10వ తరగతి AP SCERT / 10వ తరగతి సైన్స్ – భౌతిక రసాయన శాస్త్రం (Class 10 Physical Science)

లోహాలు & అలోహాలు (Metals and Non-metals)

లోహాలు, అలోహాల ధర్మాలు, చర్యాశీలత శ్రేణి, అయానిక బంధం, లోహ నిష్కర్షణ, శుద్ధీకరణ, తుప్పు, మిశ్రమ లోహాలు – పరీక్షల కోణంలో.

15 notes 60 questions

Notes in this chapter

  1. 1లోహాల భౌతిక ధర్మాలు – మెరుపు, ఘాతవర్ధనీయత, తన్యత, వాహకత (Physical Properties of Metals)Read notePractice 5
  2. 2అలోహాల భౌతిక ధర్మాలు, మినహాయింపులు, ఆక్సైడ్ల స్వభావం (Non-metals and Exceptions)Read notePractice 3
  3. 3లోహాలు ఆక్సిజన్‌తో చర్య – లోహ ఆక్సైడ్లు, ఉభయ స్వభావ ఆక్సైడ్లు (Metals with Oxygen)Read notePractice 3
  4. 4లోహాలు నీటితో చర్య – చల్లని నీరు, వేడి నీరు, ఆవిరి (Metals with Water)Read notePractice 4
  5. 5లోహాలు ఆమ్లాలతో చర్య – హైడ్రోజన్ విడుదల, నైట్రిక్ ఆమ్లం, ఆక్వా రీజియా (Metals with Acids)Read notePractice 4
  6. 6స్థానభ్రంశ చర్యలు – చర్యాశీలత శ్రేణి (Displacement Reactions and Activity Series)Read notePractice 5
  7. 7లోహాలు–అలోహాల చర్య – ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ, అయానిక బంధం (Formation of Ionic Compounds)Read notePractice 4
  8. 8అయానిక సమ్మేళనాల ధర్మాలు – ద్రవీభవన స్థానం, ద్రావణీయత, విద్యుత్ వాహకత (Properties of Ionic Compounds)Read notePractice 4
  9. 9లోహాల లభ్యత – ఖనిజాలు, ధాతువులు, గాంగ్, ధాతు సాంద్రీకరణ (Occurrence and Enrichment of Ores)Read notePractice 4
  10. 10అల్ప, మధ్యస్థ చర్యాశీల లోహాల నిష్కర్షణ – వేడిచేయడం, భర్జనం, భస్మీకరణం, క్షయకరణం (Roasting, Calcination, Reduction)Read notePractice 3
  11. 11స్థానభ్రంశ క్షయకరణం, థర్మిట్ చర్య, అధిక చర్యాశీల లోహాల విద్యుద్విశ్లేషణ నిష్కర్షణ (Thermit Reaction and Electrolytic Reduction)Read notePractice 4
  12. 12లోహాల శుద్ధీకరణ – విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతి, ఆనోడ్ బురద (Electrolytic Refining)Read notePractice 3
  13. 13క్షయం (తుప్పు పట్టడం) – కారణాలు, పరిస్థితులు (Corrosion and Rusting)Read notePractice 4
  14. 14తుప్పు నివారణ, గాల్వనీకరణ, మిశ్రమ లోహాలు, ఢిల్లీ ఇనుప స్తంభం (Prevention of Corrosion and Alloys)Read notePractice 5
  15. 15లోహాలు – అలోహాల రసాయన ధర్మాల పోలిక (Chemical Properties: Metals vs Non-metals)Read notePractice 5
By ExamBadi

1. లోహాల భౌతిక ధర్మాలు – మెరుపు, ఘాతవర్ధనీయత, తన్యత, వాహకత (Physical Properties of Metals)

పదార్థాలను వర్గీకరించడానికి మొదట చూసేవి వాటి భౌతిక ధర్మాలే. ఇనుము, రాగి, అల్యూమినియం, మెగ్నీషియం, సోడియం, సీసం, జింక్ వంటి లోహాలను పరీక్షిస్తే వాటికి కొన్ని సామాన్య లక్షణాలు కనిపిస్తాయి. ఈ లక్షణాలే లోహ ఉపయోగాలను నిర్ణయిస్తాయి.

ముఖ్య విషయాలు

  • లోహ మెరుపు (Metallic lustre): లోహాలు స్వచ్ఛ స్థితిలో మెరిసే ఉపరితలం కలిగి ఉంటాయి. ఇసుక కాగితంతో రుద్ది శుభ్రం చేస్తే ఇనుము, రాగి, అల్యూమినియం, మెగ్నీషియం అన్నీ మెరుస్తాయి.
  • కాఠిన్యం (Hardness):
    1. లోహాలు సాధారణంగా గట్టివి
    2. కాఠిన్యం లోహానికి లోహానికి మారుతుంది. ఇనుము, రాగి, అల్యూమినియం, మెగ్నీషియంలను కత్తితో కోయలేం. కానీ సోడియం లోహం మెత్తగా ఉండి కత్తితో సులభంగా తెగుతుంది (దీన్ని పటకారుతో పట్టుకుని, వడపోత కాగితం మడతల మధ్య నొక్కి ఆరబెట్టి జాగ్రత్తగా నిర్వహించాలి).
  • ఘాతవర్ధనీయత (Malleability): సుత్తితో కొడితే పలుచని రేకులుగా సాగే గుణం. ఇనుము, జింక్, సీసం, రాగిని ఇనుప దిమ్మెపై పెట్టి సుత్తితో కొట్టి పరీక్షిస్తారు. బంగారం, వెండి అత్యంత ఘాతవర్ధనీయ లోహాలు.
  • తన్యత (Ductility):
    1. లోహాలను సన్నని తీగలుగా లాగగల సామర్థ్యం. బంగారం అత్యంత తన్యత గల లోహం
    2. ఒక గ్రాము బంగారం నుండి సుమారు 2 కి.మీ. పొడవు తీగ లాగవచ్చు.
  • ఆకృతి ఇవ్వగలగడం: ఘాతవర్ధనీయత, తన్యత వల్లే లోహాలకు అవసరమైన ఆకారాలు ఇవ్వగలం.
  • ఉష్ణ వాహకత, ద్రవీభవన స్థానం: అల్యూమినియం లేదా రాగి తీగను ఒకవైపు బిగించి, చివర మైనంతో పిన్ను అతికించి వేడిచేస్తే ఉష్ణం తీగ ద్వారా ప్రవహించి పిన్ను రాలిపోతుంది, కానీ తీగ కరగదు. అంటే లోహాలు ఉష్ణ వాహకాలు, అధిక ద్రవీభవన స్థానం కలవి.
  • ఉష్ణానికి ఉత్తమ వాహకాలు: వెండి, రాగి.
  • పోలికలో అల్ప వాహకాలు: సీసం, పాదరసం.
  • అందుకే వంట పాత్రలను లోహాలతో చేస్తారు.
  • విద్యుత్ వాహకత: బ్యాటరీ, బల్బు, వలయంలో A, B టెర్మినళ్ల మధ్య లోహాన్ని ఉంచితే బల్బు వెలుగుతుంది – లోహాలు విద్యుత్ వాహకాలు. ఇళ్లలో విద్యుత్ తీగలపై PVC లేదా రబ్బరు వంటి పూత వేస్తారు, ఎందుకంటే ఆ పదార్థాలు విద్యుత్ నిరోధకాలు కాబట్టి షాక్ రాకుండా కాపాడతాయి.
  • ధ్వనిగుణం (Sonorous): గట్టి ఉపరితలంపై కొట్టినప్పుడు శబ్దం చేసే లోహాలను ధ్వని గుణం గలవి అంటారు. అందుకే పాఠశాల గంటలను లోహంతో చేస్తారు.

సులభమైన ఉదాహరణ

అల్యూమినియం రేకు (ఘాతవర్ధనీయత), రాగి తీగ (తన్యత), వెండి, రాగి పాత్రల అడుగు (ఉష్ణ వాహకత) – ఇవన్నీ లోహ ధర్మాల వాడుకే.

