1. లోహాలు, అలోహాల భౌతిక లక్షణాలు (Physical Properties)
మూలకాల్లో ఎక్కువ భాగం లోహాలే. లోహాలను, అలోహాలను వాటి లక్షణాల ఆధారంగా గుర్తిస్తారు. అయితే ప్రతి నియమానికి కొన్ని మినహాయింపులు ఉంటాయి – పరీక్షల్లో వాటినే ఎక్కువగా అడుగుతారు.
ముఖ్య విషయాలు
- లోహాల సాధారణ లక్షణాలు:
- మెరుపు (Lustre) ఉంటుంది.
- సాగే గుణం – సన్నని తీగలుగా చేయవచ్చు (Ductility); సుత్తితో కొట్టి రేకులుగా చేయవచ్చు (Malleability).
- ఉష్ణం, విద్యుత్ బాగా ప్రసరిస్తాయి.
- శబ్దం చేస్తాయి (Sonorous).
- సాధారణంగా అధిక ద్రవీభవన, మరుగు స్థానాలు.
- అలోహాల లక్షణాలు:
- మెరుపు ఉండదు
- ఘనాలు పెళుసుగా ఉంటాయి
- ఉష్ణ, విద్యుత్ వాహకాలు కావు
- అనేకం వాయువులు.
- మినహాయింపులు:
- పాదరసం (Hg): గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవ లోహం. బ్రోమిన్ ద్రవ అలోహం.
- సోడియం, పొటాషియం, లిథియం: చాలా మృదువైన లోహాలు – కత్తితో కోయవచ్చు.
- గ్రాఫైట్ (కార్బన్ రూపం): అలోహమైనా విద్యుత్ వాహకం. వజ్రం అత్యంత కఠినం కానీ వాహకం కాదు.
- అయోడిన్: మెరుపు ఉన్న అలోహం.
- సీసం (Pb), పాదరసం: ఉష్ణ వాహకత తక్కువ.
- ప్రత్యేక వాస్తవాలు:
- బంగారం అత్యంత సాగే, సుత్తి గుణం గల లోహం.
- వెండి ఉష్ణ, విద్యుత్ వాహకాల్లో అగ్రస్థానం; తరువాత రాగి.
- టంగ్స్టన్ ద్రవీభవన స్థానం అత్యధికం; బల్బ్ ఫిలమెంట్గా వాడతారు.
2. లోహాల రసాయన ధర్మాలు & చర్యాశీలత శ్రేణి (Reactivity Series)
అన్ని లోహాలు ఒకే వేగంతో చర్య జరపవు. వాటిని చర్యాశీలత ఆధారంగా వరుసగా అమర్చిన జాబితాను చర్యాశీలత శ్రేణి (Reactivity Series) అంటారు.
ముఖ్య విషయాలు
- చర్యాశీలత శ్రేణి (ఎక్కువ నుండి తక్కువకు): పొటాషియం (K) > సోడియం (Na) > కాల్షియం (Ca) > మెగ్నీషియం (Mg) > అల్యూమినియం (Al) > జింక్ (Zn) > ఇనుము (Fe) > సీసం (Pb) > [హైడ్రోజన్ (H)] > రాగి (Cu) > పాదరసం (Hg) > వెండి (Ag) > బంగారం (Au).
- ఆక్సిజన్తో చర్య: లోహం + ఆక్సిజన్ → లోహ ఆక్సైడ్. ఈ ఆక్సైడ్లు సాధారణంగా క్షార స్వభావం కలిగి ఉంటాయి.
- అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ (Al₂O₃), జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO) – ఆమ్ల, క్షార రెండింటితో చర్య జరుపుతాయి
- వీటిని ద్విస్వభావ (Amphoteric) ఆక్సైడ్లు అంటారు.
- నీటితో చర్య:
- పొటాషియం, సోడియం చల్లని నీటితో తీవ్రంగా చర్య జరిపి హైడ్రోజన్ ఇస్తాయి. మెగ్నీషియం వేడి నీటితో
- ఇనుము నీటి ఆవిరితో.
- ఆమ్లాలతో చర్య: లోహం + ఆమ్లం → లవణం + హైడ్రోజన్. రాగి, వెండి, బంగారం ఆమ్లాల నుండి హైడ్రోజన్ను స్థానభ్రంశం చేయలేవు.
- స్థానభ్రంశ చర్య: ఎక్కువ చర్యాశీల లోహం తక్కువ చర్యాశీల లోహాన్ని దాని లవణ ద్రావణం నుండి బయటకు తోస్తుంది. ఉదా: ఇనుము మేకు రాగి సల్ఫేట్ ద్రావణంలో వేస్తే రాగి ఏర్పడుతుంది.
