धातू आणि अधातू

धातू हे इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन (कॅटायन) तयार करतात आणि रासायनिक अभिक्रियेत भाग घेतात. त्यांची अभिक्रियाशीलता त्यांच्या इलेक्ट्रॉन गमावण्याच्या क्षमतेवर अवलंबून असते.

1. धातूंची पाण्याबरोबर अभिक्रिया

• सोडियम (Na) आणि पोटॅशियम (K):
• थंड पाण्यासोबत अतिशय जलद आणि जोमाने अभिक्रिया करतात.
• मोठ्या प्रमाणात उष्णता बाहेर पडते, ज्यामुळे हायड्रोजन वायू पेट घेतो.
• अभिक्रिया:
• 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g) + उष्णता
• 2K(s) + 2H2O(l) → 2KOH(aq) + H2(g) + उष्णता

• कॅल्शियम (Ca):
• थंड पाण्यासोबत मंद गतीने अभिक्रिया करते.
• हायड्रोजन वायूचे बुडबुडे धातूच्या पृष्ठभागावर जमा होतात, ज्यामुळे धातू पाण्यावर तरंगतो.
• अभिक्रिया: Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)

• ॲल्युमिनियम (Al), लोह (Fe), जस्त (Zn):
• थंड किंवा गरम पाण्याबरोबर अभिक्रिया करत नाहीत.
• फक्त पाण्याच्या वाफेशी अभिक्रिया करतात आणि ऑक्साइड तयार करतात.
• अभिक्रिया:
• 2Al(s) + 3H2O(g) → Al2O3(s) + 3H2(g)
• 3Fe(s) + 4H2O(g) → Fe3O4(s) + 4H2(g)
• Zn(s) + H2O(g) → ZnO(s) + H2(g)

• तांबे (Cu), चांदी (Ag), सोने (Au):
• पाण्यासोबत कोणतीही अभिक्रिया करत नाहीत.

2. धातूंची आम्लाबरोबर अभिक्रिया

• धातू विरल आम्लांबरोबर अभिक्रिया करून धातूंचे क्षार आणि हायड्रोजन वायू तयार करतात.
• सामान्य अभिक्रिया: धातू + विरल आम्ल → धातूचा क्षार + हायड्रोजन वायू

• उदाहरणार्थ:
• Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)
• 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl3(aq) + 3H2(g)
• Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2(g)
• Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

• नायट्रिक आम्लाबरोबर अभिक्रिया:
• धातू नायट्रिक आम्लाबरोबर अभिक्रिया करून धातूंचे नायट्रेट क्षार तयार करतात.
• नायट्रिक आम्लाच्या संहतीनुसार नायट्रोजनची विविध ऑक्साइड्स (N2O, NO, NO2) तयार होतात, हायड्रोजन वायू नाही.
• उदाहरणार्थ:
• Cu(s) + 4HNO3(aq) (संहत) → Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
• 3Cu(s) + 8HNO3(aq) (विरल) → 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)

आमलराज (Aqua Regia)

• आमलराज हा अतिशय क्षरणकारी (Corrosive) आणि वाफाळणारा (Fuming) द्रव आहे.
• हे सोने आणि प्लॅटिनम या राजधातूंना विरघळवू शकणारे काही थोड्या अभिकारकांपैकी एक आहे.
• तयारी: संहत हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) आणि संहत नायट्रिक आम्ल (HNO3) 3:1 प्रमाणात घेऊन ताजे मिश्रण तयार करतात.

3. धातूंची इतर धातूंच्या क्षारांच्या द्रावणाबरोबर अभिक्रिया (विस्थापन अभिक्रिया)

• अधिक अभिक्रियाशील धातू कमी अभिक्रियाशील धातूला त्याच्या क्षाराच्या द्रावणातून विस्थापित करतो.
• सामान्य अभिक्रिया: धातू A + धातू B चा क्षार → धातू A चा क्षार + धातू B
• उदाहरणार्थ (कृती 8.4): लोखंडी खिळा कॉपर सल्फेटच्या द्रावणात बुडवल्यास, लोखंड (Fe) कॉपरला (Cu) विस्थापित करते.
• Fe(s) + CuSO4(aq) → FeSO4(aq) + Cu(s)
• यावरून, लोह हा तांब्यापेक्षा अधिक अभिक्रियाशील आहे हे सिद्ध होते.