2. అలోహాల భౌతిక ధర్మాలు, మినహాయింపులు, ఆక్సైడ్ల స్వభావం (Non-metals and Exceptions)

మూలకాల్లో అలోహాలు లోహాలతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ. కార్బన్, సల్ఫర్, అయొడిన్, ఆక్సిజన్, హైడ్రోజన్ వంటివి వీటికి ఉదాహరణలు. అలోహాలు ఘనాలు లేదా వాయువులు; ఒక్క బ్రోమిన్ మాత్రమే ద్రవం.

ముఖ్య విషయాలు

  • అలోహాలను పరీక్షించడం: కార్బన్ (బొగ్గు లేదా గ్రాఫైట్), సల్ఫర్, అయొడిన్ నమూనాలతో ఉపరితల రకం, కాఠిన్యం, ఘాతవర్ధనీయత, తన్యత, విద్యుత్ వాహకత, ధ్వనిగుణం పరీక్షించి పట్టిక 3.1లో నమోదు చేస్తారు. సాధారణంగా అలోహాలకు ఈ లోహ ధర్మాలు ఉండవు.
  • భౌతిక ధర్మాలతో మాత్రమే వర్గీకరణ సరికాదు – చాలా మినహాయింపులు ఉన్నాయి:
  • పాదరసం (Hg) తప్ప అన్ని లోహాలు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఘనాలు
  • పాదరసం ద్రవం.
  • లోహాలకు సాధారణంగా అధిక ద్రవీభవన స్థానం ఉంటుంది, కానీ గాలియం, సీజియంకు అతి తక్కువ
  • ఇవి అరచేతిలో ఉంచితేనే కరుగుతాయి.
  • అయొడిన్ అలోహమైనా మెరుస్తుంది.
  • కార్బన్ అలోహం, అది వేర్వేరు రూపాల్లో ఉంటుంది
  • ప్రతి రూపాన్ని రూపాంతరం (Allotrope) అంటారు. వజ్రం (Diamond) తెలిసిన సహజ పదార్థాల్లో అత్యంత కఠినమైనది, అధిక ద్రవీభవన–బాష్పీభవన స్థానాలు కలది. గ్రాఫైట్ మరో రూపాంతరం – విద్యుత్ వాహకం.
  • క్షార లోహాలు (లిథియం, సోడియం, పొటాషియం) కత్తితో కోయగలిగేంత మెత్తనివి
  • వీటి సాంద్రత, ద్రవీభవన స్థానాలు తక్కువ.
  • ఆక్సైడ్ల స్వభావంతో స్పష్టమైన వర్గీకరణ (కృత్యం 3.8): మెగ్నీషియం రిబ్బన్‌ను కాల్చి, వచ్చిన బూడిదను నీటిలో కరిగించి లిట్మస్‌తో పరీక్షిస్తే ద్రావణం క్షార స్వభావం చూపుతుంది. సల్ఫర్ పొడిని కాల్చి వచ్చిన పొగను పరీక్షనాళికలో పట్టి, నీరు కలిపి పరీక్షిస్తే ఆమ్ల స్వభావం కనిపిస్తుంది.
  • చాలా అలోహాలు ఆమ్ల ఆక్సైడ్‌లను ఇస్తాయి.
  • చాలా లోహాలు క్షార ఆక్సైడ్‌లను ఇస్తాయి.
  • అలోహాల సామాన్య లక్షణాలు (అధ్యాయ సారాంశం):
    1. ఘాతవర్ధనీయత, తన్యత ఉండవు
    2. ఉష్ణ–విద్యుత్ నిరోధకాలు (గ్రాఫైట్ మినహా).

సులభమైన ఉదాహరణ

వజ్రం, గ్రాఫైట్ రెండూ కార్బనే. కానీ వజ్రం అత్యంత కఠినం, విద్యుత్ నిరోధకం; గ్రాఫైట్ మెత్తగా ఉండి విద్యుత్తును ప్రవహింపజేస్తుంది – అలోహాల్లో మినహాయింపు.

3. లోహాలు ఆక్సిజన్‌తో చర్య – లోహ ఆక్సైడ్లు, ఉభయ స్వభావ ఆక్సైడ్లు (Metals with Oxygen)

దాదాపు అన్ని లోహాలు ఆక్సిజన్‌తో కలిసి లోహ ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తాయి. మెగ్నీషియం గాలిలో తెల్లని మిరుమిట్లు గొలిపే మంటతో మండుతుంది. కానీ అన్ని లోహాలు ఒకే విధంగా చర్య జరపవు.

ముఖ్య విషయాలు

  • సాధారణ చర్య: లోహం + ఆక్సిజన్ → లోహ ఆక్సైడ్.
  • 2Cu + O₂ → 2CuO (రాగిని గాలిలో వేడిచేస్తే నల్లని కాపర్(II) ఆక్సైడ్).
  • 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ (అల్యూమినియం ఆక్సైడ్).
  • క్షార ఆక్సైడ్లు: లోహ ఆక్సైడ్‌లు సాధారణంగా క్షార స్వభావం కలవి (కాపర్ ఆక్సైడ్ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లంతో చర్య జరుపుతుంది).
  • ఉభయ స్వభావ ఆక్సైడ్లు (Amphoteric oxides): ఆమ్లాలతో, క్షారాలతో రెండింటితో చర్య జరిపి లవణం, నీరు ఇచ్చే లోహ ఆక్సైడ్‌లు. ఉదాహరణలు: అల్యూమినియం ఆక్సైడ్, జింక్ ఆక్సైడ్.
  • Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O
  • Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O (సోడియం అల్యూమినేట్).
  • నీటిలో కరిగే లోహ ఆక్సైడ్లు:
    1. చాలా లోహ ఆక్సైడ్‌లు నీటిలో కరగవు, కొన్ని కరిగి క్షారాలను (alkali) ఇస్తాయి: Na₂O + H₂O → 2NaOH
    2. K₂O + H₂O → 2KOH.
  • వేర్వేరు లోహాల చర్యాశీలత:
    1. పొటాషియం, సోడియం ఎంత తీవ్రంగా చర్య జరుపుతాయంటే బయట ఉంచితే మంట అంటుకుంటుంది. అందుకే వాటిని కిరోసిన్‌లో ముంచి నిల్వ చేస్తారు (ప్రమాదవశాత్తు మంటలను నివారించడానికి).
    2. మెగ్నీషియం, అల్యూమినియం, జింక్, సీసం వంటివి సాధారణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పలుచని ఆక్సైడ్ పొరతో కప్పబడి ఉంటాయి; ఈ రక్షక పొర మరింత ఆక్సీకరణం కాకుండా ఆపుతుంది.
    3. ఇనుము వేడిచేస్తే మండదు, కానీ ఇనుప రజను బర్నర్ మంటలో చల్లితే తీవ్రంగా మండుతుంది.
    4. రాగి మండదు; వేడి రాగి ఉపరితలంపై నల్లని కాపర్(II) ఆక్సైడ్ పూత ఏర్పడుతుంది.
    5. వెండి, బంగారం అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద కూడా ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరపవు.
  • అనోడైజింగ్ (Anodising):
    1. అల్యూమినియంపై మందపాటి ఆక్సైడ్ పొర ఏర్పరిచే ప్రక్రియ. శుభ్రమైన అల్యూమినియం వస్తువును ఆనోడ్‌గా చేసి విరళ సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంలో విద్యుద్విశ్లేషణ చేస్తారు
    2. ఆనోడ్ వద్ద వెలువడే ఆక్సిజన్ అల్యూమినియంతో కలిసి మందపాటి రక్షక పొర ఇస్తుంది. ఈ పొరకు సులభంగా రంగులు వేసి అందమైన ముగింపు ఇవ్వవచ్చు.

