లోహాలు & అలోహాలు (Metals and Non-metals)

గ్రామాల్లో కమ్మరులు (Ironsmiths) పెనాలు, బకెట్లు, పట్టకార్లు, పారలు, గొడ్డళ్లు, తాపీలు, రేకులు వంటి వస్తువులు ఇనుముతో తయారు చేస్తారు. పిడులకు చెక్క వాడతారు; కొలిమిలో ఇనుము వేడి చేయడానికి బొగ్గు వాడతారు.

ఎర్రగా కాల్చిన ఇనుప ముక్కను సుత్తితో కొట్టి గొడ్డలి ఆకారం తెస్తారు. దీని వెనుక లోహాల ప్రత్యేక ధర్మాలు ఉన్నాయి.

• కృత్యం 4.1 లోని వస్తువులు: రాగి (Copper), అల్యూమినియం ముక్కలు, ఇనుప మేకు, బొగ్గు ముక్క, బఠాణీ గింజంత గంధకం (Sulphur) ముద్ద, చెక్క ముక్క – వీటి రూపం, కాఠిన్యం, సుత్తి దెబ్బ ఫలితం పరిశీలిస్తారు.
• లోహ ద్యుతి (Metallic lustre): రాగి, అల్యూమినియం, ఇనుము మెరుస్తూ (Lustrous), గట్టిగా ఉంటాయి. లోహాలు చూపే ఈ మెరుపును లోహ ద్యుతి అంటారు.
• లోహాలు (Metals): రాగి, అల్యూమినియం, ఇనుము వంటివి.
• మెరుపు లేనివి:
  1. బొగ్గు, గంధకం, చెక్క మెరుపు లేనివి (Non-lustrous)
  2. లోహాలంత గట్టిగా ఉండవు.
• మినహాయింపులు – అన్ని లోహాలూ గట్టివి కావు:
  1. సోడియం (Sodium), పొటాషియం (Potassium) చాలా మెత్తగా ఉంటాయి – కత్తితో కోయవచ్చు.
  2. పాదరసం (Mercury) గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవ స్థితిలో ఉండే లోహం; థర్మామీటర్లలో వాడతారు.
• కమ్మరి వాడే పదార్థాలు: ఇనుము (వస్తువు), చెక్క (పిడి), బొగ్గు (కొలిమి ఇంధనం) – ఒకే పనిలో లోహం (ఇనుము), అలోహం (బొగ్గు), మూలకం కాని పదార్థం (చెక్క) కలిసి వాడతారు.

లోహపు ముక్కను సుత్తితో కొడితే అది ముక్కలు కాకుండా చదునుగా సాగుతుంది. ఈ ధర్మం వల్లే కమ్మరి ఇనుమును గొడ్డలి, పార ఆకారాల్లోకి మలచగలుగుతాడు.

• స్తరణీయత (Malleability): పదార్థాన్ని సుత్తితో కొట్టి పలుచని రేకులుగా (Thin sheets) మార్చగలిగే ధర్మం. చాలా లోహాలకు ఈ ధర్మం ఉంటుంది.
• కృత్యం 4.1లో రాగి ముక్క, ఇనుప మేకు, అల్యూమినియం ముక్క సుత్తి దెబ్బకు చదునయ్యాయి.
• ఉదాహరణలు:
  1. స్వీట్లపై అతికించే పలుచని వెండి రేకు (Silver foil).
  2. ఆహార పదార్థాలు చుట్టడానికి వాడే అల్యూమినియం రేకు (Aluminium foil).
• అత్యధిక స్తరణీయత: బంగారం (Gold), వెండి (Silver) అత్యంత స్తరణీయ లోహాలు.
• పెళుసు (Brittle): బొగ్గు ముక్క, గంధకం ముద్ద సుత్తి దెబ్బకు ముక్కలవుతాయి – ఇవి పెళుసు పదార్థాలు.
• చెక్క – రెండూ కాదు:
  1. చెక్క చదునుగా రేకు కాదు, ముక్కలూ కాదు
  2. కాబట్టి అది స్తరణీయమూ కాదు, పెళుసూ కాదు.
• ఇనుము – భారత నాగరికత:
  1. హరప్పా ప్రజలకు రాగి, బంగారం వాడకం తెలుసు; పాత్రల నుంచి నగల వరకు చేశారు.
  2. కానీ హరప్పా ప్రజలు ఇనుము వాడినట్లు దాదాపు ఆధారాలు లేవు – ఇనుము రోజువారీ వాడకంలోకి రావడానికి చాలా కాలం పట్టింది.
  3. ఇనుము వాడకం పెరిగాక, దాని బలం వల్ల ఇనుప నాగళ్లు వంటి వ్యవసాయ పనిముట్లు పాతవాటి కంటే మెరుగ్గా ఉండి నాగరికత పురోగతికి తోడ్పడ్డాయి.
  4. రాగిని ఇనుము కంటే ముందే కనుగొన్నారని సాధారణంగా భావిస్తారు.

