Chapter 3: ધાતુ અને અધાતુ

પ્રકરણ 3 (ધાતુઓ અને અધાતુઓ) માં પાના નંબર 45 અને 46 પર ધાતુઓના રાસાયણિક ગુણધર્મોને લગતા પ્રશ્નોનો બ્લોક આપેલ છે (જેમાં પ્રશ્ન 3 ના પેટા-પ્રશ્નો અને પ્રશ્ન 4, 5 પાના નંબર 46 પર છે). આ તમામ 5 પ્રશ્નોના સરળ અને વિગતવાર જવાબો નીચે મુજબ છે:

પ્રશ્ન 1: શા માટે સોડિયમને કેરોસીનમાં રાખવામાં આવે છે ?

જવાબ: સોડિયમ અને પોટૅશિયમ જેવી ધાતુઓ અત્યંત સક્રિય છે. જો તેમને હવામાં ખુલ્લી રાખવામાં આવે તો તે હવામાંના ઑક્સિજન સાથે એટલી તીવ્ર પ્રક્રિયા કરે છે કે તે તરત જ આગ પકડી લે છે. આથી, તેમને સુરક્ષિત રાખવા અને આકસ્મિક આગ રોકવા માટે તેમને કેરોસીનમાં ડૂબાડીને રાખવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 2: આ પ્રક્રિયાઓ માટે સમીકરણો લખો : (i) વરાળ સાથે આયર્ન (ii) પાણી સાથે કૅલ્શિયમ અને પોટેશિયમ

જવાબ: (i) વરાળ સાથે આયર્નની પ્રક્રિયાનું સમીકરણ: $3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{4}(s) + 4H_{2}(g)$

(ii) પાણી સાથે કૅલ્શિયમ અને પોટેશિયમની પ્રક્રિયાનું સમીકરણ: કૅલ્શિયમ: $Ca(s) + 2H_{2}O(l) \rightarrow Ca(OH)<em>2(aq) + H</em>{2}(g)$ પોટેશિયમ: $2K(s) + 2H_{2}O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + H_{2}(g) + ઉષ્માઊર્જા$

પ્રશ્ન 3: ચાર ધાતુઓ A, B, C અને D ના નમૂના લીધેલા છે અને નીચે દર્શાવેલ દ્રાવણમાં એક પછી એક ઉમેરેલ છે… ધાતુઓ A, B, C અને D વિશે નીચે દર્શાવેલા પ્રશ્નોના ઉત્તર માટે ઉપર્યુક્ત કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરો.

(સમજૂતી: સક્રિયતા શ્રેણીના નિયમ મુજબ Zn > Fe > Cu > Ag થાય છે. કોષ્ટક પરથી સ્પષ્ટ છે કે, A માત્ર કૉપરનું વિસ્થાપન કરે છે. B આયર્નનું વિસ્થાપન કરે છે એટલે કે સૌથી વધુ સક્રિય છે. C માત્ર સિલ્વરનું વિસ્થાપન કરે છે અને D કોઈનું પણ વિસ્થાપન કરી શકતી નથી.)

(i) સૌથી વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુ કઈ છે ?

જવાબ: ધાતુ B સૌથી વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક છે, કારણ કે તે આયર્ન (Fe) જેવી સક્રિય ધાતુનું તેના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપન કરી શકે છે.

(ii) જો B ને કૉપર(II) સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ઉમેરવામાં આવે તો તમે શું અવલોકન કરશો ?

જવાબ: ધાતુ B એ આયર્ન કરતાં વધુ સક્રિય છે, તો તે કૉપર કરતાં પણ વધુ સક્રિય જ હોવાની. તેથી તે કૉપર(II) સલ્ફેટના દ્રાવણમાંથી કૉપરનું વિસ્થાપન કરશે. પરિણામે, દ્રાવણનો ભૂરો રંગ ઝાંખો પડશે અને લાલ-કથ્થાઈ રંગનું કૉપર છૂટું પડીને જમા થશે.

(iii) ધાતુઓ A, B, C અને D ને પ્રતિક્રિયાત્મકતાના ઊતરતા ક્રમમાં ગોઠવો.

જવાબ: પ્રતિક્રિયાત્મકતાનો (સક્રિયતાનો) ઊતરતો ક્રમ: B > A > C > D છે.

