विज्ञान कक्षा 10 के लिए अभ्यास प्रश्न "धातु और अधातु"
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बहुविकल्पीय प्रश्न (एमसीक्यू):
- निम्नलिखित में से कौन-सा अधातु है?
- ए) लोहा
- बी) तांबा
- सी) ऑक्सीजन
- डी) जिंक
- पृथ्वी की पर्पटी में सबसे प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली धातु है:
- ए) एल्युमिनियम
- बी) लोहा
- सी) कैल्शियम
- डी) सोडियम
- धातुएं सामान्यतः:
- A) ऊष्मा और विद्युत के अच्छे संवाहक
- बी) ऊष्मा और बिजली के खराब संवाहक
- सी) भंगुर
- डी) गैर चमकदार
- इनमें से कौन सी धातु कमरे के तापमान पर तरल अवस्था में पाई जाती है?
- ए) सोडियम
- बी) पारा
- सी) लोहा
- डी) पोटेशियम
- अधातुएँ निम्नलिखित का निर्माण करती हैं:
- ए) सकारात्मक आयन
- बी) नकारात्मक आयन
- सी) तटस्थ परमाणु
- डी) धातु बंधन
- धातुओं को उनके अयस्कों से निकालने की प्रक्रिया को क्या कहते हैं?
- ए) रिफाइनिंग
- बी) प्रगलन
- सी) धातुकर्म
- डी) संक्षारण
- कौन सी धातु उच्च चालकता के कारण सामान्यतः विद्युत तारों में उपयोग की जाती है?
- ए) लोहा
- बी) एल्युमिनियम
- सी) तांबा
- डी) सीसा
- ऑक्सीजन के साथ धातु की प्रतिक्रिया को कहा जाता है:
- ए) कमी
- बी) ऑक्सीकरण
- सी) जलयोजन
- डी) उपरोक्त में से कोई नहीं
- निम्नलिखित में से कौन सा आयनिक यौगिकों का गुण नहीं है?
- ए) उच्च गलनांक और क्वथनांक
- बी) पिघली हुई अवस्था में बिजली का संचालन करें
- सी) पानी में घुलनशील
- डी) नरम और लचीला
- कौन सी अधातु जीवन के लिए आवश्यक है और वायु का एक प्रमुख घटक है?
- ए) नाइट्रोजन
- बी) ऑक्सीजन
- सी) हाइड्रोजन
- डी) क्लोरीन
- वह प्रक्रिया जिसके द्वारा धातुओं को पतली चादरों में परिवर्तित किया जाता है, कहलाती है:
- ए) फोर्जिंग
- बी) आघातवर्धनीयता
- सी) लचीलापन
- डी) कास्टिंग
- जब कोई धातु जल के साथ प्रतिक्रिया करती है, तो आमतौर पर निम्नलिखित बनता है:
- A) एक ऑक्साइड
- बी) ए हाइड्रॉक्साइड
- सी) ए कार्बोनेट
- डी) नाइट्रेट
- निम्नलिखित में से कौन मिश्र धातु है?
- ए) सोना
- बी) चांदी
- सी) पीतल
- डी) पारा
- वह धातु जो ठण्डे जल से अभिक्रिया नहीं करती, परन्तु भाप से अभिक्रिया करती है:
- ए) सोडियम
- बी) मैग्नीशियम
- सी) लोहा
- डी) कैल्शियम
- अर्धचालक चिप्स बनाने में किस अधातु का उपयोग किया जाता है?
- ए) सिलिकॉन
- बी) कार्बन
- सी) सल्फर
- डी) फास्फोरस
- धातुओं की प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला निम्न पर आधारित है:
- ए) उनका रंग
- बी) अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करने की उनकी क्षमता
- सी) उनके गलनांक
- D) पृथ्वी की पपड़ी में उनकी प्रचुरता
- धातुएँ विद्युत की अच्छी सुचालक क्यों होती हैं?
- A) उनमें मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं
- बी) इनका गलनांक उच्च होता है
- सी) वे चमकदार हैं
- D) वे कठोर हैं
- निम्नलिखित में से कौन सा लोहे का एक रूप नहीं है?
- ए) गढ़ा लोहा
- बी) कच्चा लोहा
- सी) स्टील
- डी) कांस्य
- जंग लगने से बचाने के लिए लोहे पर जिंक की परत चढ़ाने की प्रक्रिया को क्या कहते हैं?