విద్యుత్ తీగలు, గాజులు, హారాలు, వీణ తీగలు – ఇవన్నీ లోహాన్ని తీగలుగా సాగదీయగలగడం వల్లే సాధ్యం. అలాగే లోహపు గంట మోగడం కూడా లోహాల ప్రత్యేక ధర్మమే.

• తాంతవత (Ductility): పదార్థాన్ని తీగలుగా (Wires) సాగదీయగలిగే ధర్మం. ఇది ముఖ్యంగా లోహాలకే ఉంటుంది.
• విద్యుత్ అమరికల్లో రాగి (Copper), అల్యూమినియం తీగలు వాడతారు.
• గాజులు, హారాలు, చెవి దుద్దులు వంటి నగలు లోహపు తీగలతో చేస్తారు.
• వీణ, సితార్, వయొలిన్, గిటార్ వంటి తంత్రీ వాద్యాల్లో లోహపు తీగలు ముఖ్యం.
• టీ వడపోసే జల్లెడ (Tea strainer) కూడా లోహపు తీగలతో తయారవుతుంది.
• బంగారం అద్భుతం: ఒక గ్రాము బంగారాన్ని 2 కిలోమీటర్ల పొడవైన తీగగా సాగదీయవచ్చు.
• అలోహాలకు తాంతవత లేదు: బొగ్గు, గంధకాలను తీగలుగా సాగదీయలేం.
• ఉక్కు తాళ్లు (Steel ropes): ఉక్కు = ఇనుము (లోహం) + కార్బన్ (అలోహం) మిశ్రమం. ఉక్కు తీగల తాళ్లు భారీ బరువులు మోస్తాయి – వేలాడే వంతెనలు (Suspension bridges), బరువులు ఎత్తే క్రేన్లలో వాడతారు.
• ధ్వనిగుణం (Sonority): లోహాలు గట్టి వస్తువును తాకినప్పుడు మోగే (Ringing) శబ్దం చేసే ధర్మం. ఇలాంటి లోహాలను ధ్వనిగుణం గలవి (Sonorous) అంటారు.
• కృత్యం 4.2:
  1. లోహపు చెంచా, నాణెం కింద పడితే మోగే శబ్దం
  2. బొగ్గు, చెక్క పడితే మందమైన (Dull) శబ్దం.
• బడి గంట, కాళ్ల అందెలు (Anklets) మోగడానికి కారణం ధ్వనిగుణమే.
• చూపులేనివారు చేతికర్రతో చెక్కను తాకినప్పుడు, లోహాన్ని తాకినప్పుడు వచ్చే శబ్దాల తేడాతో దారి తెలుసుకోగలరు.

వంట పాత్రలు ఎక్కువగా లోహాలతో చేస్తారు, కానీ వాటి పిడులు చెక్క లేదా ప్లాస్టిక్‌తో ఉంటాయి. ఎలక్ట్రీషియన్ స్క్రూడ్రైవర్ పిడి ప్లాస్టిక్‌తో ఉంటుంది, అతను రబ్బరు చేతి తొడుగులు వాడతాడు. ఈ రెండింటికీ కారణం వాహకత.