પ્રશ્ન 4: પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુમાં મંદ હાઈડ્રોક્લોરિક એસિડ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે કયો વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે ? આયર્નની મંદ $H_{2}SO_{4}$ સાથેની પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ લખો.

જવાબ: જ્યારે કોઈપણ પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુમાં મંદ હાઈડ્રોક્લોરિક ઍસિડ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે હાઈડ્રોજન ( $H_{2}$ ) વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે. આયર્નની મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથેની પ્રક્રિયાનું રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે: $Fe(s) + H_{2}SO_{4}(aq) \rightarrow FeSO_{4}(aq) + H_{2}(g)$ (નોંધ: આ પ્રકરણના સિદ્ધાંતો મુજબ ધાતુ + ઍસિડ $\rightarrow$ ક્ષાર + હાઈડ્રોજન બને છે).

પ્રશ્ન 5: જ્યારે આયર્ન(II) સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ઝિંક ઉમેરવામાં આવે છે ત્યારે તમે શું અવલોકન કરો છો ? અહીં થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયા લખો.

જવાબ: સક્રિયતા શ્રેણીમાં ઝિંક (Zn) એ આયર્ન (Fe) કરતાં ઉપર છે, એટલે કે ઝિંક વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુ છે. તેથી, જ્યારે આયર્ન(II) સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ઝિંક ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે ઝિંક આયર્નનું વિસ્થાપન કરે છે. આનાથી આયર્ન સલ્ફેટના દ્રાવણનો આછો લીલો રંગ દૂર થાય છે અને રંગવિહીન ઝિંક સલ્ફેટ બને છે, તથા ધાતુ સ્વરૂપે આયર્ન જમા થાય છે. અહીં થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાનું સમીકરણ: $Zn(s) + FeSO_{4}(aq) \rightarrow ZnSO_{4}(aq) + Fe(s)$ .

ચોક્કસ, પ્રકરણ 3 (ધાતુઓ અને અધાતુઓ) માં પાના નંબર 53 પર (ટોપિક 3.5 શરૂ થતા પહેલા) જે 3 પ્રશ્નો આપેલા છે, તેના સરળ અને વિગતવાર જવાબો નીચે મુજબ છે:

પ્રશ્ન 1: નીચેનાં પદોને વ્યાખ્યાયિત કરો : (i) ખનીજ (ii) કાચી ધાતુ (અયસ્ક) (iii) ગેંગ

જવાબ: (i) ખનીજ (Minerals): જે તત્ત્વો કે સંયોજનો પૃથ્વીના ભૂપૃષ્ઠ (પોપડા)માંથી કુદરતી રીતે મળે છે, તેને ખનીજો કહે છે.

(ii) કાચી ધાતુ અથવા અયસ્ક (Ores): કેટલીક જગ્યાએ ખનીજો કોઈ ચોક્કસ ધાતુનું ઘણું ઊંચું ટકાવાર પ્રમાણ ધરાવે છે અને તેમાંથી ધાતુનું નિષ્કર્ષણ લાભદાયી (સરળ અને આર્થિક રીતે ફાયદાકારક) હોઈ શકે છે, આવી ખનીજોને કાચી ધાતુ (અયસ્ક) કહે છે.

(iii) ગેંગ (Gangue): પૃથ્વીમાંથી ખોદીને બહાર કાઢેલી અયસ્કો (કાચી ધાતુઓ) સામાન્ય રીતે મોટા પ્રમાણમાં અશુદ્ધિઓ જેવી કે માટી, રેતી વગેરેથી દૂષિત હોય છે, આ અશુદ્ધિઓને ગેંગ કહે છે. ધાતુના નિષ્કર્ષણ પૂર્વે કાચી ધાતુમાંથી આ અશુદ્ધિઓ દૂર કરવી જરૂરી હોય છે.

પ્રશ્ન 2: કુદરતમાં મુક્ત અવસ્થામાં મળતી બે ધાતુઓનાં નામ આપો.