- ए) मिश्र धातु
- बी) गैल्वनीकरण
- सी) एनोडाइजिंग
- डी) टेम्परिंग
- जब धातुएं तनु अम्लों के साथ अभिक्रिया करती हैं तो कौन सी गैस उत्पन्न होती है?
- ए) ऑक्सीजन
- बी) नाइट्रोजन
- सी) हाइड्रोजन
- डी) कार्बन डाइऑक्साइड
लघु उत्तरीय प्रश्न:
- 'अयस्क' शब्द को परिभाषित करें।
- 'धातुकर्म' शब्द का क्या अर्थ है?
- समझाइए कि धातुएँ आघातवर्ध्य और तन्य क्यों होती हैं।
- उभयधर्मी ऑक्साइड क्या हैं? एक उदाहरण दीजिए।
- धातुओं की अभिक्रियाशीलता अयस्कों से उनके निष्कर्षण को किस प्रकार प्रभावित करती है?
- सोडियम की जल के साथ अभिक्रिया का वर्णन कीजिए।
- अधातुएँ सामान्यतः अम्लीय ऑक्साइड क्यों बनाती हैं?
- मिश्र धातु और शुद्ध धातु में क्या अंतर है?
- समझाइए कि जंग लगने से कैसे बचा जा सकता है।
- लौह अयस्क से लौह निष्कर्षण में कार्बन की क्या भूमिका है?
- किसी धातु द्वारा निर्मित ऑक्साइड की प्रकृति उसकी अभिक्रियाशीलता श्रेणी में स्थिति से किस प्रकार संबंधित है?
- विमान निर्माण में एल्युमीनियम का व्यापक रूप से उपयोग क्यों किया जाता है?
- जब तांबा नम हवा के संपर्क में आता है तो क्या होता है?
- 'संक्षारण' शब्द को उदाहरण सहित परिभाषित कीजिए।
- धातु निष्कर्षण के पर्यावरणीय प्रभाव क्या हैं?
- आयोनिक यौगिकों के गुणों का वर्णन करें।
- हाइड्रोजन में कुछ धात्विक गुण होने के बावजूद इसे धातु क्यों नहीं माना जाता?
- धातुओं के साथ विस्थापन अभिक्रिया की अवधारणा को समझाइए।
- ग्रेफाइट को अन्य अधातुओं से अलग क्या बनाता है?
- भौतिक गुणों के आधार पर आप धातुओं और अधातुओं में अंतर कैसे कर सकते हैं?
दीर्घ उत्तरीय प्रश्न:
- धातुओं और अधातुओं के सामान्य भौतिक गुणों पर चर्चा करें।
- विस्थापन अभिक्रियाओं के उदाहरणों के साथ धातुओं की क्रियाशीलता श्रृंखला की व्याख्या कीजिए।
- धातुओं को उनके अयस्कों से निकालने के लिए प्रयुक्त विभिन्न विधियों का वर्णन कीजिए।
- धातुओं और अधातुओं के रासायनिक गुण किस प्रकार भिन्न होते हैं और क्यों?
- संक्षारण और संरक्षण के संदर्भ में प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला का क्या महत्व है?
- शुद्ध धातुओं की तुलना में मिश्र धातुओं के उपयोग के लाभ और हानि पर चर्चा करें।
- समझाइए कि धातुओं की क्रियाशीलता उनके दैनिक अनुप्रयोगों में उपयोग को किस प्रकार प्रभावित करती है।
- विद्युत अपघटनी शोधन की प्रक्रिया का उदाहरण सहित वर्णन कीजिए।
- धातुओं के खनन और प्रगलन से जुड़ी पर्यावरणीय चिंताएँ क्या हैं?
- जैविक प्रणालियों, विशेषकर मानव शरीर में धातुओं की भूमिका पर चर्चा करें।
- धातुओं और अधातुओं के बीच आयनिक बंध कैसे बनते हैं? एक उदाहरण दीजिए।
- ऑक्सीकरण-अपचयन अभिक्रिया की अवधारणा धातुओं पर किस प्रकार लागू होती है, समझाइए।
- धातु निष्कर्षण और पुनर्चक्रण के आर्थिक निहितार्थ क्या हैं?
- तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास धातु या अधातु के रूप में उनके व्यवहार को किस प्रकार प्रभावित करता है?
- उद्योग में अधातुओं के उपयोग पर विशिष्ट उदाहरणों सहित चर्चा कीजिए।
- धातुओं और अधातुओं का ज्ञान सतत विकास में किस प्रकार योगदान दे सकता है?