• కృత్యం 4.3 (ఉష్ణం): వేడి నీటి గ్లాసులో దాదాపు ఒకే పరిమాణం ఉన్న లోహపు చెంచా, చెక్క చెంచా ఒకేసారి ముంచి కొన్ని నిమిషాల తర్వాత పై చివరలను తాకితే లోహపు చెంచా ఎక్కువ వేడిగా ఉంటుంది.
• ఉష్ణ వహనం (Conduction): పదార్థంలో ఒక చోటు నుంచి మరో చోటుకు ఉష్ణం ప్రసరించడం. ఉష్ణాన్ని ప్రసరింపజేసే పదార్థాలు వాహకాలు (Conductors).
• లోహాలు మంచి ఉష్ణ వాహకాలు
• చెక్క ఉష్ణ అధమ వాహకం (Poor conductor).
• అందుకే వంట పాత్రలు లోహంతో, పిడులు ఉష్ణం ప్రసరించని పదార్థాలతో చేస్తారు.
• కృత్యం 4.4 (విద్యుత్): 'టెస్టర్' వలయంలో అల్యూమినియం రేకు, ఇనుప మేకు, గంధకం, రాగి తీగ, బొగ్గు, ఎండిన చెక్క, రాయి, రబ్బరు ఎరేజర్, నైలాన్ తాడు ఒక్కొక్కటి పెట్టి పరీక్షిస్తారు.
• బల్బు వెలిగించినవి: అల్యూమినియం, ఇనుము, రాగి – అన్నీ లోహాలే.
• బల్బు వెలగనివి: గంధకం, బొగ్గు, చెక్క, రాయి, ఎరేజర్, నైలాన్ తాడు.
• మంచి విద్యుత్ వాహకాలు (Good conductors): విద్యుత్‌ను సులభంగా ప్రవహింపజేసేవి.
• విద్యుత్ అధమ వాహకాలు (Poor conductors):
  1. విద్యుత్‌ను ప్రవహించనీయనివి
  2. టెస్టర్‌లో పెడితే బల్బు వెలగదు.
• భద్రత: స్క్రూడ్రైవర్‌పై ప్లాస్టిక్ కవరు, రబ్బరు తొడుగులు అధమ వాహకాలు కాబట్టి ఎలక్ట్రీషియన్‌ను విద్యుత్ షాక్ నుంచి కాపాడతాయి.
• లోహాల సారాంశం: సాధారణంగా గట్టిగా, మెరుస్తూ, స్తరణీయంగా, తాంతవంగా ఉండి ఉష్ణం, విద్యుత్‌లకు మంచి వాహకాలు.

ఇనుప వస్తువులను కొన్ని రోజులు బయట వదిలేస్తే వాటిపై గోధుమ రంగు పొర ఏర్పడుతుంది. ఈ పొర ఏ పరిస్థితుల్లో ఏర్పడుతుందో మూడు సీసాల ప్రయోగంతో తెలుసుకోవచ్చు.