જવાબ: સક્રિયતા શ્રેણીમાં તળિયે રહેલી એટલે કે સૌથી ઓછી પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુઓ મોટાભાગે કુદરતમાં મુક્ત અવસ્થામાં મળે છે. તેના ઉદાહરણોમાં સોનું, ચાંદી, પ્લેટિનમ અને કૉપર નો સમાવેશ થાય છે. (તમે પરીક્ષામાં આમાંથી કોઈપણ બે નામ લખી શકો છો).

પ્રશ્ન 3: ધાતુને તેના ઓક્સાઈડમાંથી મેળવવા માટે કઈ રાસાયણિક પ્રક્રિયા વપરાય છે ?

જવાબ: ધાતુને તેના ઓક્સાઈડમાંથી મેળવવા માટે મુખ્યત્વે રિડક્શન (Reduction) પ્રક્રિયા વપરાય છે. આ પ્રક્રિયામાં કાર્બન (કોક) જેવા યોગ્ય રિડક્શનકર્તાનો ઉપયોગ કરી ધાતુ ઓક્સાઈડને ગરમ કરીને તેમાંથી ધાતુ છૂટી પાડવામાં આવે છે. આ ઉપરાંત, કેટલીક વખત સોડિયમ, કૅલ્શિયમ કે ઍલ્યુમિનિયમ જેવી ખૂબ જ સક્રિય ધાતુઓનો રિડક્શનકર્તા તરીકે ઉપયોગ કરીને વિસ્થાપન પ્રક્રિયા દ્વારા પણ નીચી પ્રતિક્રિયાત્મકતા ધરાવતી ધાતુને તેના ઓક્સાઈડમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૩: ધાતુઓ અને અધાતુઓ

પ્રશ્ન ૧:
(i) સોડિયમ, ઑક્સિજન અને મૅગ્નેશિયમ માટે ઇલેક્ટ્રૉન-બિંદુની રચના લખો.
(ii) ઇલેક્ટ્રૉનના સ્થાનાંતરણ દ્વારા Na₂O અને MgO નું નિર્માણ દર્શાવો.
(iii) આ સંયોજનોમાં કયાં આયનો હાજર છે ?

(i) ઇલેક્ટ્રૉન-બિંદુની રચના (Electron-dot structure):

ઇલેક્ટ્રૉન-બિંદુ રચનામાં માત્ર સૌથી બહારની કક્ષાના (સંયોજકતા) ઇલેક્ટ્રૉનને જ ટપકાં (•) સ્વરૂપે દર્શાવવામાં આવે છે.

સોડિયમ (Na): પરમાણ્વીય ક્રમાંક 11 (2, 8, 1). બહારની કક્ષામાં 1 ઇલેક્ટ્રૉન.
રચના: Na•
મૅગ્નેશિયમ (Mg): પરમાણ્વીય ક્રમાંક 12 (2, 8, 2). બહારની કક્ષામાં 2 ઇલેક્ટ્રૉન.
રચના: •Mg•
ઑક્સિજન (O): પરમાણ્વીય ક્રમાંક 8 (2, 6). બહારની કક્ષામાં 6 ઇલેક્ટ્રૉન.
રચના: :Ö: (અથવા O ની ફરતે 6 ટપકાં)

(ii) ઇલેક્ટ્રૉનના સ્થાનાંતરણ દ્વારા નિર્માણ:

1. Na₂O (સોડિયમ ઑક્સાઈડ) નું નિર્માણ:
સોડિયમ (Na) પોતાનો 1 ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને Na⁺ બને છે. ઑક્સિજન (O) ને અષ્ટક પૂરું કરવા 2 ઇલેક્ટ્રૉનની જરૂર છે. તેથી, 2 સોડિયમ પરમાણુઓ 1-1 ઇલેક્ટ્રૉન ઑક્સિજનને આપે છે.

2 Na• + :Ö: → [Na⁺]₂ [ :Ö:^2- ]

2. MgO (મૅગ્નેશિયમ ઑક્સાઈડ) નું નિર્માણ:
મૅગ્નેશિયમ (Mg) પોતાના બંને બહારના ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને Mg²⁺ બને છે અને આ બંને ઇલેક્ટ્રૉન ઑક્સિજન (O) સ્વીકારી લે છે.