సులభమైన ఉదాహరణ

అల్యూమినియం ఎంతో చర్యాశీలమైనా వంట పాత్రలకు వాడతారు, ఎందుకంటే దానిపై ఏర్పడే పలుచని ఆక్సైడ్ పొర లోపలి లోహాన్ని కాపాడుతుంది.

4. లోహాలు నీటితో చర్య – చల్లని నీరు, వేడి నీరు, ఆవిరి (Metals with Water)

లోహాలు నీటితో చర్య జరిపి లోహ ఆక్సైడ్, హైడ్రోజన్ వాయువు ఇస్తాయి. ఆ ఆక్సైడ్ నీటిలో కరిగేదైతే మరింత చర్య జరిపి లోహ హైడ్రాక్సైడ్ అవుతుంది. కానీ అన్ని లోహాలు నీటితో చర్య జరపవు.

ముఖ్య విషయాలు

  • సాధారణ రూపం:
    1. లోహం + నీరు → లోహ ఆక్సైడ్ + హైడ్రోజన్
    2. లోహ ఆక్సైడ్ + నీరు → లోహ హైడ్రాక్సైడ్.
  • పొటాషియం, సోడియం (చల్లని నీటితో తీవ్ర చర్య): చర్య చాలా తీవ్రంగా, ఉష్ణమోచకంగా ఉండి వెలువడిన హైడ్రోజన్ వెంటనే మండుతుంది.
  • 2K(s) + 2H₂O(l) → 2KOH(aq) + H₂(g) + ఉష్ణం
  • 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g) + ఉష్ణం
  • కాల్షియం:
    1. చర్య తక్కువ తీవ్రం
    2. వెలువడే ఉష్ణం హైడ్రోజన్ మండడానికి సరిపోదు. Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g). హైడ్రోజన్ బుడగలు లోహ ఉపరితలానికి అంటుకోవడం వల్ల కాల్షియం నీటిపై తేలుతుంది.
  • మెగ్నీషియం:
    1. చల్లని నీటితో చర్య జరపదు
    2. వేడి నీటితో మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్, హైడ్రోజన్ ఇస్తుంది
    3. హైడ్రోజన్ బుడగల వల్ల ఇది కూడా తేలుతుంది.
  • అల్యూమినియం, ఇనుము, జింక్:
    1. చల్లని, వేడి నీటితో చర్య జరపవు
    2. ఆవిరితో లోహ ఆక్సైడ్, హైడ్రోజన్ ఇస్తాయి.
  • 2Al(s) + 3H₂O(g) → Al₂O₃(s) + 3H₂(g)
  • 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g)
  • సీసం, రాగి, వెండి, బంగారం: నీటితో అసలు చర్య జరపవు.
  • కృత్యం 3.10 క్రమం: చల్లని నీటితో చర్య జరిపిన లోహాలను, తర్వాత వేడి నీటితో, ఆపై ఆవిరితో పరీక్షించి చర్యాశీలత క్రమం (తగ్గుతూ) నిర్ణయిస్తారు. ఈ కృత్యాలకు ఉపాధ్యాయుడి సహాయం అవసరం.

సులభమైన ఉదాహరణ

నీటి చుక్కలు తగిలితే సోడియం ముక్క వెంటనే చిటపటలాడుతూ మండిపోతుంది, కానీ అదే నీటిలో రాగి తీగ ఏమీ కాకుండా ఉంటుంది – చర్యాశీలత తేడా ఇదే.

5. లోహాలు ఆమ్లాలతో చర్య – హైడ్రోజన్ విడుదల, నైట్రిక్ ఆమ్లం, ఆక్వా రీజియా (Metals with Acids)

లోహాలు విరళ ఆమ్లాలతో చర్య జరిపి లవణం, హైడ్రోజన్ వాయువు ఇస్తాయి. లోహం + విరళ ఆమ్లం → లవణం + హైడ్రోజన్. అయితే అన్ని లోహాలు ఒకే వేగంతో చర్య జరపవు.

ముఖ్య విషయాలు

  • కృత్యం 3.11: ఇసుక కాగితంతో శుభ్రం చేసిన లోహ నమూనాలను (సోడియం, పొటాషియం తప్ప – అవి చల్లని నీటితోనే తీవ్రంగా చర్య జరుపుతాయి కాబట్టి) విరళ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లంలో వేసి బుడగల వేగాన్ని, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలను గమనిస్తారు.
  • ఫలితం:
    1. మెగ్నీషియంతో బుడగలు అత్యంత వేగంగా వస్తాయి
    2. చర్య అత్యంత ఉష్ణమోచకం. చర్యాశీలత క్రమం: Mg > Al > Zn > Fe.
  • రాగి: విరళ HCl తో బుడగలు రావు, ఉష్ణోగ్రత మారదు – చర్య జరగదు.
  • హైడ్రోజన్ పైన ఉన్న లోహాలు:
    1. చర్యాశీలత శ్రేణిలో హైడ్రోజన్ కంటే పైన ఉన్న లోహాలు విరళ ఆమ్లాల నుండి హైడ్రోజన్‌ను తొలగించగలవు
    2. Cu, Hg, Ag, Au తొలగించలేవు.
  • నైట్రిక్ ఆమ్లం (HNO₃):
    1. ఏ లోహం HNO₃ తో చర్య జరిపినా సాధారణంగా హైడ్రోజన్ వాయువు వెలువడదు. కారణం – HNO₃ బలమైన ఆక్సీకరణ కారకం
    2. ఏర్పడిన H₂ ను నీరుగా ఆక్సీకరణం చేసి, తాను నైట్రోజన్ ఆక్సైడ్‌లలో (N₂O, NO, NO₂) ఒకటిగా క్షయకరణం చెందుతుంది. మెగ్నీషియం (Mg), మాంగనీస్ (Mn) మాత్రం చాలా విరళ HNO₃ తో H₂ ను ఇస్తాయి.
  • ఆక్వా రీజియా (Aqua regia): లాటిన్ భాషలో "రాజ జలం". గాఢ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం, గాఢ నైట్రిక్ ఆమ్లాలను 3 : 1 నిష్పత్తిలో తాజాగా కలిపిన మిశ్రమం.
  • ఈ రెండు ఆమ్లాలు విడివిడిగా బంగారాన్ని కరిగించలేవు, కానీ ఆక్వా రీజియా కరిగిస్తుంది.
  • ఇది అత్యంత తినివేసే (corrosive), పొగలు వెదజల్లే ద్రవం
  • బంగారం, ప్లాటినం కరిగించగల కొన్ని కారకాల్లో ఒకటి.

సులభమైన ఉదాహరణ

జింక్ ముక్కను విరళ HCl లో వేస్తే బుడగలు పైకి వస్తాయి (H₂ వాయువు); అదే ఆమ్లంలో రాగి ముక్కను వేస్తే ఏమీ కనిపించదు.

లోహాల చర్యాశీలత శ్రేణి – నీరు, ఆమ్లాలతో చర్య
లోహాల చర్యాశీలత శ్రేణి – నీరు, ఆమ్లాలతో చర్య

6. స్థానభ్రంశ చర్యలు – చర్యాశీలత శ్రేణి (Displacement Reactions and Activity Series)

అన్ని లోహాలను ఆక్సిజన్, నీరు, ఆమ్లాలతో చర్య ఆధారంగా వరుసలో పెట్టలేం, ఎందుకంటే కొన్ని లోహాలు ఈ కారకాలతో చర్య జరపవు. స్థానభ్రంశ చర్యలు (Displacement reactions) చర్యాశీలతకు మరింత మంచి ఆధారం ఇస్తాయి.