• కృత్యం 4.5 – మూడు సీసాలు (8–10 రోజులు):
  1. సీసా A: ఇనుప మేకు + సిలికా జెల్ (Silica gel), గట్టి మూత – పొడి గాలి మాత్రమే. సిలికా జెల్ గాలిని పొడిగా ఉంచుతుంది (మందుల సీసాలు, షూ పెట్టెల్లో చిన్న పొట్లాలు).
  2. సీసా B: మరిగించి చల్లార్చిన నీరు (కరిగిన వాయువులు తొలగడానికి) + పైన నూనె పొర (గాలి నీటిలో కరగకుండా), గట్టి మూత – నీరు మాత్రమే.
  3. సీసా C: మేకు సగం నీటిలో, మూత లేదు – గాలి, నీరు రెండూ.
• ఫలితం:
  1. A, B లలో గోధుమ రంగు పొర రాలేదు
  2. C లో మాత్రమే వచ్చింది. అంటే గాలి, నీరు రెండూ (తేమ గాలి – Moist air) తప్పనిసరి.
• తుప్పు (Rust): ఇనుముపై ఏర్పడే గోధుమ రంగు పొర. ఇది ఏర్పడే ప్రక్రియ తుప్పు పట్టడం (Rusting).
• ఇనుము + ఆక్సిజన్ + నీరు → జలయుత ఐరన్ ఆక్సైడ్ (Hydrated iron oxide – తుప్పు)
• లోహ క్షయం (Corrosion): గాలి, నీరు లేదా ఇతర పదార్థాల వల్ల లోహ ఉపరితలం క్రమంగా పాడవడం.
• రాగి వస్తువులపై ఆకుపచ్చ పొర, వెండి వస్తువులపై నల్ల పొర – లోహ క్షయానికి ఉదాహరణలు.
• సమస్య తీవ్రత: తుప్పు వల్ల దెబ్బతిన్న ఇనుప నిర్మాణాలను మార్చడానికి లేదా మరమ్మతు చేయడానికి మన దేశంలో ప్రతి సంవత్సరం భారీగా డబ్బు ఖర్చవుతోంది.
• నివారణ పద్ధతులు: రంగు వేయడం (Painting), నూనె పూయడం (Oiling), గ్రీజు పూయడం (Greasing), ఇనుముపై జింక్ పూత వేయడం – గాల్వనైజేషన్ (Galvanisation).
• ఢిల్లీ ఇనుప స్తంభం (Iron Pillar of Delhi):
  1. రెండో చంద్రగుప్తుని కాలంలో 1600 ఏళ్లకు పూర్వం తయారైంది
  2. ఎత్తు సుమారు 8 మీటర్లు, బరువు 6000 కిలోలకు పైగా. ఎండ, వాన తట్టుకుని నేటికీ దాదాపు తుప్పు పట్టలేదు – ప్రాచీన భారత లోహ సాంకేతికతకు నిదర్శనం.

లోహాలు గాలిలోని ఆక్సిజన్‌తో చర్య జరిపి ఆక్సైడ్లు ఏర్పరుస్తాయి. మెగ్నీషియం రిబ్బన్‌ను మండించే ప్రదర్శన కృత్యంలో ఇది స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.

• కృత్యం 4.6 (ఉపాధ్యాయ ప్రదర్శన): సుమారు 3–4 సెం.మీ. మెగ్నీషియం రిబ్బన్‌ను గరుకు కాగితం (Sandpaper) తో శుభ్రం చేసి, పట్టకారుతో పట్టుకుని స్పిరిట్ దీపం లేదా కొవ్వొత్తితో మండిస్తారు. కళ్లకు రక్షణ అద్దాలు, సురక్షిత దూరం అవసరం.
• పరిశీలన: మెగ్నీషియం కళ్లు మిరుమిట్లు గొలిపే తెల్లని మంటతో (Dazzling white flame) మండి తెల్లని పొడిగా మారుతుంది.
• మెగ్నీషియం + ఆక్సిజన్ → మెగ్నీషియం ఆక్సైడ్ (తెల్లని పొడి)
• స్వభావ పరీక్ష: ఆ పొడికి కొద్దిగా గోరువెచ్చని నీరు కలిపితే మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణం వస్తుంది.
• ఇది ఎరుపు లిట్మస్ (Red litmus) ను నీలంగా మారుస్తుంది → క్షార (Basic) స్వభావం.
• నియమం: సాధారణంగా లోహాల ఆక్సైడ్లు క్షార స్వభావం కలిగి ఉంటాయి.
• సోడియం (Sodium):
  1. ఆక్సిజన్, నీటితో చాలా తీవ్రంగా చర్య జరుపుతుంది
  2. చర్యలో చాలా ఉష్ణం విడుదలవుతుంది. అందుకే సోడియాన్ని కిరోసిన్‌లో నిల్వ చేస్తారు – తేమ, గాలి తగలకుండా. నీరు తగిలితే మంటలు వచ్చే లోహం సోడియం.
• కమ్మరి ఇనుము ఎందుకు కాలుస్తాడు?: వేడి చేసిన ఇనుము మెత్తబడి సుత్తి దెబ్బలకు సులభంగా కావలసిన ఆకారం తీసుకుంటుంది.
• తర్వాతి పాఠంతో లింకు: మెగ్నీషియం దహనం కొత్త పదార్థం ఏర్పడే రసాయన మార్పు – 'మన చుట్టూ మార్పులు' పాఠంలో మళ్లీ వస్తుంది.