•Mg• + :Ö: → [Mg²⁺] [ :Ö:^2- ]

(iii) સંયોજનોમાં હાજર આયનો:

Na₂O માં: ધન આયન તરીકે સોડિયમ આયન (Na⁺) અને ઋણ આયન તરીકે ઑક્સાઇડ આયન (O^2-) હાજર છે.
MgO માં: ધન આયન તરીકે મૅગ્નેશિયમ આયન (Mg²⁺) અને ઋણ આયન તરીકે ઑક્સાઇડ આયન (O^2-) હાજર છે.

પ્રશ્ન ૨: આયનીય સંયોજનો શા માટે ઊંચા ગલનબિંદુ ધરાવે છે ?

                💡 સરળ સમજૂતી: આયનીય સંયોજનો ધન આયન (+) અને ઋણ આયન (-) ના જોડાણથી બનેલા હોય છે. વિરુદ્ધ વીજભાર હોવાથી તેઓ એકબીજાને ખૂબ જ મજબૂતાઈથી પકડી રાખે છે (જેમ બે શક્તિશાળી ચુંબક ચોંટી ગયા હોય).
            

જવાબ:
આયનીય સંયોજનોમાં ધન આયનો અને ઋણ આયનો વચ્ચે ખૂબ જ પ્રબળ સ્થિત-વિદ્યુત આકર્ષણ બળ (Electrostatic force of attraction) રહેલું હોય છે.

આ આંતર-આયનીય આકર્ષણ બળને તોડવા માટે ખૂબ જ વધુ પ્રમાણમાં ઉષ્મા-ઊર્જા (ગરમી) ની જરૂર પડે છે. આ જ કારણથી આયનીય સંયોજનોના ગલનબિંદુ (Melting points) અને ઉત્કલનબિંદુ (Boiling points) ખૂબ જ ઊંચા હોય છે.

અયસ્ક (Ore) એટલે શું?

પૃથ્વીના પોપડામાંથી જ્યારે ખોદકામ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાંથી માટી, રેતી અને ધાતુઓ ભેગી મળે છે. આ સમજવા માટે બે શબ્દો જાણવા જરૂરી છે:

ખનીજ (Minerals): પૃથ્વીના પોપડામાંથી જે કુદરતી પદાર્થો મળે છે, જેમાં ધાતુઓ કોઈ ને કોઈ સંયોજન સ્વરૂપે રહેલી હોય, તેને ખનીજ કહે છે.
અયસ્ક (Ore): જે ખનીજમાં કોઈ ચોક્કસ ધાતુનું પ્રમાણ ખૂબ જ વધારે હોય અને તેમાંથી ધાતુ સરળતાથી અને સસ્તામાં (ફાયદાકારક રીતે) બહાર કાઢી શકાતી હોય, તેવી ખાસ ખનીજને જ “અયસ્ક” કહેવાય છે.

🔥 વિજ્ઞાનનો ગોલ્ડન નિયમ: “બધી જ અયસ્ક એ ખનીજ છે, પણ બધી ખનીજ એ અયસ્ક હોતી નથી.”

ધોરણ 10 માટે અગત્યની અયસ્ક (કાચી ધાતુઓ) ના ઉદાહરણો:

ધાતુનું નામ	અયસ્ક (કાચી ધાતુ) નું નામ	અણુસૂત્ર
ઍલ્યુમિનિયમ (Al)	બૉક્સાઈટ (Bauxite)	Al₂O₃ · 2H₂O
લોખંડ / આયર્ન (Fe)	હેમેટાઈટ (Hematite)	Fe₂O₃
પારો / મર્ક્યુરી (Hg)	સિનાબાર (Cinnabar)	HgS
તાંબુ / કૉપર (Cu)	ક્યુપ્રાઈટ (Cuprite)	Cu₂O

ઉદાહરણ તરીકે, જમીનમાંથી મળતો પથ્થર ‘બૉક્સાઈટ’ એ ઍલ્યુમિનિયમની કાચી ધાતુ (અયસ્ક) છે. ફેક્ટરીમાં આ પથ્થર પર રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ કરીને તેમાંથી શુદ્ધ ઍલ્યુમિનિયમ છૂટું પાડવામાં આવે છે.