4. धातूंची अभिक्रियाशीलता श्रेणी (Reactivity series of metals)

• धातूंची त्यांच्या अभिक्रियाशीलतेच्या चढत्या किंवा उतरत्या क्रमाने केलेल्या मांडणीला अभिक्रियाशीलता श्रेणी म्हणतात.
• या श्रेणीचा उपयोग धातूंची सापेक्ष अभिक्रियाशीलता ठरवण्यासाठी होतो.

अभिक्रियाशीलता श्रेणी (जास्त ते कमी अभिक्रियाशील)

• पोटॅशियम (K)
• सोडियम (Na)
• लिथियम (Li)
• कॅल्शियम (Ca)
• मॅग्नेशियम (Mg)
• ॲल्युमिनियम (Al)
• जस्त (Zn)
• लोह (Fe)
• कथिल (Sn)
• शिसे (Pb)
• तांबे (Cu)
• पारा (Hg)
• चांदी (Ag)
• सोने (Au)

अभिक्रियाशीलतेनुसार धातूंचे गट

• जास्त अभिक्रियाशील धातू: K, Na, Li, Ca, Mg, Al (पाण्यासोबत, आम्लासोबत जलद अभिक्रिया)
• मध्यम अभिक्रियाशील धातू: Zn, Fe, Sn, Pb (पाण्याच्या वाफेशी, विरल आम्लासोबत अभिक्रिया)
• कमी अभिक्रियाशील धातू: Cu, Hg, Ag, Au (पाण्यासोबत, आम्लासोबत अभिक्रिया करत नाहीत)

5. धातूंची अधातूंबरोबर होणारी अभिक्रिया

• धातू इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन तयार करतात, तर अधातू इलेक्ट्रॉन स्वीकारून ऋण आयन तयार करतात.
• इलेक्ट्रॉनची देवाणघेवाण होऊन आयनिक बंध तयार होतात आणि आयनिक संयुगे बनतात.
• हे अष्टक स्थिती पूर्ण करण्याच्या प्रेरणेने घडते, ज्यामुळे राजवायूंसारखे स्थिर इलेक्ट्रॉन संरूपण प्राप्त होते.
• उदाहरणार्थ:
• सोडियम क्लोराईड (NaCl) तयार होणे:
• सोडियम (Na) एक इलेक्ट्रॉन गमावून Na+ आयन बनवतो. Na → Na+ + e-
• क्लोरीन (Cl) तो इलेक्ट्रॉन स्वीकारून Cl- आयन बनवतो. Cl + e- → Cl-
• 2Na + Cl2 → 2NaCl
• मॅग्नेशियम क्लोराईड (MgCl2) तयार होणे:
• मॅग्नेशियम (Mg) दोन इलेक्ट्रॉन गमावून Mg2+ आयन बनवतो. Mg → Mg2+ + 2e-
• दोन क्लोरीन अणू प्रत्येकी एक इलेक्ट्रॉन स्वीकारून 2Cl- आयन बनवतात. 2Cl + 2e- → 2Cl-
• Mg + Cl2 → MgCl2

अधातू हे विद्युतऋण मूलद्रव्ये आहेत, कारण ते इलेक्ट्रॉन स्वीकारून ऋणप्रभारित आयन (ॲनायन) होतात. अधातूंमध्ये भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये साधर्म्य कमी असते.