కొన్ని పదార్థాలు గాలి, నీటితో లోహాలకు భిన్నంగా ప్రవర్తిస్తాయి. గంధకాన్ని (Sulphur) మండించే ప్రదర్శన కృత్యం దీనికి ఉదాహరణ.

• కృత్యం 4.7 (ప్రదర్శన): కొద్దిగా గంధకం పొడిని డిఫ్లాగ్రేటింగ్ చెంచా (Deflagrating spoon – పదార్థాలను సురక్షితంగా వేడిచేసి మండించడానికి వాడే పొడవైన పిడి ఉన్న లోహపు చెంచా) లో వేడి చేసి, మండటం మొదలవగానే గ్యాస్ జార్‌లో పెట్టి మూత వేస్తారు. పొగ పీల్చడం హానికరం – ఫ్యూమ్ హుడ్ లేదా గాలి బాగా ఆడే చోట చేయాలి.
• చర్యలు:
  1. గంధకం + ఆక్సిజన్ → సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (వాయువు)
  2. సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ + నీరు → సల్ఫ్యూరస్ ఆమ్లం (Sulphurous acid)
• స్వభావం: ఈ ద్రావణం నీలి లిట్మస్‌ను ఎరుపుగా మారుస్తుంది → ఆమ్ల (Acidic) స్వభావం.
• కృత్యం 4.8: గంధకం పొడిని నీటిలో వేస్తే ఏ చర్యా జరగదు. సాధారణంగా అలోహాలు నీటితో చర్య జరపవు.
• భాస్వరం (Phosphorus): గాలి తగిలితే మండిపోతుంది – అందుకే దీనిని నీటిలో నిల్వ చేస్తారు. (సోడియం కిరోసిన్‌లో, భాస్వరం నీటిలో – ఈ జత తరచుగా అడుగుతారు.)
• అలోహాల (Non-metals) ధర్మాలు:
  1. సాధారణంగా మెత్తగా, మెరుపు లేకుండా (Dull) ఉంటాయి.
  2. స్తరణీయత, తాంతవత, ధ్వనిగుణం ఉండవు.
  3. ఉష్ణం, విద్యుత్‌లకు అధమ వాహకాలు.
  4. వాటి ఆక్సైడ్లు ఆమ్ల స్వభావం గలవి.
• ఇతర అలోహాలు: ఆక్సిజన్, హైడ్రోజన్, నైట్రోజన్, కార్బన్ మొదలైనవి.
• జాగ్రత్త – ఇవి లోహాలూ కావు, అలోహాలూ కావు: ప్లాస్టిక్, గాజు, చెక్క, రబ్బరు, కాగితం మూలకాలు (Elements) కావు కాబట్టి వీటిని లోహాలు లేదా అలోహాలుగా వర్గీకరించరు.

లోహాలు, అలోహాలు రెండూ మూలకాలు (Elements) అనే పదార్థాల ఉపవర్గాలు. మూలకాలను క్రమపద్ధతిలో వర్గీకరించే ప్రయత్నం 18వ శతాబ్దం చివరలో మొదలైంది.