- एनोडाइजिंग की प्रक्रिया और इसके लाभों की व्याख्या करें।
- सीसा और पारा जैसी भारी धातुओं के संपर्क में आने से स्वास्थ्य पर क्या प्रभाव पड़ता है?
- मानव सभ्यता में धातु के उपयोग के ऐतिहासिक विकास पर चर्चा करें।
- धातु विज्ञान में प्रगति ने तकनीकी प्रगति को किस प्रकार जन्म दिया है?
अनुप्रयोग-आधारित प्रश्न:
- यदि आपके पास जस्ता और तांबे का एक टुकड़ा है, तो आप प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला कैसे प्रदर्शित करेंगे?
- धातु ऑक्साइड के निर्माण को दर्शाने वाले एक प्रयोग का वर्णन कीजिए।
- आप कैसे जांच सकते हैं कि कोई अज्ञात पदार्थ धातु है या अधातु?
- मैग्नीशियम और तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के बीच अभिक्रिया के लिए रासायनिक समीकरण लिखिए।
- बताएं कि आप कॉपर ऑक्साइड से कॉपर कैसे निकालेंगे।
- यदि लोहे के टुकड़े को नमी वाले वातावरण में छोड़ दिया जाए तो जंग लगने से बचाने के लिए क्या कदम उठाए जा सकते हैं?
- किसी धातु और अधातु के बीच विद्युत चालकता में अंतर दर्शाने के लिए एक प्रयोग डिज़ाइन करें।
- जिंक और सिल्वर नाइट्रेट के बीच अभिक्रिया के परिणाम की भविष्यवाणी करने के लिए आप प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला का उपयोग कैसे करेंगे?
- विद्युत अपघटन का उपयोग करके तांबे को शुद्ध करने की विधि का वर्णन करें।
- 10 ग्राम मैग्नीशियम की अधिकता वाले हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया करने पर उत्पन्न हाइड्रोजन के द्रव्यमान की गणना कीजिए।
आलोचनात्मक चिंतन प्रश्न:
- निर्माण एवं विनिर्माण के लिए सामग्रियों का चयन धातुओं एवं अधातुओं की समझ को किस प्रकार प्रतिबिम्बित करता है?
- स्थिरता के संदर्भ में गैर-नवीकरणीय धातु संसाधनों के उपयोग के निहितार्थों पर चर्चा करें।
- कुछ धातुओं को 'उत्तम' क्यों माना जा सकता है, और इन धातुओं के व्यावहारिक अनुप्रयोग क्या हैं?
- संक्षारण की अवधारणा बुनियादी ढांचे को किस प्रकार प्रभावित करती है और इन प्रभावों को कम करने के लिए क्या उपाय किए जा सकते हैं?
- हरित ऊर्जा समाधानों में परिवर्तन में धातुओं की भूमिका का मूल्यांकन करें।
- धातुओं के पुनर्चक्रण से भविष्य में वैश्विक अर्थव्यवस्था में क्या परिवर्तन आ सकता है?
- खनन प्रथाओं में नैतिक विचारों पर चर्चा करें।
- मिश्रधातु के विकास ने तकनीकी प्रगति को किस प्रकार प्रभावित किया है, विशेष रूप से शक्ति, स्थायित्व और चालकता के संदर्भ में?
- खनन के आर्थिक लाभ और पर्यावरणीय लागतों के बीच संतुलन का विश्लेषण करें। इस संतुलन को कैसे अनुकूलित किया जा सकता है?
- स्थिरता की ओर बढ़ते कदम को ध्यान में रखते हुए, भविष्य में धातुओं के उपयोग और निष्कर्षण में किस प्रकार परिवर्तन हो सकता है, जब कार्बन आधारित ऊर्जा का उपयोग न्यूनतम हो जाएगा?