1. अधातूंची ऑक्सिजनबरोबर अभिक्रिया

• सामान्यतः अधातू ऑक्सिजनबरोबर संयोग पावून आम्लधर्मी ऑक्साइड तयार करतात.
• काही बाबतीत उदासीन ऑक्साइड तयार होते.
• उदाहरणार्थ:
• C + O2 → CO2 (कार्बन डायऑक्साइड - आम्लधर्मी, पूर्ण ज्वलन)
• 2C + O2 → 2CO (कार्बन मोनोऑक्साइड - उदासीन, अपूर्ण ज्वलन)
• S + O2 → SO2 (सल्फर डायऑक्साइड - आम्लधर्मी)

2. अधातूंची पाण्याबरोबर अभिक्रिया

• सामान्यतः अधातूंची पाण्याबरोबर कोणतीही अभिक्रिया होत नाही.
• अपवाद: हॅलोजन (उदा. क्लोरीन).
• क्लोरीन पाण्यात विरघळल्यावर अभिक्रिया होते:
• Cl2(g) + H2O(l) → HOCl(aq) + HCl(aq)

3. अधातूंची विरल आम्लाबरोबर अभिक्रिया

• सामान्यतः अधातूंची विरल आम्लाबरोबर कोणतीही अभिक्रिया होत नाही.
• अपवाद: हॅलोजन (उदा. क्लोरीन).
• क्लोरीनची विरल हायड्रोब्रोमिक आम्लाबरोबर अभिक्रिया:
• Cl2(g) + 2HBr(aq) → 2HCl(aq) + Br2(aq)

4. अधातूंची हायड्रोजनबरोबर अभिक्रिया

• विशिष्ट परिस्थितीत (योग्य तापमान, दाब, उत्प्रेरक) अधातूंची हायड्रोजनबरोबर अभिक्रिया होते.
• उदाहरणार्थ:
• S + H2 → H2S (हायड्रोजन सल्फाईड)
• N2 + 3H2 → 2NH3 (अमोनिया - हेबर प्रक्रिया)

धन आयन आणि ऋण आयन यांच्या संयोगाने बनलेल्या संयुगांना आयनिक संयुगे म्हणतात. या आयनांमध्ये प्रबल विद्युतस्थितिक आकर्षण बल असते, ज्याला आयनिक बंध म्हणतात.

1. आयनिक संयुगांची निर्मिती

• धातू इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन (कॅटायन) बनवतात.
• अधातू इलेक्ट्रॉन स्वीकारून ऋण आयन (ॲनायन) बनवतात.
• विरुद्ध प्रभारित आयन एकमेकांना आकर्षित करतात आणि आयनिक बंध तयार करतात.
• आयनिक संयुगे विद्युतदृष्ट्या उदासीन असतात, कारण धन आणि ऋण प्रभार एकमेकांना संतुलित करतात.

2. आयनिक संयुगांचे सामान्य गुणधर्म

• भौतिक अवस्था:
• आयनिक संयुगे स्थायुरूपात आणि कठीण असतात, कारण धन आणि ऋण आयनांमध्ये तीव्र आकर्षण बल असते.
• ती ठिसूळ असतात; दाब दिल्यास त्यांचे तुकडे होतात.
• द्रवणांक आणि उत्कलनांक:
• आयनिक संयुगांचे द्रवणांक आणि उत्कलनांक उच्च असतात.
• कारण आयनांमधील आंतररेण्वीय आकर्षण बल खूप जास्त असते आणि ते तोडण्यासाठी मोठ्या ऊर्जेची आवश्यकता असते.
• द्रावणीयता:
• आयनिक संयुगे पाण्यात द्रावणीय असतात.
• पाण्यात विचरण होऊन सुटे झालेले आयन पाण्याच्या रेणूंनी वेढले जातात, ज्यामुळे नवीन आकर्षण बल प्रस्थापित होते.
• केरोसिन, पेट्रोल यांसारख्या सेंद्रिय द्रावकांमध्ये अद्रावणीय असतात, कारण या द्रावकांमध्ये नवीन आकर्षण बल प्रस्थापित होत नाही.
• विद्युत वाहकता:
• स्थायुरूपात: आयनिक संयुगे विद्युतवहन करत नाहीत, कारण आयन आपली जागा सोडू शकत नाहीत (अचल असतात).
• वितळलेल्या अवस्थेत (द्रवरूप) किंवा जलीय द्रावणात: आयनिक संयुगे विद्युतवहन करतात, कारण आयन चल (मुक्त) असतात आणि विद्युतप्रवाह वाहून नेऊ शकतात.
• वितळलेल्या व जलीय द्रावणाच्या स्थितीतील विद्युतवाहकतेमुळे आयनिक संयुगांना विद्युत अपघटनी पदार्थ असे म्हणतात.