ముఖ్య విషయాలు

  • నియమం: చర్యాశీలత ఎక్కువైన లోహం, తక్కువ చర్యాశీలత గల లోహాన్ని దాని సమ్మేళన ద్రావణం లేదా కరిగిన స్థితి నుండి స్థానభ్రంశం చేస్తుంది.
  • లోహం A + లోహం B లవణ ద్రావణం → లోహం A లవణ ద్రావణం + లోహం B.
  • A, B ని స్థానభ్రంశం చేస్తే A, B కంటే ఎక్కువ చర్యాశీలం.
  • కృత్యం 3.12:
    1. రాగి తీగను ఐరన్ సల్ఫేట్ ద్రావణంలో, ఇనుప మేకును కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణంలో ఉంచి 20 నిమిషాల తర్వాత పరిశీలిస్తారు. ఇనుము రాగిని స్థానభ్రంశం చేస్తుంది (రాగి ఇనుమును చేయదు)
    2. కాబట్టి ఇనుము రాగి కంటే చర్యాశీలం.
  • చర్యాశీలత శ్రేణి (Reactivity series): లోహాలను వాటి చర్యాశీలత తగ్గే క్రమంలో అమర్చిన జాబితా. కృత్యాలు 1.9, 3.12 ల స్థానభ్రంశ ప్రయోగాల తర్వాత ఈ క్రమం రూపొందింది (పట్టిక 3.2):
  • K పొటాషియం (అత్యంత చర్యాశీలం), Na సోడియం, Ca కాల్షియం, Mg మెగ్నీషియం, Al అల్యూమినియం, Zn జింక్, Fe ఇనుము, Pb సీసం,
  • [H] హైడ్రోజన్ (పోలిక కోసం),
  • Cu రాగి, Hg పాదరసం, Ag వెండి, Au బంగారం (అత్యల్ప చర్యాశీలం).
  • ఉపయోగాలు:
    1. శ్రేణిలో హైడ్రోజన్ పైన ఉన్న లోహాలు విరళ ఆమ్లాల నుండి హైడ్రోజన్‌ను స్థానభ్రంశం చేస్తాయి
    2. ఒక లోహం తన కంటే కింద ఉన్న లోహాన్ని లవణ ద్రావణం నుండి స్థానభ్రంశం చేస్తుంది.
  • అభ్యాస ప్రశ్న సూచనలు: జింక్‌ను ఐరన్(II) సల్ఫేట్ ద్రావణంలో వేస్తే జింక్ ఇనుమును స్థానభ్రంశం చేస్తుంది (Zn + FeSO₄ → ZnSO₄ + Fe). AgNO₃ ద్రావణంలో రాగి వేస్తే రాగి వెండిని స్థానభ్రంశం చేస్తుంది. NaCl ద్రావణంలో రాగి, MgCl₂ ద్రావణంలో అల్యూమినియం, FeSO₄ ద్రావణంలో వెండి – ఇవి స్థానభ్రంశం చేయలేవు.
  • ఇనుము + విరళ H₂SO₄ → ఐరన్ సల్ఫేట్ + హైడ్రోజన్ (ప్రతిచర్య).
చర్యాశీలత శ్రేణి (Reactivity Series)
చర్యాశీలత శ్రేణి (Reactivity Series)

సులభమైన ఉదాహరణ

కాపర్ సల్ఫేట్ నీలి ద్రావణంలో ఇనుప మేకు వేస్తే మేకుపై ఎర్రని రాగి పూత ఏర్పడి, ద్రావణం క్రమంగా లేత ఆకుపచ్చగా మారుతుంది – ఇనుము రాగిని స్థానభ్రంశం చేయడమే దీనికి కారణం.

7. లోహాలు–అలోహాల చర్య – ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ, అయానిక బంధం (Formation of Ionic Compounds)

లోహాలు ఎందుకు ఈ విధంగా చర్య జరుపుతాయనే ప్రశ్నకు సమాధానం ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసంలో ఉంది. ఉత్తమ వాయువులకు (Noble gases) సంయోజకత కక్ష్య పూర్తిగా నిండి ఉండటం వల్ల రసాయన చర్యాశీలత దాదాపు ఉండదు.

మిగిలిన మూలకాలు కూడా పూర్తిగా నిండిన సంయోజకత కక్ష్యను పొందే ప్రయత్నంలోనే చర్య జరుపుతాయి.

ముఖ్య విషయాలు

  • పట్టిక 3.3 – ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాలు (K, L, M, N కక్ష్యల్లో):
    1. ఉత్తమ వాయువులు: హీలియం 2; నియాన్ 2, 8; ఆర్గాన్ 2, 8, 8.
    2. లోహాలు: సోడియం (పరమాణు సంఖ్య 11) 2, 8, 1; మెగ్నీషియం (12) 2, 8, 2; అల్యూమినియం (13) 2, 8, 3; పొటాషియం (19) 2, 8, 8, 1; కాల్షియం (20) 2, 8, 8, 2.
    3. అలోహాలు: నైట్రోజన్ (7) 2, 5; ఆక్సిజన్ (8) 2, 6; ఫ్లోరిన్ (9) 2, 7; ఫాస్ఫరస్ (15) 2, 8, 5; సల్ఫర్ (16) 2, 8, 6; క్లోరిన్ (17) 2, 8, 7.
  • సోడియం క్లోరైడ్ (NaCl) ఏర్పడటం:
    1. సోడియంకు బాహ్య కక్ష్యలో ఒక ఎలక్ట్రాన్ ఉంటుంది. దాన్ని (M కక్ష్య నుండి) కోల్పోతే L కక్ష్య బాహ్యమై స్థిరమైన అష్టకం వస్తుంది. కేంద్రకంలో 11 ప్రోటాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు 10 – నికర ధనావేశంతో సోడియం కాటయాన్ Na⁺ ఏర్పడుతుంది: Na → Na⁺ + e⁻ (2,8,1 → 2,8).
    2. క్లోరిన్‌కు బాహ్య కక్ష్యలో 7 ఎలక్ట్రాన్లు; అష్టకానికి ఇంకొకటి కావాలి. ఎలక్ట్రాన్ తీసుకుంటే 17 ప్రోటాన్లు, 18 ఎలక్ట్రాన్లతో క్లోరైడ్ ఆనయాన్ Cl⁻ అవుతుంది: Cl + e⁻ → Cl⁻ (2,8,7 → 2,8,8).
    3. వ్యతిరేక ఆవేశాలున్న అయాన్లు బలమైన స్థిర విద్యుత్ ఆకర్షణ బలాలతో బంధింపబడి NaCl గా ఉంటాయి. NaCl అణువులుగా ఉండదు; వ్యతిరేక ఆవేశ అయాన్ల సముదాయంగా ఉంటుంది.
  • మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ (MgCl₂):
    1. Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ (2,8,2 → 2,8)
    2. ప్రతి Cl ఒక ఎలక్ట్రాన్ తీసుకుని Cl⁻ అవుతుంది. అందువల్ల ఒక Mg²⁺ కు రెండు Cl⁻ అయాన్లు ఉంటాయి. MgCl₂ లో కాటయాన్ Mg²⁺, ఆనయాన్ Cl⁻.
  • అయానిక (ఎలక్ట్రోవేలెంట్) సమ్మేళనాలు: లోహం నుండి అలోహానికి ఎలక్ట్రాన్ల బదిలీ ద్వారా ఏర్పడే సమ్మేళనాలు.
  • సూచనలు:
    1. లోహాలు ఎలక్ట్రాన్లను కోల్పోయి ధనాయనులు (కాటయాన్లు) అవుతాయి
    2. అలోహాలు ఎలక్ట్రాన్లు గ్రహించి ఋణాయనులు (ఆనయాన్లు) అవుతాయి. Na₂O, MgO లలో కూడా ఇదే ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ జరుగుతుంది (Na⁺ & O²⁻
    3. Mg²⁺ & O²⁻).
అయానిక బంధం ఏర్పడటం – NaCl, MgCl2
అయానిక బంధం ఏర్పడటం – NaCl, MgCl2

సులభమైన ఉదాహరణ

సోడియం తన ఒక్క బాహ్య ఎలక్ట్రాన్‌ను ఇవ్వడానికి సిద్ధం, క్లోరిన్ ఒక్క ఎలక్ట్రాన్ తీసుకోవడానికి సిద్ధం – ఈ "ఇచ్చి పుచ్చుకునే" సంబంధమే ఉప్పు (NaCl) ఏర్పడటానికి కారణం.