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૩: સ્વાધ્યાયના અગત્યના પ્રશ્નોત્તર (પ્રશ્ન ૪ થી ૧૬)

પ્રશ્ન ૪: ખાદ્યપદાર્થના ડબા પર ટીનનું સ્તર લાગે છે નહિ કે ઝિંકનું, કારણ કે…

જવાબ: (c) ઝિંક ટીન કરતાં વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક (સક્રિય) છે.
સમજૂતી: ઝિંક (Zn) એ ટીન (Sn) કરતાં વધુ સક્રિય ધાતુ છે. જો ખાદ્યપદાર્થના ડબ્બા પર ઝિંક લગાવવામાં આવે, તો તે ખોરાકમાં રહેલા ઍસિડિક પદાર્થો સાથે પ્રક્રિયા કરીને ઝેરી ક્ષાર બનાવી શકે છે, જેનાથી ખોરાક બગડી જાય છે. ટીન ઓછું સક્રિય હોવાથી તે ખોરાક સાથે પ્રક્રિયા કરતું નથી.

પ્રશ્ન ૫: તમને એક હથોડી, બૅટરી, ગોળો (બલ્બ), તાર અને સ્વિચ આપેલા છે.
(a) તમે તેમનો ધાતુઓ અને અધાતુ વચ્ચે ભેદ પારખવા કેવી રીતે ઉપયોગ કરી શકશો?
(b) આ પરખ કસોટીઓની ઉપયોગિતાનું મૂલ્યાંકન કરો.

જવાબ (a):

હથોડીનો ઉપયોગ (ટીપાઉપણું ચકાસવા): આપેલા પદાર્થને હથોડી વડે ટીપો. જો તેમાંથી પતરું બને (તૂટે નહિ), તો તે ધાતુ છે. જો તે તૂટીને ભૂકો થઈ જાય, તો તે અધાતુ છે.
બૅટરી, ગોળો, તાર (વિદ્યુત વાહકતા ચકાસવા): બૅટરી, બલ્બ અને સ્વિચને તાર વડે જોડીને એક પરિપથ બનાવો. આપેલા પદાર્થને પરિપથમાં જોડો. જો સ્વિચ ચાલુ કરતા બલ્બ પ્રકાશે, તો તે પદાર્થ વિદ્યુતનો સુવાહક એટલે કે ધાતુ છે. જો બલ્બ ન પ્રકાશે તો તે અધાતુ છે.

જવાબ (b) ઉપયોગિતાનું મૂલ્યાંકન: આ ભૌતિક કસોટીઓ સામાન્ય રીતે ધાતુ અને અધાતુને અલગ પાડવા માટે ખૂબ જ સરળ અને ઉપયોગી છે. પરંતુ, તેમાં અપવાદો રહેલા છે (જેમ કે ગ્રેફાઇટ અધાતુ હોવા છતાં વિદ્યુતનું વહન કરે છે). તેથી સંપૂર્ણ અને ચોક્કસ ખાતરી માટે રાસાયણિક ગુણધર્મોની કસોટી કરવી વધુ ભરોસાપાત્ર છે.

પ્રશ્ન ૬: ઉભયગુણી ઑક્સાઈડ એટલે શું ? ઉભયગુણી ઑક્સાઈડનાં બે ઉદાહરણો આપો.

જવાબ: જે ધાતુના ઑક્સાઈડ ઍસિડ અને બેઝ એમ બંને સાથે રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરીને ક્ષાર અને પાણી ઉત્પન્ન કરે છે, તેવા ઑક્સાઈડને ઉભયગુણી ઑક્સાઈડ (Amphoteric Oxides) કહે છે.
બે ઉદાહરણો:

૧. ઍલ્યુમિનિયમ ઑક્સાઈડ (Al₂O₃)
૨. ઝિંક ઑક્સાઈડ (ZnO)

પ્રશ્ન ૭: મંદ ઍસિડમાંથી હાઇડ્રોજનનું વિસ્થાપન કરતી બે ધાતુઓ અને વિસ્થાપન ન કરતી બે ધાતુઓનાં નામ લખો.

જવાબ:
જે ધાતુઓ સક્રિયતા શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજન કરતાં ઉપર (વધુ સક્રિય) હોય તે વિસ્થાપન કરે છે, અને જે નીચે હોય તે વિસ્થાપન કરતી નથી.