आयनिक संयुगांची स्फटिक रचना

• आयनिक संयुगे स्फटिकरूप असतात.
• स्फटिकामध्ये आयनांची नियमित मांडणी असते.
• स्फटिकाच्या संरचनेसाठी महत्त्वाचे घटक:
• धनप्रभारित व ऋणप्रभारित आयनांचे आकारमान.
• आयनांवरील विद्युतप्रभाराचे परिमाण.
• स्फटिक संरचनेत धन आयनांभोवती ऋण आयन आणि ऋण आयनांभोवती धन आयन अशी मांडणी असते.

खनिजांपासून धातूंचे निष्कर्षण आणि उपयोगासाठी शुद्धीकरण यासंबंधीचे विज्ञान आणि तंत्रज्ञान म्हणजे धातुविज्ञान.

1. धातूंचा आढळ (Occurrence of metals)

• मुक्त अवस्था:
• कमी अभिक्रियाशील धातू (उदा. चांदी, सोने, प्लॅटिनम) निसर्गात मुक्त अवस्थेत आढळतात, कारण त्यांच्यावर हवा, पाणी आणि इतर नैसर्गिक घटकांचा परिणाम होत नाही.
• संयुक्तावस्था:
• बहुतेक अभिक्रियाशील धातू निसर्गात त्यांच्या ऑक्साइड, कार्बोनेट, सल्फाईड, नायट्रेट अशा क्षारांच्या रूपात संयुक्तावस्थेत आढळतात.

खनिजे, धातुके आणि मृदा अशुद्धी

• खनिजे (Minerals): धातूंची जी संयुगे अशुद्धीसह निसर्गात आढळतात, त्यांना खनिजे म्हणतात.
• धातुके (Ores): ज्या खनिजांपासून सोयीस्करपणे आणि फायदेशीररीत्या धातू वेगळा करता येतो, त्यांना धातुके म्हणतात.
• मृदा अशुद्धी (Gangue/Matrix): धातुकांमध्ये धातूच्या संयुगाबरोबर माती, वाळू आणि खडकीय पदार्थ अशा अनेक प्रकारच्या अशुद्धी असतात, त्यांना मृदा अशुद्धी म्हणतात.

2. धातुविज्ञानाची मूलतत्त्वे (Extraction of metals)

धातुकांपासून शुद्ध स्वरूपात धातू मिळवण्याचे टप्पे:

1. धातुकांचे संहतीकरण (Concentration of ores): धातुकांमधील मृदा अशुद्धी वेगळ्या करणे.
2. धातूंचे निष्कर्षण (Extraction of metals): संहत धातुकांपासून धातू मिळवणे.
3. धातूंचे शुद्धीकरण (Refining of metals): मिळालेल्या धातूंमधील उर्वरित अशुद्धी काढून टाकणे.

2.1. धातुकांचे संहतीकरण (Concentration of ores)

• या प्रक्रियेत धातुकांमधील इच्छित धातूंच्या संयुगांची संहती वाढवण्यात येते.
• पद्धतीची निवड धातुकातील धातूंच्या भौतिक गुणधर्मांवर, मृदा अशुद्धीवर आणि धातूंच्या अभिक्रियाशीलतेवर अवलंबून असते.