8. అయానిక సమ్మేళనాల ధర్మాలు – ద్రవీభవన స్థానం, ద్రావణీయత, విద్యుత్ వాహకత (Properties of Ionic Compounds)

NaCl, KI, BaCl₂ వంటి లవణాలను జ్వాలలో వేడిచేసి, నీరు, పెట్రోల్, కిరోసిన్‌లో కరిగించి, విద్యుత్ వలయంలో పరీక్షిస్తే అయానిక సమ్మేళనాల సామాన్య ధర్మాలు తెలుస్తాయి (కృత్యం 3.13).

ముఖ్య విషయాలు

  • భౌతిక స్వభావం:
    1. అయానిక సమ్మేళనాలు ఘనాలు
    2. ధన, ఋణ అయాన్ల మధ్య బలమైన ఆకర్షణ వల్ల కొంత కఠినంగా ఉంటాయి. కానీ పెళుసుగా ఉండి ఒత్తిడి ఇస్తే ముక్కలవుతాయి.
  • ద్రవీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు అధికం: అయాన్ల మధ్య బలమైన ఆకర్షణను విరగ్గొట్టడానికి ఎక్కువ శక్తి కావాలి. పట్టిక 3.4 (ద్రవీభవన / బాష్పీభవన స్థానాలు, కెల్విన్లలో):
  • NaCl: 1074 / 1686
  • LiCl: 887 / 1600
  • CaCl₂: 1045 / 1900
  • CaO: 2850 / 3120
  • MgCl₂: 981 / 1685
  • ద్రావణీయత:
    1. సాధారణంగా నీటిలో కరుగుతాయి
    2. కిరోసిన్, పెట్రోల్ వంటి ద్రావణులలో కరగవు.
  • విద్యుత్ వాహకత:
    1. నీటిలో ద్రావణం: అయాన్లు స్వేచ్ఛగా ఉండి, విద్యుత్ ప్రవహించినప్పుడు వ్యతిరేక ఎలక్ట్రోడ్ల వైపు కదులుతాయి కాబట్టి విద్యుత్ వాహకం.
    2. ఘన స్థితి: దృఢమైన నిర్మాణంలో అయాన్లు కదలలేవు కాబట్టి విద్యుత్ వహించవు.
    3. కరిగిన (ద్రవ) స్థితి: వేడివల్ల అయాన్ల మధ్య స్థిర విద్యుత్ ఆకర్షణ బలాలు తగ్గి అయాన్లు స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి కాబట్టి విద్యుత్ వహిస్తాయి.
  • నిర్వచనం గుర్తు:
    1. విద్యుత్ వహనం అంటే ఆవేశిత కణాల కదలిక
    2. అయానిక ద్రావణంలో ఆ కణాలు అయాన్లు.
అయానిక సమ్మేళనాలు ఘన, ద్రవ, ద్రావణ స్థితుల్లో
అయానిక సమ్మేళనాలు ఘన, ద్రవ, ద్రావణ స్థితుల్లో

సులభమైన ఉదాహరణ

ఉప్పు (NaCl) స్ఫటికం విద్యుత్ వలయంలో బల్బును వెలిగించదు; అదే ఉప్పును నీటిలో కరిగిస్తే (లేదా వేడి చేసి ద్రవంగా మారిస్తే) బల్బు వెలుగుతుంది – అయాన్లు కదలగలగడమే కారణం.

9. లోహాల లభ్యత – ఖనిజాలు, ధాతువులు, గాంగ్, ధాతు సాంద్రీకరణ (Occurrence and Enrichment of Ores)

భూపటలం (Earth's crust) లోహాలకు ప్రధాన వనరు. సముద్రపు నీటిలో కూడా సోడియం క్లోరైడ్, మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ వంటి కరిగే లవణాలు ఉంటాయి.

ముఖ్య విషయాలు

  • ఖనిజాలు (Minerals): భూపటలంలో సహజంగా లభించే మూలకాలు లేదా సమ్మేళనాలు.
  • ధాతువులు (Ores): కొన్ని చోట్ల ఖనిజంలో ఒక లోహం చాలా ఎక్కువ శాతంలో ఉండి, లాభదాయకంగా లోహాన్ని వెలికితీయవచ్చు. అలాంటి ఖనిజాలను ధాతువులు అంటారు.
  • గాంగ్ (Gangue): తవ్విన ధాతువులో కలిసి ఉండే మట్టి, ఇసుక వంటి మలినాలు. లోహ నిష్కర్షణకు ముందు ఇవి తొలగించాలి.
  • ధాతు సాంద్రీకరణ (Enrichment of ores): గాంగ్‌ను తొలగించే పద్ధతులు. ధాతువు, గాంగ్‌ల భౌతిక లేదా రసాయన ధర్మాల తేడాల ఆధారంగా వేర్వేరు వేరుచేసే పద్ధతులు వాడతారు.
  • లోహ నిష్కర్షణ దశలు (పటం 3.10): ధాతువు తవ్వకం → ధాతు సాంద్రీకరణ → లోహ నిష్కర్షణ (క్షయకరణం) → శుద్ధీకరణ.
  • చర్యాశీలత ఆధారంగా లోహాలు ప్రకృతిలో ఏ రూపంలో ఉంటాయి:
    1. శ్రేణిలో అడుగున ఉండే లోహాలు (తక్కువ చర్యాశీలత) తరచుగా స్వేచ్ఛా స్థితిలో లభిస్తాయి: బంగారం, వెండి, ప్లాటినం, రాగి. రాగి, వెండి సల్ఫైడ్ లేదా ఆక్సైడ్ ధాతువుల రూపంలో సంయోగ స్థితిలో కూడా లభిస్తాయి.
    2. శ్రేణి పైభాగంలోని లోహాలు (K, Na, Ca, Mg, Al) అంత చర్యాశీలమైనవి కాబట్టి స్వేచ్ఛా మూలకాలుగా ప్రకృతిలో ఎన్నడూ లభించవు.
    3. మధ్యలోని లోహాలు (Zn, Fe, Pb మొ.) మధ్యస్థ చర్యాశీలత కలవి; భూపటలంలో ప్రధానంగా ఆక్సైడ్లు, సల్ఫైడ్లు లేదా కార్బోనేట్ల రూపంలో ఉంటాయి.
    4. చాలా లోహాల ధాతువులు ఆక్సైడ్లు; ఎందుకంటే ఆక్సిజన్ అత్యంత చర్యాశీల మూలకం, భూమిపై సమృద్ధిగా ఉంది.
  • వర్గీకరణ:
    1. చర్యాశీలత ఆధారంగా లోహాలు మూడు వర్గాలు – (i) అల్ప చర్యాశీలత, (ii) మధ్యస్థ చర్యాశీలత, (iii) అధిక చర్యాశీలత గలవి
    2. ప్రతి వర్గానికి నిష్కర్షణ పద్ధతి వేరు.
చర్యాశీలత ఆధారంగా లోహ నిష్కర్షణ పద్ధతులు
చర్యాశీలత ఆధారంగా లోహ నిష్కర్షణ పద్ధతులు

సులభమైన ఉదాహరణ

బంగారం గనిలో గడ్డల రూపంలో స్వచ్ఛంగా దొరుకుతుంది, కానీ అల్యూమినియం ఎప్పుడూ ఇతర మూలకాలతో కలిసిన ధాతువులోనే దొరుకుతుంది – చర్యాశీలత తేడా వల్ల.

10. అల్ప, మధ్యస్థ చర్యాశీల లోహాల నిష్కర్షణ – వేడిచేయడం, భర్జనం, భస్మీకరణం, క్షయకరణం (Roasting, Calcination, Reduction)

అల్ప చర్యాశీల లోహాల ఆక్సైడ్లను కేవలం వేడిచేసి క్షయకరణం చేయవచ్చు. మధ్యస్థ చర్యాశీల లోహాలను సాధారణంగా కార్బన్ వంటి క్షయకరణ కారకాలతో తీస్తారు. ధాతువుల నుండి లోహాన్ని పొందడం క్షయకరణ ప్రక్రియే.