उत्तर
बहुविकल्पीय प्रश्न (एमसीक्यू):
- C) ऑक्सीजन - ऑक्सीजन एक अधातु है।
- ए) एल्युमिनियम - एल्युमिनियम पृथ्वी की पपड़ी में सबसे प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली धातु है।
- क) ऊष्मा और विद्युत का अच्छा संवाहक - यह धातुओं का एक विशिष्ट गुण है।
- बी) पारा - पारा कमरे के तापमान पर तरल होता है।
- बी) ऋणात्मक आयन - अधातुएं इलेक्ट्रॉन ग्रहण करके ऋणात्मक आयन बनाती हैं।
- C) धातुकर्म - धातुकर्म धातुओं को उनके अयस्कों से निकालने की प्रक्रिया है।
- C) तांबा - तांबे का उपयोग इसकी उच्च विद्युत चालकता के कारण विद्युत तारों में किया जाता है।
- बी) ऑक्सीकरण - ऑक्सीजन के साथ धातु की प्रतिक्रिया एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया है।
- D) नरम और आघातवर्धनीय - आयनिक यौगिक आमतौर पर कठोर और भंगुर होते हैं, नरम और आघातवर्धनीय नहीं।
- बी) ऑक्सीजन - ऑक्सीजन जीवन के लिए आवश्यक है और हवा का एक प्रमुख घटक है।
- बी) आघातवर्धनीयता - आघातवर्धनीयता वह क्षमता है जिसे हथौड़े से पीटकर पतली चादरें बनाई जा सकती हैं।
- बी) हाइड्रोक्साइड - धातुएं जल के साथ अभिक्रिया करके धातु हाइड्रोक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनाती हैं।
- C) पीतल - पीतल तांबा और जस्ता का मिश्र धातु है।
- बी) मैग्नीशियम - मैग्नीशियम भाप के साथ प्रतिक्रिया करता है लेकिन ठंडे पानी के साथ नहीं।
- ए) सिलिकॉन - सिलिकॉन का उपयोग अर्धचालक चिप्स बनाने में बड़े पैमाने पर किया जाता है।
- बी) अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करने की उनकी क्षमता - प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला इस बात पर आधारित है कि धातुएं अन्य तत्वों के साथ कितनी आसानी से प्रतिक्रिया करती हैं।
- A) इनमें मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं - धातुएं अपने संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता के कारण विद्युत का संचालन करती हैं।
- D) कांस्य - कांस्य लोहे का एक रूप नहीं है; यह तांबे और टिन का मिश्र धातु है।
- बी) गैल्वनीकरण - गैल्वनीकरण में लोहे पर जस्ता की परत चढ़ाई जाती है।
- C) हाइड्रोजन - जब धातुएं तनु अम्लों के साथ अभिक्रिया करती हैं तो हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है।
लघु उत्तरीय प्रश्न:
- अयस्क परिभाषा: अयस्क एक प्रकार की चट्टान है जिसमें धातुओं जैसे महत्वपूर्ण तत्वों के साथ पर्याप्त खनिज होते हैं, जो इसे खनन और निष्कर्षण के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाते हैं।
- धातुकर्म: यह धातुओं को उनके अयस्कों से निकालने और उन्हें परिष्कृत करने का विज्ञान और प्रौद्योगिकी है।
- आघातवर्धनीयता और तन्यता: धातुओं में ऐसी संरचना होती है, जिसमें परमाणुओं की परतें एक-दूसरे के ऊपर फिसल सकती हैं, जिससे धात्विक बंधन के कारण धातुओं को बिना टूटे आकार दिया जा सकता है।
- उभयधर्मी ऑक्साइड: ऑक्साइड जो अम्ल और क्षार दोनों के रूप में कार्य कर सकते हैं, जैसे एल्युमीनियम ऑक्साइड (Al₂O₃), जो अम्ल और क्षार दोनों के साथ प्रतिक्रिया करता है।
- प्रतिक्रियाशीलता और निष्कर्षण: अधिक प्रतिक्रियाशील धातुओं के लिए इलेक्ट्रोलिसिस जैसी अधिक ऊर्जा-गहन विधियों की आवश्यकता होती है, जबकि कम प्रतिक्रियाशील धातुओं को कार्बन के साथ गलाया या कम किया जा सकता है।
- सोडियम जल के साथ: सोडियम जल के साथ तीव्रता से प्रतिक्रिया करके सोडियम हाइड्रोक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनाता है: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂.