अ. गुरुत्वीय विलगीकरण पद्धत (Separation based on gravitation)

• जड धातुकांचे कण हलक्या मृदा अशुद्धीच्या कणांपासून वेगळे करण्यासाठी वापरली जाते.
• i. विल्फ्ली टेबल पद्धत (Wilfley table method):
• कंपन पावत ठेवलेल्या कमी उताराच्या टेबलावर धातुकाची भुकटी टाकतात.
• पाण्याचा प्रवाह सोडल्याने हलक्या मृदा अशुद्धी पाण्याबरोबर वाहून जातात.
• जड धातुकांचे कण टेबलावरील खाचांमध्ये अडकून गोळा होतात.
• ii. जलशक्तीवर आधारित विलगीकरण पद्धत (Hydraulic separation method):
• बारीक दळलेले धातुक निमुळत्या हौदात टाकतात.
• खालून वेगाने पाण्याचा प्रवाह सोडतात.
• हलक्या मृदा अशुद्धी पाण्याबरोबर वरून वाहून जातात, तर जड धातुकांचे कण तळाशी जमा होतात.

आ. चुंबकीय विलगीकरण पद्धत (Magnetic separation method)

• चुंबकीय आणि अचुंबकीय घटकांचे विलगीकरण करण्यासाठी वापरली जाते.
• यामध्ये दोन रूळ (एक चुंबकीय, एक अचुंबकीय) आणि त्यांच्यावरून फिरणारा पट्टा असतो.
• धातुकाची भुकटी अचुंबकीय रुळाच्या बाजूने पट्ट्यावर टाकतात.
• चुंबकीय घटक चुंबकीय रुळाला चिकटून पट्ट्याच्या जवळच्या संग्राहकात पडतात.
• अचुंबकीय घटक पुढे जाऊन दूरच्या संग्राहकात पडतात.
• उदाहरण: कॅसिटराइट (स्टॅनिक ऑक्साइड - अचुंबकीय) आणि फेरस टंगस्टेट (चुंबकीय) यांचे विलगीकरण.

इ. फेनतरण पद्धत (Froth floatation method)

• जलस्नेही (Hydrophilic) आणि जलविरोधी (Hydrophobic) गुणधर्मांवर आधारित.
• सल्फाईड धातुकांचे कण तेलाने भिजतात (जलविरोधी), तर मृदा अशुद्धी पाण्याने भिजतात (जलस्नेही).
• बारीक दळलेले धातुक पाणी आणि पाइन तेल/निलगिरी तेल असलेल्या टाकीत टाकतात.
• उच्च दाबाच्या हवेचा झोत सोडल्याने फेस तयार होतो.
• तेलाने भिजलेले सल्फाईड कण फेसासोबत पाण्यावर तरंगतात आणि वेगळे केले जातात.
• उदाहरण: झिंक ब्लेंड (ZnS) आणि कॉपर पायराइट (CuFeS2) च्या संहतीकरणासाठी.

ई. अपक्षालन (Leaching)

• धातूंचे निष्कर्षण करण्याची पहिली पायरी, विशेषतः ॲल्युमिनियम, सोने, चांदीसाठी.
• धातुक एका निवडक द्रावणात भिजत ठेवतात.
• धातू द्रावणात विरघळतो, तर मृदा अशुद्धी विरघळत नाही आणि वेगळी करता येते.
• उदाहरण: बॉक्साइटचे (ॲल्युमिनियमचे धातुक) संहतीकरण.
• जलीय NaOH किंवा जलीय Na2CO3 द्रावणात बॉक्साइट भिजत ठेवल्यास ॲल्युमिना (Al2O3) विरघळते आणि सोडियम ॲल्युमिनेट तयार होते.
• Al2O3.2H2O (s) + 2NaOH (aq) → 2NaAlO2 (aq) + 3H2O (l)
• सिलिका (SiO2) देखील विरघळून सोडियम सिलिकेट तयार होते.
• आयर्न ऑक्साइड (Fe2O3) अविद्राव्य राहते आणि गाळून वेगळे केले जाते.
• सोडियम ॲल्युमिनेटचे विरल करून आणि थंड करून ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साइड (Al(OH)3) अवक्षेपित केले जाते.
• NaAlO2 + 2H2O → NaOH + Al(OH)3
• Al(OH)3 ला 1000°C तापमानाला तापवून ॲल्युमिना (Al2O3) मिळवतात.
• 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

2.2. धातूंचे निष्कर्षण (Extraction of metals)

• धातूंच्या धनायनांपासून धातू मिळवण्यासाठी त्यांचे क्षपण (Reduction) करावे लागते.
• क्षपणाची पद्धत धातूच्या अभिक्रियाशीलतेवर अवलंबून असते.