- నిల్వ:
- సోడియం, పొటాషియంను కిరోసిన్లో
- భాస్వరం (ఫాస్ఫరస్)ను నీటిలో నిల్వ చేస్తారు.
3. ఖనిజాలు & లోహ నిష్కర్షణ (Ores and Metallurgy)
ప్రకృతిలో లోహాలు ఎక్కువగా సమ్మేళనాల రూపంలో ఉంటాయి. లోహాన్ని లాభదాయకంగా తీయగలిగే ఖనిజాన్ని ధాతువు (Ore) అంటారు. ధాతువు నుండి శుద్ధ లోహాన్ని పొందే ప్రక్రియను లోహ నిష్కర్షణ (Metallurgy) అంటారు.
ముఖ్య విషయాలు
- ముఖ్య ధాతువులు:
- అల్యూమినియం – బాక్సైట్ (Bauxite)
- ఇనుము – హెమటైట్ (Haematite), మాగ్నటైట్
- రాగి – కాపర్ పైరైట్స్, మలకైట్
- పాదరసం – సిన్నబార్ (Cinnabar)
- సీసం – గెలీనా (Galena)
- జింక్ – జింక్ బ్లెండ్ (ZnS)
- సోడియం – రాతి ఉప్పు (Rock Salt)
- నిష్కర్షణ దశలు: ధాతువును సాంద్రీకరించడం → కాల్చడం (కార్బొనేట్లకు కాల్సినేషన్, సల్ఫైడ్లకు రోస్టింగ్) → క్షయకరణం → శుద్ధి చేయడం.
- చర్యాశీలత ఆధారంగా పద్ధతి:
- చాలా చర్యాశీల లోహాలు (Na, K, Ca, Mg, Al): ద్రవీభవన ధాతువు విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా.
- మధ్యస్థ (Zn, Fe, Pb): కార్బన్ (కోక్) తో క్షయకరణం.
- తక్కువ చర్యాశీల (Hg, Cu): వేడి చేయడం ద్వారా.
- అల్యూమినియం: బాక్సైట్ నుండి అల్యూమినా తీసి, క్రయోలైట్ కలిపి విద్యుద్విశ్లేషణ చేస్తారు (హాల్–హెరౌల్ట్ ప్రక్రియ).
- థర్మైట్ చర్య (Thermite):
- Fe₂O₃ + Al → ఫలితంగా కరిగిన ఇనుము
- రైలు పట్టాలు, విరిగిన యంత్ర భాగాలను అతికించడానికి వాడతారు.
4. తుప్పు పట్టడం – కారణాలు & నివారణ (Corrosion and Rusting)
లోహాలు గాలి, తేమతో చర్య జరిపి క్రమంగా నష్టపోవడాన్ని క్షయం (Corrosion) అంటారు. ఇనుము క్షయాన్ని తుప్పు (Rusting) అంటారు. తుప్పు వల్ల ప్రతి ఏటా భారీ నష్టం జరుగుతుంది.
ముఖ్య విషయాలు
- తుప్పు పట్టడానికి కావలసినవి: ఆక్సిజన్, నీరు (తేమ) – రెండూ కలిసి ఉండాలి.
- తుప్పు రసాయన రూపం: హైడ్రేటెడ్ ఐరన్ ఆక్సైడ్ (Fe₂O₃·xH₂O), ఎరుపు–గోధుమ రంగు.
- ఇతర లోహాల క్షయం:
- వెండి – నలుపు రంగు పూత (సిల్వర్ సల్ఫైడ్).
- రాగి – ఆకుపచ్చ పూత (కాపర్ కార్బొనేట్).
- అల్యూమినియం – పలుచని ఆక్సైడ్ పొర ఏర్పడి లోపలి లోహాన్ని కాపాడుతుంది.
- నివారణ పద్ధతులు:
- రంగు వేయడం, నూనె / గ్రీజు రాయడం.
- గాల్వనైజేషన్ (Galvanisation): ఇనుము మీద జింక్ పొర వేయడం.
- క్రోమియం పూత (Electroplating).
- మిశ్రమ లోహాలు తయారు చేయడం: స్టెయిన్లెస్ స్టీల్ తుప్పు పట్టదు.
- యానోడైజింగ్: అల్యూమినియం మీద మందపాటి ఆక్సైడ్ పొర.
- సాక్రిఫిషియల్ రక్షణ: ఇనుము కంటే చర్యాశీల లోహమైన జింక్ ముందు క్షయం చెంది ఇనుమును కాపాడుతుంది.
సులభమైన ఉదాహరణ
వర్షంలో తడిసి ఎండిపోకుండా వదిలేసిన ఇనుప గేటు, సైకిల్ రిమ్లు తుప్పు పట్టడం మనం రోజూ చూస్తాం.