- अधातुओं से अम्लीय ऑक्साइड: अधातुएं सामान्यतः अम्लीय ऑक्साइड बनाती हैं, क्योंकि वे ऑक्सीजन के साथ इलेक्ट्रॉन साझा करती हैं, जिससे ऐसे यौगिक बनते हैं जो जल में घुलकर अम्ल बनाते हैं।
- मिश्र धातु बनाम शुद्ध धातु: मिश्र धातु धातुओं या धातु के साथ किसी अन्य तत्व का मिश्रण है, जो शुद्ध धातुओं के विपरीत, ताकत या संक्षारण के प्रतिरोध जैसे गुणों में सुधार करता है।
- जंग लगने से बचाव: इन विधियों में पेंटिंग, गैल्वनाइजिंग, मिश्रधातु बनाना, अवरोधकों का उपयोग करना या लोहे को सूखी स्थिति में रखना शामिल है।
- लौह निष्कर्षण में कार्बन: कार्बन ब्लास्ट भट्टी में लौह ऑक्साइड को कम कर देता है, जिससे कार्बन मोनोऑक्साइड बनता है जो ऑक्साइड को लौह में बदल देता है।
- ऑक्साइड प्रकृति और प्रतिक्रियाशीलता: अधिक प्रतिक्रियाशील धातुएं क्षारीय ऑक्साइड बनाती हैं, कम प्रतिक्रियाशील धातुएं उभयधर्मी या उदासीन ऑक्साइड बनाती हैं, तथा सबसे कम प्रतिक्रियाशील धातुएं कम क्षारीय या थोड़ा अम्लीय ऑक्साइड बनाती हैं।
- विमान में एल्युमीनियम: एल्युमीनियम हल्का होता है, मिश्रधातु में मजबूत होता है, संक्षारण प्रतिरोधी होता है, तथा इसका भार-शक्ति अनुपात अच्छा होता है।
- नम हवा में तांबा: ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया के कारण तांबा, कॉपर कार्बोनेट (पेटिना) की एक हरे रंग की परत बनाता है।
- संक्षारण: पर्यावरण के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण धातुओं का क्षरण, जैसे, लोहे में जंग लगना।
- पर्यावरणीय प्रभाव: वनों की कटाई, मृदा अपरदन, जल प्रदूषण, वायु प्रदूषण और आवास विनाश धातु निष्कर्षण के कुछ प्रभाव हैं।
- आयनिक यौगिक गुण: उच्च गलनांक और क्वथनांक, पिघले हुए या विलयन में विद्युत का संचालन करते हैं, अधिकांशतः जल में घुलनशील होते हैं, क्रिस्टलीय ठोस बनाते हैं।
- हाइड्रोजन एक धातु नहीं है: चरम स्थितियों में कुछ धात्विक गुण होने के बावजूद, हाइड्रोजन का इलेक्ट्रॉन विन्यास (1s¹) सामान्य धातु से मेल नहीं खाता है, और यह सामान्य स्थितियों में धात्विक बंध नहीं बनाता है।
- विस्थापन अभिक्रियाएँ: एक अधिक अभिक्रियाशील धातु, एक कम अभिक्रियाशील धातु को उसके लवण विलयन से विस्थापित कर सकती है। उदाहरण: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu.
- ग्रेफाइट की विशिष्टता: अन्य अधातुओं के विपरीत, ग्रेफाइट अपनी संरचना के कारण विद्युत का संचालन करता है, जहां इलेक्ट्रॉन परतों के भीतर स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं।
- धातुओं और अधातुओं में अंतर:
- धातु: चमकदार, ऊष्मा और विद्युत का संचालन करने वाली, आघातवर्ध्य, तन्य।
- अधातु: मंद, खराब चालक, भंगुर (यदि ठोस हो)।
दीर्घ उत्तरीय प्रश्न:
- भौतिक गुण:
- धातु: चमकदार, अच्छे चालक, आघातवर्ध्य, तन्य, उच्च गलनांक/क्वथनांक, धनात्मक आयन बनाते हैं।
- अधातु: मंद, खराब चालक (ग्रेफाइट को छोड़कर), भंगुर, कम गलनांक/क्वथनांक वाले, ऋणात्मक आयन या सहसंयोजक बंध बनाने वाले।
- प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला और विस्थापन:
- यह श्रृंखला धातुओं को उनकी प्रतिक्रियाशीलता के आधार पर क्रमबद्ध करती है। अधिक प्रतिक्रियाशील धातुएँ विलयन से कम प्रतिक्रियाशील धातुओं को विस्थापित करती हैं। उदाहरण: पोटेशियम सिल्वर नाइट्रेट से सिल्वर को विस्थापित करता है।
- निष्कर्षण विधियाँ:
- भूनना और अपचयन: प्रतिक्रियाशीलता श्रेणी में कार्बन से नीचे की धातुओं के लिए (जैसे, जिंक)।