अ. अभिक्रियाशील धातूंचे निष्कर्षण (उदा. Na, Ca, Mg, Al)

• अभिक्रियाशीलता श्रेणीच्या सर्वात वर असलेले धातू खूप अभिक्रियाशील असतात.
• त्यांच्या निष्कर्षणसाठी विद्युत अपघटनी क्षपण (Electrolytic reduction) पद्धत वापरतात.
• सोडियमचे निष्कर्षण: वितळलेल्या सोडियम क्लोराईडचे (NaCl) विद्युत अपघटन करून.
• ऋणाग्र (Cathode) अभिक्रिया (क्षपण): Na+ + e- → Na(l) (सोडियम धातू जमा होतो)
• धनाग्र (Anode) अभिक्रिया (ऑक्सिडीकरण): 2Cl- → Cl2(g) + 2e- (क्लोरीन वायू मुक्त होतो)

• ॲल्युमिनियमचे निष्कर्षण (हॉल-हेरोल्ट प्रक्रिया): बॉक्साइटमधील ॲल्युमिनियम ऑक्साइडचे (Al2O3) विद्युत अपघटनी क्षपण.
• ॲल्युमिना (Al2O3) चा द्रवणांक 2000°C असतो, तो कमी करण्यासाठी क्रायोलाइट (Na3AlF6) आणि फ्ल्युओरस्पार (CaF2) मिसळतात (द्रवणांक 1000°C पर्यंत).
• पोलादी टाकीत ग्रॅफाइटचे अस्तर ऋणाग्राचे काम करते, तर कार्बनच्या कांड्या धनाग्राचे काम करतात.
• ऋणाग्र अभिक्रिया (क्षपण): Al3+ + 3e- → Al(l) (वितळलेले ॲल्युमिनियम तळाशी जमा होते)
• धनाग्र अभिक्रिया (ऑक्सिडीकरण): 2O2- → O2(g) + 4e- (ऑक्सिजन वायू मुक्त होतो)
• मुक्त झालेला ऑक्सिजन वायू कार्बन धनाग्राशी अभिक्रिया करून कार्बन डायऑक्साइड तयार करतो, त्यामुळे धनाग्र वेळोवेळी बदलावे लागते.
• C(s) + O2(g) → CO2(g)

आ. मध्यम अभिक्रियाशील धातूंचे निष्कर्षण (उदा. Zn, Fe, Pb, Cu)

• हे धातू निसर्गात सल्फाईड किंवा कार्बोनेट क्षारांच्या रूपात आढळतात.
• त्यांच्या ऑक्साइडपासून धातू मिळवणे सोपे असते, म्हणून त्यांचे प्रथम ऑक्साइडमध्ये रूपांतर करतात.
• भाजणे (Roasting): सल्फाईड धातुके अतिरिक्त हवेत तीव्रपणे तापवून ऑक्साइडमध्ये रूपांतरित करणे.
• 2ZnS(s) + 3O2(g) → 2ZnO(s) + 2SO2(g)
• निस्तापन (Calcination): कार्बोनेट धातुके मर्यादित हवेत तीव्रपणे तापवून ऑक्साइडमध्ये रूपांतरित करणे.
• ZnCO3(s) → ZnO(s) + CO2(g)
• ऑक्साइडचे क्षपण: मिळालेल्या धातू ऑक्साइडचे कार्बनसारख्या योग्य क्षपणकाचा वापर करून धातूत रूपांतर करतात.
• ZnO(s) + C(s) → Zn(s) + CO(g)
• इतर क्षपणक: सोडियम, कॅल्शियम, ॲल्युमिनियम यांसारखे अभिक्रियाशील धातू मध्यम अभिक्रियाशील धातूंना त्यांच्या संयुगांपासून विस्थापित करू शकतात.
• उदाहरण:
• 3MnO2(s) + 4Al(s) → 3Mn(l) + 2Al2O3(s) + उष्णता (या अभिक्रियेत खूप उष्णता बाहेर पडते, धातू वितळलेल्या स्थितीत मिळतो.)
• थर्मिट अभिक्रिया (Thermite reaction): रेल्वे रुळांच्या जोडणीसाठी वापरतात.
• Fe2O3(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al2O3(s) + उष्णता