વિસ્થાપન કરતી બે ધાતુઓ: મૅગ્નેશિયમ (Mg) અને ઝિંક (Zn). (આયર્ન અને ઍલ્યુમિનિયમ પણ લખી શકાય).
વિસ્થાપન ન કરતી બે ધાતુઓ: કૉપર / તાંબુ (Cu) અને સિલ્વર / ચાંદી (Ag). (સોનું પણ લખી શકાય).

પ્રશ્ન ૮: ધાતુ M ના વિદ્યુતવિભાજનીય શુદ્ધીકરણમાં ઍનોડ, કૅથોડ અને વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે તમે શું લેશો ?

જવાબ: ધાતુ ‘M’ ને શુદ્ધ કરવા માટેની વ્યવસ્થા નીચે મુજબ હશે:

ઍનોડ (ધન ધ્રુવ +): અશુદ્ધ ધાતુ ‘M’ નો જાડો સળિયો.
કૅથોડ (ઋણ ધ્રુવ -): શુદ્ધ ધાતુ ‘M’ ની પાતળી પટ્ટી.
વિદ્યુતવિભાજ્ય દ્રાવણ: ધાતુ ‘M’ ના ક્ષારનું જલીય દ્રાવણ (જેમ કે જો કૉપર હોય તો CuSO₄ નું દ્રાવણ).

પ્રશ્ન ૯: પ્રત્યુષે સ્પેચ્યુલા પર સલ્ફર પાઉડર લીધો અને તેને ગરમ કર્યો… (a) વાયુની અસર શુષ્ક અને ભેજયુક્ત લિટમસ પેપર પર શી થશે? (b) પ્રક્રિયા માટે સમતોલિત રાસાયણિક સમીકરણ લખો.

સમજૂતી: સલ્ફર (અધાતુ) ને ગરમ કરતા તે હવામાંના ઑક્સિજન સાથે જોડાઈને સલ્ફર ડાયોક્સાઈડ (SO₂) વાયુ બનાવે છે, જે સ્વભાવે ઍસિડિક છે.

જવાબ (a) વાયુની અસર:

(i) શુષ્ક લિટમસ પેપર: તેના પર કોઈ જ અસર થશે નહિ (રંગ બદલાશે નહિ). કારણ કે ઍસિડિક ગુણ દર્શાવવા ભેજ (પાણી) જરૂરી છે.
(ii) ભેજયુક્ત લિટમસ પેપર: SO₂ વાયુ ભેજવાળા ભૂરા લિટમસ પેપરને લાલ બનાવે છે. (કારણ કે તે ઍસિડિક ઑક્સાઈડ છે).

જવાબ (b) રાસાયણિક સમીકરણ:

S_(s) + O_2(g) → SO_2(g)

પ્રશ્ન ૧૦: લોખંડનું ક્ષારણ (કાટ લાગવો) અટકાવવાના બે ઉપાય જણાવો.

જવાબ:

૧. રંગ (Paint) કરીને કે તેલ/ગ્રીસ લગાવીને: લોખંડની સપાટી પર રંગ કરવાથી કે તેલ લગાવવાથી તે સીધી હવા કે ભેજના સંપર્કમાં આવતું નથી.
૨. ગૅલ્વેનાઈઝેશન (Galvanization): લોખંડની વસ્તુ પર તેના કરતાં વધુ સક્રિય ધાતુ ઝિંક (Zn) નું પાતળું પડ ચડાવવાની પ્રક્રિયાથી પણ કાટ અટકાવી શકાય છે.

પ્રશ્ન ૧૧: જ્યારે અધાતુઓ ઑક્સિજન સાથે સંયોજાય ત્યારે બનતા ઑક્સાઈડના પ્રકાર કયા છે ?

જવાબ: અધાતુઓ ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને બે પ્રકારના ઑક્સાઈડ બનાવે છે:

૧. ઍસિડિક ઑક્સાઈડ: (દા.ત. સલ્ફર ડાયોક્સાઈડ – SO₂, કાર્બન ડાયોક્સાઈડ – CO₂). આ પાણીમાં ઓગળીને ઍસિડ બનાવે છે.
૨. તટસ્થ ઑક્સાઈડ: (દા.ત. કાર્બન મોનોક્સાઈડ – CO, પાણી – H₂O). આ લિટમસ પ્રત્યે કોઈ અસર દર્શાવતા નથી.