- इलेक्ट्रोलिसिस: अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातुओं (जैसे, एल्युमीनियम) के लिए।
- हाइड्रोमेटेलर्जी: जलीय घोल (जैसे, तांबा) का उपयोग करना।
- रासायनिक गुणों में अंतर:
- धातुएँ: इलेक्ट्रॉन त्यागकर धनात्मक आयन बनाती हैं, अम्ल, क्षार, जल और ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करती हैं।
- अधातु: इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं या उन्हें साझा करते हैं, अम्लीय ऑक्साइड बनाते हैं, अम्लों के साथ कम अभिक्रियाशील होते हैं।
- प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला और संक्षारण:
- संक्षारण दर का अनुमान लगाने में मदद करता है; अधिक प्रतिक्रियाशील धातुएं संरक्षित न होने पर तेजी से संक्षारित होती हैं। संरक्षण में कम प्रतिक्रियाशील धातुओं या कोटिंग्स का उपयोग करना शामिल है।
- मिश्र धातु बनाम शुद्ध धातु:
- लाभ: बेहतर शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध, चालकता।
- नुकसान: पुनर्चक्रण करना अधिक जटिल हो सकता है, कभी-कभी अधिक महंगा भी हो सकता है।
- प्रतिक्रियाशीलता और व्यावहारिक उपयोग:
- नियंत्रित वातावरण में सोडियम जैसी अधिक क्रियाशील धातुओं का उपयोग किया जाता है; तथा टिकाऊपन के कारण आभूषणों के लिए सोने जैसी कम क्रियाशील धातुओं का उपयोग किया जाता है।
- इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन:
- उदाहरण: तांबे को शुद्ध करना, जहां अशुद्ध तांबा एनोड है, शुद्ध तांबा कैथोड है, तथा तांबे के आयन कैथोड पर जमा होने के लिए विलयन में चलते हैं।
- पर्यावरणीय चिंता:
- खनन अपशिष्ट से होने वाला प्रदूषण, ऊर्जा खपत, भूमि क्षरण, तथा टिकाऊ प्रथाओं की आवश्यकता।
- जैविक प्रणालियों में धातुएँ:
- ऑक्सीजन परिवहन के लिए हीमोग्लोबिन में आयरन, हड्डियों की संरचना के लिए कैल्शियम, क्लोरोफिल में मैग्नीशियम, तथा एंजाइम कार्य के लिए ट्रेस धातुएं।
- आयोनिक बंध निर्माण:
- धातुएँ गैर-धातुओं को इलेक्ट्रॉन खो देती हैं, जिससे इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण के कारण आयनिक बंध बनते हैं। उदाहरण: सोडियम क्लोराइड (NaCl) का निर्माण।
- धातुओं में ऑक्सीकरण-अपचयन:
- धातुएं अभिक्रियाओं में ऑक्सीकृत हो जाती हैं (इलेक्ट्रॉन खो देती हैं), जबकि अधातुएं या अन्य यौगिक अपचयित हो जाते हैं (इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं)।
- आर्थिक निहितार्थ:
- खनन से रोजगार के अवसर तो पैदा होते हैं, लेकिन पर्यावरण की सफाई पर भी खर्च बढ़ सकता है। पुनर्चक्रण से खनन की आवश्यकता कम हो जाती है, जिससे संसाधनों का संरक्षण करके अर्थव्यवस्था पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
- इलेक्ट्रॉनिक विन्यास:
- धातुओं के बाह्य आवरण में कम इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके कारण वे आसानी से इलेक्ट्रॉन दान कर देती हैं, जबकि अधातुओं में अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके कारण वे इलेक्ट्रॉन स्वीकार या साझा कर लेती हैं।
- उद्योग में अधातुएँ:
- इलेक्ट्रॉनिक्स में सिलिकॉन, उर्वरकों और रसायनों में सल्फर, जल उपचार में क्लोरीन, तथा बहुउपयोगी विभिन्न रूपों में कार्बन।
- सतत विकास:
- धातुओं का कुशल उपयोग, पुनर्चक्रण, अपशिष्ट को कम करना, तथा दुर्लभ या पर्यावरण को नुकसान पहुंचाने वाली धातुओं के लिए विकल्प या प्रतिस्थापन विकसित करना।
- एनोडाइजिंग प्रक्रिया:
- एक विद्युत-रासायनिक प्रक्रिया जिसमें एल्युमीनियम जैसी धातुओं पर एक मोटी ऑक्साइड परत बनाई जाती है, जिससे संक्षारण प्रतिरोध और सौंदर्यात्मक आकर्षण में वृद्धि होती है।