इ. कमी अभिक्रियाशील धातूंचे निष्कर्षण (उदा. Cu, Hg, Ag, Au)

• अभिक्रियाशीलता श्रेणीच्या तळाशी असलेले धातू अतिशय कमी अभिक्रियाशील असतात, त्यामुळे ते बहुधा मुक्त अवस्थेत आढळतात.
• तांब्याचे निष्कर्षण: कॉपर सल्फाईड (Cu2S) ला फक्त हवेत उष्णता दिल्यास तांबे मिळते.
• 2Cu2S(s) + 3O2(g) → 2Cu2O(s) + 2SO2(g)
• 2Cu2O(s) + Cu2S(s) → 6Cu(s) + SO2(g)
• पाऱ्याचे निष्कर्षण: सिनाबार (HgS) ला हवेत तापवून.
• 2HgS(s) + 3O2(g) → 2HgO(s) + 2SO2(g)
• 2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g)

2.3. धातूंचे शुद्धीकरण (Refining of metals)

• निष्कर्षण प्रक्रियेतून मिळालेले धातू पूर्णपणे शुद्ध नसतात, त्यात अशुद्धी असते.
• शुद्ध धातू मिळवण्यासाठी विद्युत अपघटन (Electrolysis) पद्धत वापरतात.
• विद्युत अपघटनी शुद्धीकरण:
• अशुद्ध धातू: धनाग्र (Anode) म्हणून वापरतात.
• शुद्ध धातूची पातळ पट्टी: ऋणाग्र (Cathode) म्हणून वापरतात.
• धातूच्या क्षाराचे द्रावण: विद्युत अपघटनी द्रावण म्हणून वापरतात.
• विद्युतप्रवाह दिल्यावर, धनाग्रावरील अशुद्ध धातूचे ऑक्सिडीकरण होऊन धातू आयन द्रावणात जातात.
• द्रावणातील धातू आयन ऋणाग्रावर क्षपण होऊन शुद्ध धातू म्हणून जमा होतात.
• अद्राव्य अशुद्धी धनाग्राखाली जमा होतात, ज्याला ॲनोड मड (Anode Mud) म्हणतात.

धातूंचे क्षरण म्हणजे हवा, पाणी आणि इतर रसायनांच्या संपर्कात आल्याने धातूंचे हळूहळू होणारे नुकसान. ही एक ऑक्सिडीकरण प्रक्रिया आहे.

1. क्षरणाची उदाहरणे

• लोखंडाचे गंजणे (Rusting):
• लोखंड दमट हवेच्या संपर्कात आल्यास त्यावर तांबूस रंगाचा थर (Fe2O3.H2O - गंज) जमा होतो.
• 4Fe(s) + 3O2(g) + xH2O(l) → 2Fe2O3.xH2O(s)
• तांब्याचे कळकणे (Patination):
• तांब्याच्या भांड्यांच्या पृष्ठभागावर दमट हवेतील कार्बन डायऑक्साइडची अभिक्रिया होते.
• यामुळे कॉपर कार्बोनेटचा (CuCO3) हिरवा थर जमा होतो आणि तांब्याची चकाकी जाते.
• चांदीचे काळे पडणे:
• चांदीच्या वस्तूंचा हवेशी संपर्क आल्यास हवेतील हायड्रोजन सल्फाईडशी (H2S) अभिक्रिया होऊन सिल्व्हर सल्फाईडचा (Ag2S) काळा थर तयार होतो.
• ॲल्युमिनियमचे ऑक्सिडीकरण:
• ॲल्युमिनियमचे ऑक्सिडीकरण होऊन त्याच्यावर ॲल्युमिनियम ऑक्साइडचा (Al2O3) पातळ थर तयार होतो.
• हा थर पुढील क्षरण रोखण्यास मदत करतो (संरक्षक थर).