પ્રશ્ન ૧૨: વૈજ્ઞાનિક કારણો આપો:

(a) પ્લેટિનમ, સોનું અને ચાંદી આભૂષણો બનાવવા વપરાય છે.
કારણ: આ ધાતુઓ સક્રિયતા શ્રેણીમાં સૌથી નીચે (ખૂબ જ ઓછી સક્રિય) છે. તેઓ હવા, ભેજ કે ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરતી નથી, તેથી તેમને કાટ લાગતો નથી અને તેમનો ચળકાટ લાંબા સમય સુધી જળવાઈ રહે છે. વળી, તે ખૂબ જ તન્ય અને ટીપાઉ હોવાથી તેમાંથી સુંદર ઘરેણાં બનાવી શકાય છે.

(b) સોડિયમ, પોટેશિયમ અને લિથિયમનો તેલ (કેરોસીન) માં સંગ્રહ કરવામાં આવે છે.
કારણ: આ ધાતુઓ અત્યંત સક્રિય (Highly Reactive) છે. જો તેમને હવામાં ખુલ્લી રાખવામાં આવે, તો તે હવાના ઑક્સિજન અને ભેજ સાથે તરત જ તીવ્ર પ્રક્રિયા કરીને સળગી ઊઠે છે (આગ પકડી લે છે). તેમને સુરક્ષિત રાખવા અને હવાના સંપર્કથી બચાવવા તેમને કેરોસીન (તેલ) માં ડુબાડી રાખવામાં આવે છે.

(c) ઍલ્યુમિનિયમ ખૂબ જ પ્રતિક્રિયાત્મક ધાતુ છે તેમ છતાં રસોઈનાં વાસણો બનાવવા માટે વપરાય છે.
કારણ: ઍલ્યુમિનિયમ સક્રિય હોવાથી તે હવામાંના ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરી પોતાની સપાટી પર ઍલ્યુમિનિયમ ઑક્સાઈડ (Al₂O₃) નું એક પાતળું અને મજબૂત રક્ષણાત્મક પડ બનાવી દે છે. આ પડ અંદર રહેલી ધાતુને વધુ કાટ લાગવાથી બચાવે છે. ઉપરાંત, તે ઉષ્માનું ખૂબ જ સારું સુવાહક છે અને વજનમાં હલકું તથા સસ્તું હોવાથી વાસણો માટે ઉત્તમ છે.

(d) કાર્બોનેટ અને સલ્ફાઈડ અયસ્ક (કાચી ધાતુ) સામાન્ય રીતે નિષ્કર્ષણ દરમિયાન ઑક્સાઈડમાં ફેરવાય છે.
કારણ: ધાતુના કાર્બોનેટ કે સલ્ફાઈડમાંથી સીધી ધાતુ મેળવવી ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. તેના બદલે, ધાતુના ઑક્સાઈડમાંથી કાર્બન વડે રિડક્શન કરીને શુદ્ધ ધાતુ મેળવવી અત્યંત સરળ અને સસ્તી પડે છે. તેથી, કેલ્સિનેશન કે ભૂંજન પ્રક્રિયા દ્વારા પહેલા તેમને ઑક્સાઈડમાં ફેરવવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન ૧૩: તમે ચોક્કસપણે નિસ્તેજ (ઝાંખા) તાંબાનાં વાસણો લીંબુ અથવા આમલીના રસ વડે શુદ્ધ થતાં જોયાં છે. સમજાવો કે શા માટે આવા ખાટા પદાર્થો વાસણો શુદ્ધ કરવા અસરકારક છે ?

જવાબ: તાંબાનાં (કૉપરનાં) વાસણો હવામાંના ભેજવાળા કાર્બન ડાયોક્સાઈડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સપાટી પર કૉપર કાર્બોનેટ (બેઝિક) નું લીલા રંગનું ઝાંખું પડ બનાવી દે છે.
લીંબુ કે આમલી જેવા ખાટા પદાર્થોમાં ઍસિડ રહેલો હોય છે. જ્યારે આ ઍસિડિક રસ વાસણ પર ઘસવામાં આવે છે, ત્યારે તે બેઝિક કૉપર કાર્બોનેટ સાથે પ્રક્રિયા (તટસ્થીકરણ) કરી તેને ઓગાળીને દૂર કરે છે. આથી તાંબાનું વાસણ ફરીથી નવા જેવું ચમકી ઊઠે છે.