- भारी धातुओं के स्वास्थ्य पर प्रभाव:
- सीसा विकास संबंधी समस्याएं, संज्ञानात्मक हानि पैदा कर सकता है; पारा तंत्रिका तंत्र को प्रभावित करता है, जिससे तंत्रिका संबंधी विकार उत्पन्न होते हैं।
- ऐतिहासिक विकास:
- कांस्य युग से लौह युग तक धातुओं ने सभ्यता को आकार दिया है, तथा प्रत्येक युग में धातु के उपयोग में प्रगति हुई है।
- धातुकर्म एवं तकनीकी प्रगति:
- मिश्रधातु निर्माण, शोधन और धातु के नए उपयोगों में प्रगति ने परिवहन, इलेक्ट्रॉनिक्स, निर्माण और स्वास्थ्य सेवा में नवाचारों को जन्म दिया है।
अनुप्रयोग-आधारित प्रश्न:
- प्रतिक्रियाशीलता श्रृंखला का प्रदर्शन: जिंक के एक टुकड़े को कॉपर सल्फेट के घोल में रखें; जिंक कॉपर को विस्थापित कर देगा, जिससे इसकी उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित होगी।
- धातु ऑक्साइड बनाना: मैग्नीशियम रिबन के एक टुकड़े को हवा में गर्म करें; इससे मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO) बनेगा, जो सफेद होता है।
- धातु या अधातु परीक्षण:
- चालकता: एक सरल सर्किट का उपयोग करें; धातुएं इसे पूरा कर देंगी।
- आघातवर्धनीयता: पदार्थ को हथौड़े से मारने का प्रयास करें; धातुएं चपटी हो जाएंगी।
- मैग्नीशियम और HCl प्रतिक्रिया: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂
- कॉपर ऑक्साइड से कॉपर निकालना: एक भट्टी में कार्बन (कोक) के साथ कॉपर ऑक्साइड को गर्म करें: 2CuO + C → 2Cu + CO₂.
- लोहे को जंग लगने से बचाना: उस पर पेंट लगाएं, गैल्वनाइज करें या जंग अवरोधक का उपयोग करें; उसे सूखे, ऑक्सीजन रहित वातावरण में रखें।
- चालकता प्रयोग: एक धातु (जैसे तांबा) और एक अधातु (जैसे सल्फर) को मिलाकर एक परिपथ बनाइये, ताकि यह देखा जा सके कि कौन सी धातु विद्युत का संचालन करती है।
- जिंक और सिल्वर नाइट्रेट भविष्यवाणी: जिंक, अधिक प्रतिक्रियाशील होने के कारण, सिल्वर नाइट्रेट से सिल्वर को विस्थापित कर देगा: Zn + AgNO₃ → Zn(NO₃)₂ + Ag.
- इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से कॉपर शुद्धिकरण: एनोड के रूप में अशुद्ध कॉपर, कैथोड के रूप में शुद्ध कॉपर और कॉपर सल्फेट घोल का उपयोग करें। कॉपर आयन एनोड से कैथोड की ओर जाते हैं
- मैग्नीशियम से हाइड्रोजन उत्पादन:
- प्रतिक्रिया है: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂
- Mg का मोलर द्रव्यमान = 24 ग्राम/मोल
- 10 ग्राम Mg = 10/24 = 0.4167 मोल
- Mg का प्रत्येक मोल 1 मोल H₂ उत्पन्न करता है
- H₂ का द्रव्यमान = 0.4167 मोल × 2 g/mol = 0.833 ग्राम
आलोचनात्मक चिंतन प्रश्न:
- निर्माण और विनिर्माण में सामग्री का चयन:
- यह चुनाव ऐसी सामग्रियों की आवश्यकता को दर्शाता है जो टिकाऊपन, चालकता, संक्षारण प्रतिरोध और लागत-प्रभावशीलता प्रदान करती हैं। उदाहरण के लिए, इमारतों में मजबूती के लिए स्टील संरचनाएँ, विद्युत प्रणालियों में तांबा और हल्के लेकिन मजबूत गुणों के लिए विमानों में एल्युमीनियम।
- गैर-नवीकरणीय धातु संसाधन और स्थिरता:
- धातु संसाधनों की सीमित प्रकृति स्थिरता के मुद्दे पैदा करती है; यह पर्यावरण पर पड़ने वाले प्रभाव को कम करने के लिए पुनर्चक्रण, विकल्प खोजने और निष्कर्षण दक्षता में सुधार को प्रोत्साहित करती है। दीर्घकालिक रूप से, यह संसाधनों की कमी का कारण बन सकता है जब तक कि इसे टिकाऊ तरीकों से प्रबंधित न किया जाए।
- उत्कृष्ट धातुएँ:
- सोना, प्लैटिनम और चांदी जैसी धातुओं को उनके संक्षारण और ऑक्सीकरण के प्रतिरोध के कारण "उत्कृष्ट" कहा जाता है। अनुप्रयोगों में आभूषण, इलेक्ट्रॉनिक्स (चालकता के लिए कनेक्टर में सोना) और उत्प्रेरक (उत्प्रेरक कन्वर्टर्स में प्लैटिनम) शामिल हैं।
- संक्षारण और बुनियादी ढांचा:
- जंग लगने से संरचनात्मक विफलताएं हो सकती हैं, जिसके लिए रखरखाव या प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है। शमन में सुरक्षात्मक कोटिंग्स, मिश्र धातु, कैथोडिक सुरक्षा या जंग-रोधी सामग्री का उपयोग करना शामिल है। इससे बुनियादी ढांचे की लागत, सुरक्षा और दीर्घायु पर असर पड़ता है।
- हरित ऊर्जा में धातुएँ:
- नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों में धातुएं महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं:
- सौर पैनल: चालकता के लिए सिलिकॉन, चांदी।
- पवन टरबाइन: चुम्बकों में स्टील, दुर्लभ मृदा धातुएं।
- बैटरियां: ऊर्जा भंडारण के लिए लिथियम, कोबाल्ट, निकल।
- इन धातुओं का कुशल उपयोग और पुनर्चक्रण स्थायित्व के लिए महत्वपूर्ण है।
- पुनर्चक्रण और वैश्विक अर्थव्यवस्था:
- रीसाइक्लिंग अर्थव्यवस्थाओं को सर्कुलर मॉडल की ओर ले जा सकती है, कच्चे माल की मांग को कम कर सकती है, निष्कर्षण लागत को कम कर सकती है और रीसाइक्लिंग उद्योगों में रोजगार पैदा कर सकती है। यह धातु की कीमतों को भी स्थिर कर सकता है और संसाधनों को लेकर भू-राजनीतिक तनाव को कम कर सकता है।
- नैतिक खनन प्रथाएँ:
- नैतिक विचारों में शामिल हैं:
- सामुदायिक प्रभाव: खनन स्थानीय समुदायों को बाधित कर सकता है; नैतिक प्रथाओं में उचित मुआवजा, सामुदायिक विकास और स्वदेशी अधिकारों का सम्मान शामिल है।
- पर्यावरणीय प्रभाव: टिकाऊ खनन प्रथाओं को लागू करना, भूमि सुधार और प्रदूषण को न्यूनतम करना।
- श्रमिक अधिकार: सुरक्षित कार्य परिस्थितियाँ, उचित मजदूरी सुनिश्चित करना तथा बाल श्रम के विरुद्ध कार्य करना।
- मिश्र धातु और तकनीकी प्रगति:
- मिश्रधातुओं में निम्नलिखित की अनुमति है:
- शक्ति और स्थायित्व: इमारतों, जहाजों और कारों के लिए स्टील मिश्र धातु।
- चालकता: बेहतर प्रदर्शन के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स में तांबे की मिश्रधातु।
- विशेष गुण: शक्ति-से-भार अनुपात के कारण एयरोस्पेस के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु।
- इन प्रगतियों ने विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुरूप सामग्री उपलब्ध कराकर प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाया है।
- खनन में आर्थिक बनाम पर्यावरणीय संतुलन:
- संतुलन में शामिल हैं:
- आर्थिक लाभ: रोजगार सृजन, आर्थिक विकास, निर्यात से राजस्व।
- पर्यावरणीय लागत: आवास विनाश, प्रदूषण, कार्बन उत्सर्जन।
- अनुकूलन: विनियमनों, स्वच्छ खनन के लिए तकनीकी नवाचार, खनन क्षेत्रों के पुनर्वास और पुनर्चक्रण को बढ़ावा देने के माध्यम से।
- कार्बन-उत्तर अर्थव्यवस्था में धातुएँ:
- न्यूनतम कार्बन उपयोग वाले भविष्य में:
- नवीकरणीय ऊर्जा: सौर, पवन और विद्युत वाहन प्रौद्योगिकी में धातुओं की मांग में वृद्धि।
- दक्षता: उन धातुओं के उपयोग पर ध्यान केंद्रित करें जो प्रचुर मात्रा में हों या आसानी से पुनर्चक्रित हो सकें।
- निष्कर्षण: अधिक टिकाऊ विधियाँ, जिनमें संभवतः कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, या अपशिष्ट या समुद्री जल से धातु निकालना।
- प्रतिस्थापन: वैकल्पिक सामग्रियों पर अनुसंधान या डिजाइन या नई प्रौद्योगिकियों के माध्यम से धातु के उपयोग को कम करना।