2. क्षरण प्रतिबंध (Prevention of corrosion)

धातूंचे क्षरण रोखण्यासाठी अनेक पद्धती वापरल्या जातात. मुख्य उद्देश धातूचा हवा आणि पाण्याशी संपर्क तोडणे हा असतो.

अ. पृष्ठभागावर संरक्षक थर लावणे

• रंग, तेल, ग्रीस किंवा वॉर्निश लावणे:
• यामुळे धातूचा हवा आणि ऑक्सिजनशी संपर्क तुटतो आणि क्षरण रोखले जाते.
• लोखंडाचे क्षरण रोखण्यासाठी ही एक सामान्य पद्धत आहे.
• मर्यादा: रंगाला ओरखडा पडल्यास क्षरण सुरू होऊ शकते.

आ. जस्त विलेपन (Galvanizing)

• लोखंड किंवा पोलादावर जस्ताचा पातळ थर चढवण्यात येतो.
• जस्त लोखंडापेक्षा जास्त अभिक्रियाशील (विद्युतधन) असल्याने ते स्वतः क्षरण पावते आणि लोखंडाचे संरक्षण करते (बलिदानी संरक्षण).
• उदाहरण: चकाकणारे लोखंडी खिळे, टाचण्या.

इ. कथिलिकरण (Tinning)

• वितळलेल्या कथिलाचा (Tin) थर धातूंवर चढवण्यात येतो.
• तांब्याच्या आणि पितळेच्या भांड्यांवर क्षरणामुळे जमा होणारा हिरवट थर विषारी असतो, तो टाळण्यासाठी कथिलिकरण करतात.

ई. धनाग्रीकरण (Anodization)

• तांबे, ॲल्युमिनियम यांसारख्या धातूंवर विद्युत अपघटनाद्वारे त्यांच्या ऑक्साइडचा पातळ, मजबूत लेप देतात.
• यासाठी धातूची वस्तू धनाग्र म्हणून वापरतात.
• ॲल्युमिनियमवर तयार झालेला ॲल्युमिनियम ऑक्साइडचा थर पुढील ऑक्सिडीकरण रोखतो.
• ऑक्साईडचा थर अधिक जाड करून संरक्षण वाढवता येते.

उ. विद्युत विलेपन (Electroplating)

• विद्युत अपघटनाद्वारे कमी अभिक्रियाशील धातूचा जास्त अभिक्रियाशील धातूवर थर देण्यात येतो.
• उदाहरण: चांदी विलेपित चमचे, सोने विलेपित दागिने.
• यामुळे धातूला आकर्षक स्वरूप मिळते आणि क्षरणही रोखले जाते.

ऊ. संमिश्रीकरण (Alloying)

• एका धातूत ठराविक प्रमाणात इतर धातू किंवा अधातू मिसळून तयार होणाऱ्या एकजिनसी मिश्रणाला संमिश्र म्हणतात.
• मुख्य हेतू: धातूंची क्षरण पावण्याची तीव्रता कमी करणे आणि गुणधर्म सुधारणे.
• उदाहरणे:
• कांस्य (Bronze): 90% तांबे + 10% कथिल. पुतळे, पदके यासाठी वापरतात.
• स्टेनलेस स्टील (Stainless Steel): 74% लोह + 18% क्रोमियम + 8% कार्बन. हवा-पाण्याने डाग न पडणारे व न गंजणारे.
• पितळ (Brass): तांबे + जस्त.
• अमालगाम (Amalgam): जेव्हा संमिश्रामध्ये एक धातू पारा (Hg) असतो, तेव्हा त्याला पारदसंमिश्र (Amalgam) म्हणतात.
• सोडियम अमालगाम, झिंक अमालगाम.
• रजत पारदसंमिश्र: दंतवैद्य वापरतात.
• सुवर्ण पारदसंमिश्र: सोन्याच्या निष्कर्षणसाठी वापरतात.