ముఖ్య విషయాలు

  • అల్ప చర్యాశీల లోహాలు:
    1. ఉదా. పాదరసం. సిన్నబార్ (HgS) పాదరస ధాతువు
    2. గాలిలో వేడిచేస్తే మొదట మెర్క్యూరిక్ ఆక్సైడ్ (HgO) అవుతుంది
    3. మరింత వేడిచేస్తే పాదరసంగా క్షయకరణం చెందుతుంది.
  • 2HgS(s) + 3O₂(g) → 2HgO(s) + 2SO₂(g) (వేడి)
  • 2HgO(s) → 2Hg(l) + O₂(g) (వేడి)
  • రాగి (Cu₂S): ప్రకృతిలో Cu₂S గా లభించే రాగిని గాలిలో వేడిచేసి మాత్రమే పొందవచ్చు.
  • 2Cu₂S + 3O₂ → 2Cu₂O + 2SO₂
  • 2Cu₂O + Cu₂S → 6Cu + SO₂
  • మధ్యస్థ చర్యాశీల లోహాలు (ఇనుము, జింక్, సీసం, రాగి): ఇవి సల్ఫైడ్లు లేదా కార్బోనేట్ల రూపంలో ఉంటాయి. సల్ఫైడ్లు, కార్బోనేట్ల కంటే ఆక్సైడ్ నుండి లోహం పొందడం సులభం, కాబట్టి క్షయకరణానికి ముందు వీటిని ఆక్సైడ్‌లుగా మారుస్తారు.
  • భర్జనం (Roasting): సల్ఫైడ్ ధాతువులను అధిక గాలిలో బలంగా వేడిచేసి ఆక్సైడ్‌గా మార్చే ప్రక్రియ. 2ZnS(s) + 3O₂(g) → 2ZnO(s) + 2SO₂(g).
  • భస్మీకరణం (Calcination): కార్బోనేట్ ధాతువులను పరిమిత గాలిలో బలంగా వేడిచేసి ఆక్సైడ్‌గా మార్చే ప్రక్రియ. ZnCO₃(s) → ZnO(s) + CO₂(g).
  • క్షయకరణం: లోహ ఆక్సైడ్‌ను కార్బన్ (కోక్) వంటి క్షయకరణ కారకంతో లోహంగా మారుస్తారు. ZnO(s) + C(s) → Zn(s) + CO(g).
  • ఆక్సీకరణ–క్షయకరణ:
    1. ఆక్సైడ్ నుండి లోహం పొందే చర్య క్షయకరణం (ఆక్సిజన్ తొలగింపు)
    2. కార్బన్ ఆక్సీకరణం చెంది CO గా మారుతుంది.
లోహ నిష్కర్షణ దశలు – భర్జనం, భస్మీకరణం, క్షయకరణం
లోహ నిష్కర్షణ దశలు – భర్జనం, భస్మీకరణం, క్షయకరణం

సులభమైన ఉదాహరణ

జింక్ సల్ఫైడ్ ధాతువును ముందు గాలిలో కాల్చి జింక్ ఆక్సైడ్‌గా మార్చి, ఆ తర్వాత కోక్‌తో వేడిచేసి జింక్ లోహం పొందుతారు.

11. స్థానభ్రంశ క్షయకరణం, థర్మిట్ చర్య, అధిక చర్యాశీల లోహాల విద్యుద్విశ్లేషణ నిష్కర్షణ (Thermit Reaction and Electrolytic Reduction)

కార్బన్‌ను వాడడమే కాకుండా, కొన్నిసార్లు స్థానభ్రంశ చర్యలతో కూడా లోహ ఆక్సైడ్‌లను లోహాలుగా మార్చవచ్చు. సోడియం, కాల్షియం, అల్యూమినియం వంటి అధిక చర్యాశీల లోహాలను క్షయకరణ కారకాలుగా వాడతారు, ఎందుకంటే అవి తక్కువ చర్యాశీల లోహాలను వాటి సమ్మేళనాల నుండి స్థానభ్రంశం చేయగలవు.

ముఖ్య విషయాలు

  • మాంగనీస్ డై ఆక్సైడ్ + అల్యూమినియం: 3MnO₂(s) + 4Al(s) → 3Mn(l) + 2Al₂O₃(s) + ఉష్ణం. ఇందులో అల్యూమినియం ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, మాంగనీస్ డై ఆక్సైడ్ క్షయకరణం చెందుతుంది.
  • ఉష్ణమోచక చర్యలు: ఈ స్థానభ్రంశ చర్యలు ఎంత ఉష్ణమోచకమంటే వెలువడే ఉష్ణానికి లోహాలు కరిగిన స్థితిలో ఏర్పడతాయి.
  • థర్మిట్ చర్య (Thermit reaction): ఐరన్(III) ఆక్సైడ్ (Fe₂O₃) అల్యూమినియంతో చర్య జరపడం. Fe₂O₃(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al₂O₃(s) + ఉష్ణం. రైలు పట్టాలను లేదా పగిలిన యంత్ర భాగాలను అతికించడానికి ఈ చర్యను వాడతారు.
  • శ్రేణిలో పైభాగంలోని లోహాలు (Na, Mg, Ca, Al మొ.): ఇవి ఆక్సిజన్ పట్ల కార్బన్ కంటే ఎక్కువ ఆసక్తి (affinity) కలిగి ఉండటం వల్ల కార్బన్‌తో వేడిచేసి వాటి ఆక్సైడ్‌ల నుండి లోహాలను పొందలేం. వీటిని విద్యుద్విశ్లేషణ క్షయకరణం (Electrolytic reduction) ద్వారా తీస్తారు.
  • సోడియం, మెగ్నీషియం, కాల్షియంలను వాటి కరిగిన క్లోరైడ్ల విద్యుద్విశ్లేషణతో పొందుతారు.
  • కాథోడ్ (ఋణ ఎలక్ట్రోడ్) వద్ద లోహం నిక్షిప్తమవుతుంది
  • ఆనోడ్ (ధన ఎలక్ట్రోడ్) వద్ద క్లోరిన్ వాయువు వెలువడుతుంది.
  • కాథోడ్ వద్ద: Na⁺ + e⁻ → Na. ఆనోడ్ వద్ద: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻.
  • అల్యూమినియంను అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ విద్యుద్విశ్లేషణ క్షయకరణంతో తీస్తారు.

సులభమైన ఉదాహరణ

రైలు పట్టాల మధ్య ఉన్న పగులులో Fe₂O₃, Al పొడి మిశ్రమాన్ని మండిస్తే, కరిగిన ఇనుము ఏర్పడి పగులును అతికించేస్తుంది.

12. లోహాల శుద్ధీకరణ – విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతి, ఆనోడ్ బురద (Electrolytic Refining)

వివిధ క్షయకరణ పద్ధతుల ద్వారా లభించిన లోహాలు పూర్తిగా స్వచ్ఛంగా ఉండవు; వాటిలో మలినాలు ఉంటాయి. స్వచ్ఛ లోహం పొందడానికి వీటిని శుద్ధి చేయాలి. అశుద్ధ లోహాలను శుద్ధి చేయడానికి అత్యధికంగా వాడే పద్ధతి విద్యుద్విశ్లేషణ శుద్ధీకరణ.

