లోహాలు & అలోహాలు (Metals & Non-metals)

మూలకాల్లో ఎక్కువ భాగం లోహాలే. లోహాలను, అలోహాలను వాటి లక్షణాల ఆధారంగా గుర్తిస్తారు. అయితే ప్రతి నియమానికి కొన్ని మినహాయింపులు ఉంటాయి – పరీక్షల్లో వాటినే ఎక్కువగా అడుగుతారు.

• లోహాల సాధారణ లక్షణాలు:
  1. మెరుపు (Lustre) ఉంటుంది.
  2. సాగే గుణం – సన్నని తీగలుగా చేయవచ్చు (Ductility); సుత్తితో కొట్టి రేకులుగా చేయవచ్చు (Malleability).
  3. ఉష్ణం, విద్యుత్ బాగా ప్రసరిస్తాయి.
  4. శబ్దం చేస్తాయి (Sonorous).
  5. సాధారణంగా అధిక ద్రవీభవన, మరుగు స్థానాలు.
• అలోహాల లక్షణాలు:
  1. మెరుపు ఉండదు
  2. ఘనాలు పెళుసుగా ఉంటాయి
  3. ఉష్ణ, విద్యుత్ వాహకాలు కావు
  4. అనేకం వాయువులు.
• మినహాయింపులు:
  1. పాదరసం (Hg): గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవ లోహం. బ్రోమిన్ ద్రవ అలోహం.
  2. సోడియం, పొటాషియం, లిథియం: చాలా మృదువైన లోహాలు – కత్తితో కోయవచ్చు.
  3. గ్రాఫైట్ (కార్బన్ రూపం): అలోహమైనా విద్యుత్ వాహకం. వజ్రం అత్యంత కఠినం కానీ వాహకం కాదు.
  4. అయోడిన్: మెరుపు ఉన్న అలోహం.
  5. సీసం (Pb), పాదరసం: ఉష్ణ వాహకత తక్కువ.
• ప్రత్యేక వాస్తవాలు:
  1. బంగారం అత్యంత సాగే, సుత్తి గుణం గల లోహం.
  2. వెండి ఉష్ణ, విద్యుత్ వాహకాల్లో అగ్రస్థానం; తరువాత రాగి.
  3. టంగ్‌స్టన్ ద్రవీభవన స్థానం అత్యధికం; బల్బ్ ఫిలమెంట్‌గా వాడతారు.

అన్ని లోహాలు ఒకే వేగంతో చర్య జరపవు. వాటిని చర్యాశీలత ఆధారంగా వరుసగా అమర్చిన జాబితాను చర్యాశీలత శ్రేణి (Reactivity Series) అంటారు.

• 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:
  1. పొటాషియం, సోడియం చల్లని నీటితో తీవ్రంగా చర్య జరిపి హైడ్రోజన్ ఇస్తాయి. మెగ్నీషియం వేడి నీటితో
  2. 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:
  1. సోడియం, పొటాషియంను కిరోసిన్‌లో
  2. భాస్వరం (ఫాస్ఫరస్)ను నీటిలో నిల్వ చేస్తారు.

ప్రకృతిలో లోహాలు ఎక్కువగా సమ్మేళనాల రూపంలో ఉంటాయి. లోహాన్ని లాభదాయకంగా తీయగలిగే ఖనిజాన్ని ధాతువు (Ore) అంటారు. ధాతువు నుండి శుద్ధ లోహాన్ని పొందే ప్రక్రియను లోహ నిష్కర్షణ (Metallurgy) అంటారు.

• ముఖ్య ధాతువులు:
  1. అల్యూమినియం – బాక్సైట్ (Bauxite)
  2. ఇనుము – హెమటైట్ (Haematite), మాగ్నటైట్
  3. రాగి – కాపర్ పైరైట్స్, మలకైట్
  4. పాదరసం – సిన్నబార్ (Cinnabar)
  5. సీసం – గెలీనా (Galena)
  6. జింక్ – జింక్ బ్లెండ్ (ZnS)
  7. సోడియం – రాతి ఉప్పు (Rock Salt)
• నిష్కర్షణ దశలు: ధాతువును సాంద్రీకరించడం → కాల్చడం (కార్బొనేట్లకు కాల్సినేషన్, సల్ఫైడ్లకు రోస్టింగ్) → క్షయకరణం → శుద్ధి చేయడం.
• చర్యాశీలత ఆధారంగా పద్ధతి:
  1. చాలా చర్యాశీల లోహాలు (Na, K, Ca, Mg, Al): ద్రవీభవన ధాతువు విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా.
  2. మధ్యస్థ (Zn, Fe, Pb): కార్బన్ (కోక్) తో క్షయకరణం.
  3. తక్కువ చర్యాశీల (Hg, Cu): వేడి చేయడం ద్వారా.
• అల్యూమినియం: బాక్సైట్ నుండి అల్యూమినా తీసి, క్రయోలైట్ కలిపి విద్యుద్విశ్లేషణ చేస్తారు (హాల్–హెరౌల్ట్ ప్రక్రియ).
• థర్మైట్ చర్య (Thermite):
  1. Fe₂O₃ + Al → ఫలితంగా కరిగిన ఇనుము
  2. రైలు పట్టాలు, విరిగిన యంత్ర భాగాలను అతికించడానికి వాడతారు.