• మూలకం (Element): ఇంకా సరళమైన పదార్థాలుగా విడగొట్టలేని పదార్థం. మూలకాలు అన్ని పదార్థాలకూ ప్రాథమిక నిర్మాణ ఖండాలు (Building blocks).
• లెవోయిజర్ (Lavoisier) – 1789:
  1. 'Traité Élémentaire de Chimie' (Elementary Treatise of Chemistry – రసాయన శాస్త్ర ప్రాథమిక గ్రంథం) అనే ప్రసిద్ధ పుస్తకం ప్రచురించాడు.
  2. దీనిని తరచూ మొదటి ఆధునిక రసాయన శాస్త్ర పాఠ్యపుస్తకం అంటారు.
  3. అందులో 33 మూలకాలను జాబితా చేసి లోహాలు, అలోహాలు, మృత్తిక పదార్థాలు (Earthy substances), వాయువులు అనే వర్గాలుగా విభజించాడు.
  4. మూలకాల తొలి క్రమబద్ధ వర్గీకరణల్లో ఇది ఒకటి – ఆధునిక ఆవర్తన పట్టిక (Periodic table) దిశగా పెద్ద అడుగు.
• ప్రస్తుతం తెలిసిన మూలకాలు:
  1. 118. కొన్ని ప్రకృతిలో సహజంగా లభిస్తాయి
  2. మరికొన్ని ప్రయోగశాలలో కృత్రిమంగా తయారు చేసినవి – ప్రకృతిలో ఉండవు.
• ఈ పాఠంలోని మూలకాలు, సంకేతాలు:
  1. లోహాలు: ఇనుము (Fe), రాగి (Cu), వెండి (Ag), బంగారం (Au), అల్యూమినియం (Al), సోడియం (Na).
  2. అలోహాలు: కార్బన్ (C), సల్ఫర్/గంధకం (S), ఆక్సిజన్ (O), నైట్రోజన్ (N), అయోడిన్ (I), భాస్వరం (P).
• సంకేతాల జాగ్రత్త:
  1. Fe (ఇనుము), Cu (రాగి), Ag (వెండి), Au (బంగారం), Na (సోడియం) – వీటి సంకేతాలు ఆంగ్ల పేర్లలోని మొదటి అక్షరాలతో సరిపోవు
  2. పరీక్షల్లో ఎక్కువగా అడుగుతారు.

మెరుపు, వాహకత, బలం ఉండటం వల్ల లోహాలను మనం ఎక్కువగా వాడతాం. అయితే అలోహాలు కూడా జీవానికి, ఆరోగ్యానికి, వ్యవసాయానికి అంతే ముఖ్యం.

• అలోహాల ఉపయోగాలు:
  1. ఆక్సిజన్ (Oxygen): శ్వాసక్రియకు తప్పనిసరి; ఇది లేకుండా జీవించలేం.
  2. కార్బన్ (Carbon): అన్ని జీవరాశుల ప్రాథమిక నిర్మాణ ఖండం; ప్రోటీన్లు, కొవ్వులు, కార్బోహైడ్రేట్లలో ముఖ్య భాగం.
  3. నైట్రోజన్ (Nitrogen): ఎరువులు, ఇతర రసాయనాల తయారీలో; మొక్కల పెరుగుదలకు ముఖ్య పోషకం.
  4. క్లోరిన్ (Chlorine): నీటి శుద్ధికి (Water purification).
  5. అయోడిన్ (Iodine): దీని ద్రావణాన్ని గాయాలపై క్రిమినాశకం (Antiseptic) గా పూస్తారు.
• మిశ్రలోహాలు (Alloys): రెండు లేదా ఎక్కువ లోహాల మిశ్రమం, లేదా ఒక లోహం + ఒక అలోహం మిశ్రమం (ఉదా: ఉక్కు = ఇనుము + కార్బన్). పాత్రలు, పనిముట్లు, ఆధునిక సాంకేతికత, దాదాపు ప్రతి పరిశ్రమలో ముఖ్యం.
• ప్రత్యేక లోహాలు:
  1. అణుశక్తి (Atomic energy) రంగంలో – జిర్కోనియం (Zirconium).
  2. అంతరిక్ష/వైమానిక (Aerospace) రంగంలో – టైటానియం (Titanium).
• పునర్వినియోగం (Recycling): భారతదేశంలో ఇనుము, అల్యూమినియం వంటి లోహాలను వ్యర్థాలు తగ్గించడానికి, సుస్థిరత కోసం రీసైకిల్ చేస్తారు.
• ఆహార ప్యాకింగ్: చౌకగా, పలుచని రేకులు సులభంగా ఏ ఆకారంలోనైనా మడిచేలా ఉండటంతో అల్యూమినియం రేకు వాడతారు.
• భారతీయ లోహ కళలు: డోక్రా (Dhokra), బిద్రీవేర్ (Bidriware – కర్ణాటక), పెంబర్తి (Pembarthi – తెలంగాణ), కామరూపి (Kamrupi – అస్సాం) దేశంలో ప్రసిద్ధ లోహ కళా శైలులు.