अल्कधर्मी द्रावण)
3. तिसरे [ ? ] (निळ्या लिटमस मधील बदल) = निळाच राहतो (काहीही बदल होत नाही, कारण द्रावण अल्कधर्मी आहे).
8. तुम्हाला खालीलपैकी काही पदार्थ दिलेले आहेत. तुम्हाला पाणी तापविण्यासाठी एक भांडे बनवायचे आहे. तर त्यासाठी खालीलपैकी कोणता पदार्थ तुम्ही वापराल? आणि का? यावर चर्चा करा.
(लोखंड, तांबे, सल्फर, कोळसा, प्लास्टीक, लाकूड, पुठ्ठा)
(लोखंड, तांबे, सल्फर, कोळसा, प्लास्टीक, लाकूड, पुठ्ठा)
मी पाणी तापविण्याचे भांडे बनवण्यासाठी तांबे (किंवा लोखंड) वापरेन.
कारण: तांबे आणि लोखंड हे ‘धातू’ आहेत आणि ते उष्णतेचे उत्तम सुवाहक आहेत. त्यामुळे उष्णता सहजतेने पाण्यापर्यंत पोहोचेल. तांबे लोखंडापेक्षा जास्त चांगले कारण ते उष्णतेचे अधिक चांगले सुवाहक आहे आणि लवकर गंजत नाही. याउलट सल्फर, कोळसा, प्लास्टिक, लाकूड आणि पुठ्ठा हे उष्णतेचे दुर्वाहक आहेत आणि आगीवर ठेवल्यास ते जळून नष्ट होतील.
कारण: तांबे आणि लोखंड हे ‘धातू’ आहेत आणि ते उष्णतेचे उत्तम सुवाहक आहेत. त्यामुळे उष्णता सहजतेने पाण्यापर्यंत पोहोचेल. तांबे लोखंडापेक्षा जास्त चांगले कारण ते उष्णतेचे अधिक चांगले सुवाहक आहे आणि लवकर गंजत नाही. याउलट सल्फर, कोळसा, प्लास्टिक, लाकूड आणि पुठ्ठा हे उष्णतेचे दुर्वाहक आहेत आणि आगीवर ठेवल्यास ते जळून नष्ट होतील.
9. तुम्हाला तीन लोखंडी खिळे दिलेले आहेत, एक तेलामध्ये, दुसरा पाण्यात आणि तिसरा व्हिनेगरमध्ये बुडविलेला आहे. कोणता खिळा गंजणार नाही? आणि का?
तेलामध्ये बुडवलेला खिळा गंजणार नाही.
कारण: लोखंड गंजण्यासाठी हवा (ऑक्सिजन) आणि पाणी या दोन्हीची आवश्यकता असते. खिळा तेलात बुडवल्यामुळे त्याचा हवा आणि पाण्याशी असलेला संपर्क पूर्णपणे तुटतो, त्यामुळे गंजण्याची प्रक्रिया होत नाही. (पाण्यातील खिळा गंजेल आणि व्हिनेगरमधील खिळ्यावर आम्लाची रासायनिक क्रिया होईल).
कारण: लोखंड गंजण्यासाठी हवा (ऑक्सिजन) आणि पाणी या दोन्हीची आवश्यकता असते. खिळा तेलात बुडवल्यामुळे त्याचा हवा आणि पाण्याशी असलेला संपर्क पूर्णपणे तुटतो, त्यामुळे गंजण्याची प्रक्रिया होत नाही. (पाण्यातील खिळा गंजेल आणि व्हिनेगरमधील खिळ्यावर आम्लाची रासायनिक क्रिया होईल).
10. धातू आणि अधातूच्या विविध गुणधर्मांवरून त्यांचा दैनंदिन जीवनातील उपयोग कसा ठरविला जातो?
पदार्थांच्या गुणधर्मांवरूनच त्यांचे उपयोग ठरतात.
धातू: हे कठीण, चमकदार, वर्धनीय, तन्य आणि उष्णता व विजेचे सुवाहक असतात. त्यामुळे त्यांचा उपयोग भांडी, विद्युत तारा, वाहने, विमाने, इमारतींचे बांधकाम आणि दागिने बनवण्यासाठी होतो.
अधातू: हे उष्णता आणि विजेचे दुर्वाहक असतात व ठिसूळ असतात. त्यांचा उपयोग खते बनवण्यासाठी (नायट्रोजन, फॉस्फरस), पाणी शुद्धीकरणासाठी (क्लोरीन), आणि सजीवांसाठी श्वासोच्छवास करण्यासाठी (ऑक्सिजन) होतो.
धातू: हे कठीण, चमकदार, वर्धनीय, तन्य आणि उष्णता व विजेचे सुवाहक असतात. त्यामुळे त्यांचा उपयोग भांडी, विद्युत तारा, वाहने, विमाने, इमारतींचे बांधकाम आणि दागिने बनवण्यासाठी होतो.
अधातू: हे उष्णता आणि विजेचे दुर्वाहक असतात व ठिसूळ असतात. त्यांचा उपयोग खते बनवण्यासाठी (नायट्रोजन, फॉस्फरस), पाणी शुद्धीकरणासाठी (क्लोरीन), आणि सजीवांसाठी श्वासोच्छवास करण्यासाठी (ऑक्सिजन) होतो.
11. लोखंडाला गंजण्यापासून रोखण्यासाठी जस्ताचे विलेपन त्यावर केले जाते. सल्फर हे सुद्धा पाण्याशी कोणतीही क्रिया करत नाही म्हणून आपण गंजरोधक म्हणून त्याचा वापर करू शकतो का? तुमच्या उत्तराचे समर्थन कसे कराल?
नाही, आपण सल्फरचा वापर गंजरोधक म्हणून करू शकत नाही.
समर्थन: सल्फर हा एक अधातू आहे आणि तो अतिशय ‘ठिसूळ’ (Brittle) असतो. जर आपण लोखंडावर सल्फरचा थर दिला, तर तो थर घट्ट बसणार नाही आणि सहजपणे तुटून पडेल. जस्त (Zinc) हा एक धातू आहे, ज्याचा लेप लोखंडावर दिल्यास तो मजबूत, एकसंध आणि टिकाऊ संरक्षक थर तयार करतो.
समर्थन: सल्फर हा एक अधातू आहे आणि तो अतिशय ‘ठिसूळ’ (Brittle) असतो. जर आपण लोखंडावर सल्फरचा थर दिला, तर तो थर घट्ट बसणार नाही आणि सहजपणे तुटून पडेल. जस्त (Zinc) हा एक धातू आहे, ज्याचा लेप लोखंडावर दिल्यास तो मजबूत, एकसंध आणि टिकाऊ संरक्षक थर तयार करतो.
12. लोहार लोखंडी साधने बनविताना लोखंड तापवितो. या प्रक्रियेत लोखंड तापविण्याची आवश्यकता काय आहे?
लोखंड हा अतिशय कठीण धातू आहे. सामान्य तापमानाला त्याला हवा तसा आकार देणे खूप कठीण असते. जेव्हा लोखंड खूप जास्त तापवले जाते, तेव्हा ते मऊ होते. मऊ झाल्यामुळे त्याची वर्धनीयता वाढते. त्यावर हातोड्याने आघात करून त्याला पाहिजे तो आकार (उदा. कुऱ्हाड, कोयता, नांगर) सहजपणे देता येतो. म्हणून साधने बनवताना लोखंड तापवणे आवश्यक असते.