లోహాలు గాలి, తేమతో చర్య జరిపి క్రమంగా నష్టపోవడాన్ని క్షయం (Corrosion) అంటారు. ఇనుము క్షయాన్ని తుప్పు (Rusting) అంటారు. తుప్పు వల్ల ప్రతి ఏటా భారీ నష్టం జరుగుతుంది.

• తుప్పు పట్టడానికి కావలసినవి: ఆక్సిజన్, నీరు (తేమ) – రెండూ కలిసి ఉండాలి.
• తుప్పు రసాయన రూపం: హైడ్రేటెడ్ ఐరన్ ఆక్సైడ్ (Fe₂O₃·xH₂O), ఎరుపు–గోధుమ రంగు.
• ఇతర లోహాల క్షయం:
  1. వెండి – నలుపు రంగు పూత (సిల్వర్ సల్ఫైడ్).
  2. రాగి – ఆకుపచ్చ పూత (కాపర్ కార్బొనేట్).
  3. అల్యూమినియం – పలుచని ఆక్సైడ్ పొర ఏర్పడి లోపలి లోహాన్ని కాపాడుతుంది.
• నివారణ పద్ధతులు:
  1. రంగు వేయడం, నూనె / గ్రీజు రాయడం.
  2. గాల్వనైజేషన్ (Galvanisation): ఇనుము మీద జింక్ పొర వేయడం.
  3. క్రోమియం పూత (Electroplating).
  4. మిశ్రమ లోహాలు తయారు చేయడం: స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ తుప్పు పట్టదు.
  5. యానోడైజింగ్: అల్యూమినియం మీద మందపాటి ఆక్సైడ్ పొర.
• సాక్రిఫిషియల్ రక్షణ: ఇనుము కంటే చర్యాశీల లోహమైన జింక్ ముందు క్షయం చెంది ఇనుమును కాపాడుతుంది.

రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ లోహాలను (లేదా లోహం + అలోహం) కరిగించి కలిపిన సజాతీయ మిశ్రమాన్ని మిశ్రమ లోహం (Alloy) అంటారు. అవసరమైన లక్షణాల కోసం ఇలా తయారు చేస్తారు.

• 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:
  1. ఇనుము + క్రోమియం + నికెల్ (+ కార్బన్). తుప్పు పట్టదు
  2. వంట పాత్రలు, శస్త్రచికిత్స పరికరాలు.
• టంకం (Solder):
  1. సీసం + తగరం. తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం
  2. 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:
  1. స్వచ్ఛమైన బంగారం 24 క్యారెట్లు
  2. ఆభరణాలకు వాడే 22 క్యారెట్ల బంగారంలో రాగి లేదా వెండి కలుపుతారు.
• వైద్యంలో: స్టీల్ కంటే తేలికైన మిశ్రమాలు ఎముకల ఇంప్లాంట్లలో వాడతారు (టైటానియం మిశ్రమాలు).

అలోహాలు సంఖ్యలో తక్కువైనా జీవానికి, పరిశ్రమలకు అత్యంత ముఖ్యమైనవి. వాటి లక్షణాలు, ఉపయోగాలు పరీక్షల్లో తరచూ వస్తాయి.

• హైడ్రోజన్ (H):
  1. అత్యంత తేలికైనది
  2. ఇంధనంగా, అమ్మోనియా తయారీలో (హేబర్ ప్రక్రియ), వనస్పతి తయారీలో (నూనెల హైడ్రోజనీకరణ) వాడతారు.
• నైట్రోజన్ (N):
  1. గాలిలో సుమారు 78%
  2. ఎరువులు, అమ్మోనియా తయారీ
  3. ద్రవ నైట్రోజన్ శీతలీకరణకు వాడతారు.
• ఆక్సిజన్ (O):
  1. శ్వాసక్రియ, దహనానికి అవసరం
  2. ఆసుపత్రుల్లో, వెల్డింగ్‌లో వాడతారు. ఓజోన్ (O₃) ఆక్సిజన్ రూపాంతరం.
• సల్ఫర్ (S):
  1. పసుపు రంగు ఘనం
  2. సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం, గన్‌పౌడర్, అగ్గిపెట్టెలు, రబ్బరు వల్కనీకరణలో వాడతారు.
• భాస్వరం (P):
  1. తెల్ల భాస్వరం, ఎర్ర భాస్వరం రూపాంతరాలు
  2. ఎరువులు, అగ్గిపెట్టెలు.
• క్లోరిన్ (Cl):
  1. ఆకుపచ్చ–పసుపు వాయువు
  2. నీటి శుద్ధి, బ్లీచింగ్.
• అయోడిన్ (I):
  1. థైరాయిడ్ హార్మోన్‌కు అవసరం
  2. అయోడైజ్డ్ ఉప్పు
  3. లోపిస్తే గాయిటర్.
• కార్బన్ (C):
  1. వజ్రం, గ్రాఫైట్ రూపాంతరాలు
  2. అన్ని జీవ పదార్థాల్లో ఉంటుంది.
• నోబుల్ వాయువులు:
  1. అచర్యాశీలం
  2. హీలియం, నియాన్, ఆర్గాన్ ఉపయోగాలు.
• అలోహ ఆక్సైడ్లు: సాధారణంగా ఆమ్ల స్వభావం (CO₂, SO₂). నీటిలో కలిసి ఆమ్లాలు ఇస్తాయి.