ముఖ్య విషయాలు

  • శుద్ధీకరణ చేసే లోహాలు: రాగి, జింక్, టిన్, నికెల్, వెండి, బంగారం మొదలైనవి విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతిలో శుద్ధి చేస్తారు.
  • ఏర్పాటు (పటం 3.12 – రాగి):
    1. ఆనోడ్: అశుద్ధ లోహం.
    2. కాథోడ్: స్వచ్ఛ లోహపు పలుచని పట్టీ.
    3. విద్యుద్విశ్లేష్యం: ఆ లోహపు లవణ ద్రావణం (రాగికి ఆమ్లీకృత కాపర్ సల్ఫేట్).
  • ప్రక్రియ:
    1. విద్యుత్ ప్రవహింపజేస్తే ఆనోడ్ నుండి స్వచ్ఛ లోహం ద్రావణంలోకి కరుగుతుంది
    2. అంతే పరిమాణంలో స్వచ్ఛ లోహం ద్రావణం నుండి కాథోడ్‌పై నిక్షిప్తమవుతుంది.
  • మలినాలు:
    1. కరిగే మలినాలు ద్రావణంలోకి వెళ్తాయి
    2. కరగని మలినాలు ఆనోడ్ అడుగున పేరుకుంటాయి – వీటిని ఆనోడ్ బురద (Anode mud) అంటారు.
  • అభ్యాస ప్రశ్న (లోహం M):
    1. M ను విద్యుద్విశ్లేషణతో శుద్ధి చేస్తే – ఆనోడ్: అశుద్ధ M
    2. కాథోడ్: స్వచ్ఛ M పట్టీ
    3. విద్యుద్విశ్లేష్యం: M లవణ ద్రావణం.
  • నిర్వచనాలు (అభ్యాసం): ఖనిజం, ధాతువు, గాంగ్ అనేవి వేర్వేరు పదాలు. ధాతువు నుండి లోహం పొందే రసాయన ప్రక్రియ క్షయకరణం. లోహాల నిష్కర్షణ, శుద్ధీకరణల మొత్తం ప్రక్రియను లోహ శాస్త్రం (Metallurgy) అంటారు.
రాగి విద్యుద్విశ్లేషణ శుద్ధీకరణ – ఆనోడ్, కాథోడ్
రాగి విద్యుద్విశ్లేషణ శుద్ధీకరణ – ఆనోడ్, కాథోడ్

సులభమైన ఉదాహరణ

అశుద్ధ రాగి దిమ్మను ఆనోడ్‌గా, పలుచని స్వచ్ఛ రాగి పట్టీని కాథోడ్‌గా కాపర్ సల్ఫేట్ ద్రావణంలో ఉంచి విద్యుత్ పంపితే కాథోడ్ మందంగా మారుతుంది, ఆనోడ్ కరిగి సన్నబడుతుంది.

13. క్షయం (తుప్పు పట్టడం) – కారణాలు, పరిస్థితులు (Corrosion and Rusting)

కొన్ని లోహాల ఉపరితలం గాలి, తేమకు ఎక్కువ కాలం గురైతే నెమ్మదిగా తినివేయబడుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని క్షయం లేదా తుప్పు పట్టడం (Corrosion) అంటారు.

ముఖ్య విషయాలు

  • వెండి: గాలిలోని సల్ఫర్‌తో చర్య జరిపి నల్లని సిల్వర్ సల్ఫైడ్ పూత ఏర్పడుతుంది – అందుకే వెండి వస్తువులు కొంతకాలానికి నల్లబడతాయి.
  • రాగి:
    1. గాలిలోని తేమతో కూడిన కార్బన్ డై ఆక్సైడ్‌తో చర్య జరిపి మెరిసే గోధుమ రంగు ఉపరితలం కోల్పోయి ఆకుపచ్చ పూత పొందుతుంది
    2. ఈ ఆకుపచ్చ పదార్థం క్షార కాపర్ కార్బోనేట్.
  • ఇనుము: తేమగల గాలికి చాలా కాలం గురైతే గోధుమ రంగు పొలుసుల వంటి పూత (తుప్పు – Rust) ఏర్పడుతుంది.
  • కృత్యం 3.14 – ఇనుము తుప్పు పట్టే పరిస్థితులు: మూడు పరీక్ష నాళికలు A, B, C లలో శుభ్రమైన ఇనుప మేకులు ఉంచుతారు.
  • నాళిక A: మేకులతో పాటు నీరు పోసి బిరడా పెడతారు – మేకులు గాలి, నీరు రెండింటికీ గురవుతాయి. ఫలితం: మేకులు తుప్పు పడతాయి.
  • నాళిక B: మరిగించి చల్లార్చిన స్వేదన జలం, పైన సుమారు 1 mL నూనె, బిరడా. నూనె నీటిపై తేలి గాలి నీటిలో కరగకుండా ఆపుతుంది – మేకులు నీటికి మాత్రమే గురవుతాయి. ఫలితం: తుప్పు పట్టదు.
  • నాళిక C:
    1. నిర్జల (అన్‌హైడ్రస్) కాల్షియం క్లోరైడ్ వేసి బిరడా – ఇది గాలిలోని తేమను పీల్చుకుంటుంది
    2. మేకులు పొడి గాలికి మాత్రమే గురవుతాయి. ఫలితం: తుప్పు పట్టదు.
  • నిర్ధారణ: ఇనుము తుప్పు పట్టడానికి గాలి (ఆక్సిజన్), నీరు (తేమ) రెండూ అవసరం.
తుప్పు పట్టే పరిస్థితులు – నాళికలు A, B, C
తుప్పు పట్టే పరిస్థితులు – నాళికలు A, B, C

సులభమైన ఉదాహరణ

వర్షంలో తడిసి గాలికి తగిలే ఇనుప గేటు తుప్పు పడుతుంది; నూనె పూసి ఉంచిన నట్టు–బోల్టు, పొడి గదిలో ఉన్న ఇనుప వస్తువులు ఎక్కువకాలం తుప్పు పట్టవు.

14. తుప్పు నివారణ, గాల్వనీకరణ, మిశ్రమ లోహాలు, ఢిల్లీ ఇనుప స్తంభం (Prevention of Corrosion and Alloys)

ఇనుము తుప్పును పెయింట్ వేయడం, నూనె పూయడం, గ్రీజు పూయడం, గాల్వనీకరణం, క్రోమ్ పూత, అనోడైజింగ్, మిశ్రమ లోహాలు చేయడం వంటి పద్ధతులతో నివారించవచ్చు.