પ્રશ્ન ૧૪: રાસાયણિક ગુણધર્મોના આધારે ધાતુઓ અને અધાતુઓ વચ્ચે ભેદ પારખો.

જવાબ:

ઇલેક્ટ્રૉનની આપ-લે: ધાતુઓ ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવીને ધન આયન (+) બનાવે છે, જ્યારે અધાતુઓ ઇલેક્ટ્રૉન મેળવીને ઋણ આયન (-) બનાવે છે.
ઑક્સાઈડનો સ્વભાવ: ધાતુઓના ઑક્સાઈડ મોટેભાગે બેઝિક (અથવા ઉભયગુણી) હોય છે. અધાતુઓના ઑક્સાઈડ ઍસિડિક (અથવા તટસ્થ) હોય છે.
ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા: ધાતુઓ મંદ ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરી હાઇડ્રોજન (H₂) વાયુ મુક્ત કરે છે. અધાતુઓ મંદ ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરતી નથી (H₂ વાયુ મુક્ત કરતી નથી).

પ્રશ્ન ૧૫: એક વ્યક્તિ ઘરે-ઘરે સોની તરીકે જઈને… (એક્વા રેજિયાની ઘટના સમજાવો).

જવાબ: તે ઠગ વ્યક્તિએ ઉપયોગમાં લીધેલું દ્રાવણ ‘એક્વા રેજિયા’ (Aqua Regia / અમ્લરાજ) હશે.
આ દ્રાવણ સાંદ્ર હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ (HCl) અને સાંદ્ર નાઈટ્રિક ઍસિડ (HNO₃) નું કદથી ૩:૧ (3:1) ના પ્રમાણમાં બનાવેલું તાજું મિશ્રણ છે.

સોનું એવી ધાતુ છે જે સામાન્ય ઍસિડમાં ઓગળતી નથી, પરંતુ આ ‘એક્વા રેજિયા’ માં સોનાને ઓગાળી શકવાની તાકાત હોય છે. તેથી, જ્યારે બંગડીઓ તેમાં ડુબાડવામાં આવી, ત્યારે બંગડીનું ઉપરનું સોનાનું પડ ઓગળીને દ્રાવણમાં જતું રહ્યું. આથી અંદરની નવી સપાટી ચમકવા લાગી, પણ સોનું ઓગળી જવાના કારણે બંગડીઓના વજનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો.

પ્રશ્ન ૧૬: કારણ આપો કે કૉપર ગરમ પાણીની ટાંકી બનાવવા માટે વપરાય છે પરંતુ સ્ટીલ (આયર્નની મિશ્રધાતુ) વપરાતું નથી.

જવાબ: આની પાછળ બે મુખ્ય વૈજ્ઞાનિક કારણો છે:

૧. ઉષ્મા વાહકતા: કૉપર (તાંબુ) એ સ્ટીલ (લોખંડની મિશ્રધાતુ) કરતાં ઉષ્માનું ખૂબ જ સારું સુવાહક છે, તેથી પાણી ઝડપથી ગરમ થાય છે.
૨. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા (મુખ્ય કારણ): કૉપર એ ઠંડા કે ગરમ પાણી, અરે ગરમ પાણીની વરાળ સાથે પણ કોઈ જ રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરતું નથી. જ્યારે સ્ટીલમાં મુખ્ય ભાગ લોખંડ (Fe) નો હોય છે. લોખંડ ગરમ પાણીની વરાળ સાથે ધીમી પ્રક્રિયા કરી આયર્ન ઑક્સાઈડ (Fe₃O₄) – એટલે કે કાટ બનાવે છે અને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે. આનાથી સ્ટીલની ટાંકી જલ્દી ખવાઈ જાય છે.

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૩: ધાતુઓ અને અધાતુઓ

અયસ્ક (Ore) એટલે શું?

ધોરણ 10 માટે અગત્યની અયસ્ક (કાચી ધાતુઓ) ના ઉદાહરણો:

વિજ્ઞાન – પ્રકરણ ૩: સ્વાધ્યાયના અગત્યના પ્રશ્નોત્તર (પ્રશ્ન ૪ થી ૧૬)

Leave a Comment Cancel Reply