5. మిశ్రమ లోహాలు – ఇత్తడి, కంచు, స్టీల్ (Alloys)
రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ లోహాలను (లేదా లోహం + అలోహం) కరిగించి కలిపిన సజాతీయ మిశ్రమాన్ని మిశ్రమ లోహం (Alloy) అంటారు. అవసరమైన లక్షణాల కోసం ఇలా తయారు చేస్తారు.
ముఖ్య విషయాలు
- ఇత్తడి (Brass): రాగి + జింక్. పాత్రలు, సంగీత వాయిద్యాలకు వాడతారు.
- కంచు (Bronze): రాగి + తగరం (Sn). విగ్రహాలు, గంటలు, పతకాలకు వాడతారు.
- స్టీల్ (Steel): ఇనుము + కార్బన్ (కొద్ది శాతం). ఇనుము కంటే గట్టిది.
- స్టెయిన్లెస్ స్టీల్:
- ఇనుము + క్రోమియం + నికెల్ (+ కార్బన్). తుప్పు పట్టదు
- వంట పాత్రలు, శస్త్రచికిత్స పరికరాలు.
- టంకం (Solder):
- సీసం + తగరం. తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం
- విద్యుత్ తీగలను అతికించడానికి.
- జర్మన్ సిల్వర్: రాగి + జింక్ + నికెల్ (వెండి ఉండదు).
- డ్యూరాలుమిన్ (Duralumin): అల్యూమినియం + రాగి + మెగ్నీషియం + మాంగనీస్. తేలికగా, బలంగా ఉండి విమాన భాగాలకు వాడతారు.
- ఆమల్గమ్ (Amalgam): పాదరసంతో లోహం మిశ్రమం. దంతాలకు నింపే పదార్థంలో వాడతారు.
- బంగారం క్యారెట్లు:
- స్వచ్ఛమైన బంగారం 24 క్యారెట్లు
- ఆభరణాలకు వాడే 22 క్యారెట్ల బంగారంలో రాగి లేదా వెండి కలుపుతారు.
- వైద్యంలో: స్టీల్ కంటే తేలికైన మిశ్రమాలు ఎముకల ఇంప్లాంట్లలో వాడతారు (టైటానియం మిశ్రమాలు).
6. ముఖ్య అలోహాలు & వాటి ఉపయోగాలు (Important Non-metals)
అలోహాలు సంఖ్యలో తక్కువైనా జీవానికి, పరిశ్రమలకు అత్యంత ముఖ్యమైనవి. వాటి లక్షణాలు, ఉపయోగాలు పరీక్షల్లో తరచూ వస్తాయి.
ముఖ్య విషయాలు
- హైడ్రోజన్ (H):
- అత్యంత తేలికైనది
- ఇంధనంగా, అమ్మోనియా తయారీలో (హేబర్ ప్రక్రియ), వనస్పతి తయారీలో (నూనెల హైడ్రోజనీకరణ) వాడతారు.
- నైట్రోజన్ (N):
- గాలిలో సుమారు 78%
- ఎరువులు, అమ్మోనియా తయారీ
- ద్రవ నైట్రోజన్ శీతలీకరణకు వాడతారు.
- ఆక్సిజన్ (O):
- శ్వాసక్రియ, దహనానికి అవసరం
- ఆసుపత్రుల్లో, వెల్డింగ్లో వాడతారు. ఓజోన్ (O₃) ఆక్సిజన్ రూపాంతరం.
- సల్ఫర్ (S):
- పసుపు రంగు ఘనం
- సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం, గన్పౌడర్, అగ్గిపెట్టెలు, రబ్బరు వల్కనీకరణలో వాడతారు.
- భాస్వరం (P):
- తెల్ల భాస్వరం, ఎర్ర భాస్వరం రూపాంతరాలు
- ఎరువులు, అగ్గిపెట్టెలు.
- క్లోరిన్ (Cl):
- ఆకుపచ్చ–పసుపు వాయువు
- నీటి శుద్ధి, బ్లీచింగ్.
- అయోడిన్ (I):
- థైరాయిడ్ హార్మోన్కు అవసరం
- అయోడైజ్డ్ ఉప్పు
- లోపిస్తే గాయిటర్.
- కార్బన్ (C):
- వజ్రం, గ్రాఫైట్ రూపాంతరాలు
- అన్ని జీవ పదార్థాల్లో ఉంటుంది.
- నోబుల్ వాయువులు:
- అచర్యాశీలం
- హీలియం, నియాన్, ఆర్గాన్ ఉపయోగాలు.
- అలోహ ఆక్సైడ్లు: సాధారణంగా ఆమ్ల స్వభావం (CO₂, SO₂). నీటిలో కలిసి ఆమ్లాలు ఇస్తాయి.