ముఖ్య విషయాలు

  • గాల్వనీకరణం (Galvanisation): ఉక్కు, ఇనుము వస్తువులపై పలుచని జింక్ పొరను పూసి తుప్పు నుండి కాపాడే పద్ధతి. జింక్ పూత పగిలినా వస్తువు తుప్పు పట్టదు – కారణం, జింక్ ఇనుము కంటే చర్యాశీలమైనది కాబట్టి అదే ముందుగా తుప్పు పడుతూ ఇనుమును కాపాడుతుంది.
  • మిశ్రమ లోహం (Alloy): రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ లోహాల, లేదా లోహం–అలోహాల సజాతీయ మిశ్రమం. ముందుగా ప్రధాన లోహాన్ని కరిగించి, ఇతర మూలకాలను నిర్ణీత నిష్పత్తిలో కరిగించి, తర్వాత గది ఉష్ణోగ్రతకు చల్లారుస్తారు. ఈ పద్ధతిలో కావలసిన లక్షణాలు పొందవచ్చు.
  • ఇనుము మిశ్రమాలు:
    1. స్వచ్ఛ ఇనుము చాలా మెత్తనిది, వేడిలో సాగిపోతుంది. అందుకే స్వచ్ఛ రూపంలో వాడరు. సుమారు 0.05 % కార్బన్ కలిపితే గట్టిగా, బలంగా మారుతుంది.
    2. ఇనుముకు నికెల్, క్రోమియం కలిపితే స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ – కఠినమైనది, తుప్పు పట్టదు.
  • బంగారం:
    1. స్వచ్ఛ బంగారం 24 క్యారెట్లు
    2. చాలా మెత్తగా ఉండి నగలకు పనికిరాదు
    3. దృఢత్వం కోసం వెండి లేదా రాగితో మిశ్రమం చేస్తారు. భారతదేశంలో నగలకు సాధారణంగా 22 క్యారెట్ల బంగారం వాడతారు – 22 భాగాలు స్వచ్ఛ బంగారం + 2 భాగాలు రాగి లేదా వెండి.
  • సమ్మేళన మిశ్రమం (Amalgam): మిశ్రమంలో ఒక లోహం పాదరసం అయితే దాన్ని అమాల్గమ్ అంటారు.
  • మిశ్రమ లోహాల లక్షణాలు: మిశ్రమ లోహం విద్యుత్ వాహకత, ద్రవీభవన స్థానం స్వచ్ఛ లోహాల కంటే తక్కువ.
  • ఇత్తడి (Brass) = రాగి + జింక్
  • కంచు (Bronze) = రాగి + టిన్ – ఇవి విద్యుత్ వాహకాలుగా మంచివి కావు
  • అందుకే విద్యుత్ వలయాలకు రాగిని వాడతారు.
  • సోల్డర్ (Solder) = సీసం + టిన్
  • ద్రవీభవన స్థానం తక్కువ కాబట్టి విద్యుత్ తీగలను అతికించడానికి వాడతారు.
  • అభ్యాస ప్రశ్న: ఇనుప వేపుడు పెనం తుప్పు పట్టకుండా గ్రీజు, పెయింట్, జింక్ పూత – ఇవన్నీ ఉపయోగపడతాయి. ఏ లోహాలు సులభంగా తుప్పు పట్టవు? – తక్కువ చర్యాశీలత గల లోహాలు (వెండి, బంగారం, ప్లాటినం).
  • ఢిల్లీ ఇనుప స్తంభం (More to Know):
    1. ప్రాచీన భారత లోహ శాస్త్ర అద్భుతం. కుతుబ్ మినార్ సమీపంలో ఉంది
    2. 1600 సంవత్సరాలకు పైగా పురాతనమైనది
    3. భారతీయ ఇనుప పనివారు తుప్పు పట్టకుండా నివారించే ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేసి నిర్మించారు. ప్రపంచవ్యాప్త శాస్త్రవేత్తలు దీని తుప్పు నిరోధక గుణాన్ని పరిశీలించారు. ఎత్తు 8 మీటర్లు, బరువు 6 టన్నులు (6000 కిలోలు).

సులభమైన ఉదాహరణ

వంటింట్లో వాడే స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ గిన్నెలు తుప్పు పట్టవు; ఎందుకంటే అవి ఇనుము + నికెల్ + క్రోమియం మిశ్రమం.

15. లోహాలు – అలోహాల రసాయన ధర్మాల పోలిక (Chemical Properties: Metals vs Non-metals)

అధ్యాయం చివర సారాంశం ప్రకారం అలోహాలకు లోహాలకు వ్యతిరేక ధర్మాలు ఉంటాయి. రసాయన చర్యల్లో ఈ తేడా స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.

ముఖ్య విషయాలు

  • అయాన్ల ఏర్పాటు: లోహాలు అలోహాలతో చర్యలో ఎలక్ట్రాన్లను కోల్పోయి ధనాయనులు (కాటయాన్లు) ఏర్పరుస్తాయి. అలోహాలు లోహాలతో చర్యలో ఎలక్ట్రాన్లను గ్రహించి ఋణాయనులు ఏర్పరుస్తాయి.
  • ఆక్సైడ్లు: లోహాలు ఆక్సిజన్‌తో కలిసి క్షార ఆక్సైడ్‌లు ఇస్తాయి (Al₂O₃, ZnO ఉభయ స్వభావం). అలోహాలు ఆమ్ల లేదా తటస్థ ఆక్సైడ్‌లు ఏర్పరుస్తాయి.
  • ఆమ్లాలతో చర్య:
    1. హైడ్రోజన్ కంటే పైన ఉన్న లోహాలు విరళ ఆమ్లాల నుండి హైడ్రోజన్‌ను స్థానభ్రంశం చేస్తాయి
    2. అలోహాలు చేయవు. అలోహాలు హైడ్రోజన్‌తో కలిసి హైడ్రైడ్లు ఇస్తాయి.
  • విద్యుత్/ఉష్ణ వాహకత:
    1. లోహాలు మంచి వాహకాలు
    2. అలోహాలు అవాహకాలు (గ్రాఫైట్ మినహాయింపు). అలోహాలకు ఘాతవర్ధనీయత, తన్యత ఉండవు.
  • సల్ఫర్ దహనం (అభ్యాసం):
    1. సల్ఫర్ పొడిని చెంచాపై వేడిచేసి వెలువడిన వాయువును (SO₂) పరీక్షనాళిక తలకిందులుగా పట్టి సేకరిస్తారు. పొడి లిట్మస్ కాగితంపై ఇది ప్రభావం చూపదు
    2. తేమ లిట్మస్‌ను నీలం నుండి ఎరుపుకు మారుస్తుంది (ఆమ్ల స్వభావం). S + O₂ → SO₂.
  • అభ్యాస ప్రశ్నల సమాధాన సూచనలు:
    1. లోహాన్ని గుర్తించే పరీక్షలు: సుత్తితో కొడితే పలుచని రేకుగా సాగడం (ఘాతవర్ధనీయత), బ్యాటరీ, బల్బు, తీగలు, స్విచ్‌తో వలయం చేసినప్పుడు బల్బు వెలగడం (విద్యుత్ వాహకత). అలోహం సుత్తికి పొడిగా ముక్కలవుతుంది, బల్బు వెలగదు (గ్రాఫైట్ మినహాయింపు).
    2. ఆహార డబ్బాలకు టిన్ పూత వేస్తారు, జింక్ కాదు – ఎందుకంటే జింక్ టిన్ కంటే ఎక్కువ చర్యాశీలమైనది.
    3. ఒక మూలకం ఆక్సిజన్‌తో అధిక ద్రవీభవన స్థానం గల, నీటిలో కరిగే సమ్మేళనం ఇస్తే అది కాల్షియం (CaO).
    4. హైడ్రోజన్‌ను స్థానభ్రంశం చేసే లోహాలకు ఉదా: మెగ్నీషియం, జింక్; చేయలేనివి: రాగి, వెండి.
    5. ప్లాటినం, బంగారం, వెండి నగలకు వాడతారు – మెరుపు, ఘాతవర్ధనీయత కలిగి, తుప్పు పట్టవు/చర్యాశీలత తక్కువ.
    6. సోడియం, పొటాషియం, లిథియంను నూనెలో నిల్వచేస్తారు – గాలి, తేమతో తీవ్రంగా చర్య జరుపుతాయి కాబట్టి.
    7. అల్యూమినియం చర్యాశీలమైనా వంట పాత్రలకు వాడతారు – ఉపరితలంపై రక్షక ఆక్సైడ్ పొర ఉండటం వల్ల.
    8. సల్ఫైడ్, కార్బోనేట్ ధాతువులను ఆక్సైడ్‌లుగా మారుస్తారు – ఆక్సైడ్ నుండి లోహం పొందడం సులభం కాబట్టి.
    9. రాగి వేడి నీటి ట్యాంకులకు వాడతారు (ఉక్కు కాదు) – రాగి నీరు, ఆవిరితో చర్య జరపదు; ఉక్కు (ఇనుము) తుప్పు పడుతుంది.
    10. నిమ్మ, చింతపండు రసం మసకబారిన రాగి పాత్రలను శుభ్రం చేస్తాయి – ఇందులోని ఆమ్లాలు రాగిపై ఏర్పడిన క్షార కాపర్ కార్బోనేట్ పూతను కరిగిస్తాయి.
    11. మోసగాడు బంగారు గాజులను ముంచిన ద్రావణం ఆక్వా రీజియా; అది బంగారం పైపొరను కరిగించి బరువు తగ్గించింది, నగ కొత్తగా మెరిసింది.

సులభమైన ఉదాహరణ

రాగి గిన్నె నిమ్మరసంతో రుద్దితే మెరుస్తుంది – ఆమ్లం క్షార కాపర్ కార్బోనేట్‌తో చర్య జరపడం వల్ల.