ધાતુઓ અને અધાતુઓ – Metals and Non-metals | NCERT ધોરણ 10 વિજ્ઞાન નોટ્સ

NCERT ધોરણ 10 વિજ્ઞાન – ધાતુઓ અને અધાતુઓ | મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મો, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ, ક્રિયાશીલતા શ્રેણી અને પરીક્ષાલક્ષી નોટ્સ.

NCERT Class 10 Science • Chemistry Master Notes

⚡ ધાતુઓ અને અધાતુઓ (Metals and Non-metals)

NCERT ધોરણ ૧૦ વિજ્ઞાન (પ્રકરણ-૩), GPSC, GSSSB CCE, Railway, Banking અને તમામ સ્પર્ધાત્મક પરીક્ષાઓ માટે સંપૂર્ણ તથ્યાત્મક નોટ્સ

મુખ્ય વિગત: તત્ત્વોને તેમના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોના આધારે ધાતુઓ અને અધાતુઓમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. ધાતુઓ સામાન્ય રીતે વિદ્યુતધનમય (Electropositive) હોય છે અને ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને ધન આયન બનાવે છે, જ્યારે અધાતુઓ વિદ્યુતઋણમય (Electronegative) હોય છે.

🔹 ૧. ધાતુઓ અને અધાતુઓના ભૌતિક ગુણધર્મો તથા અપવાદો

• ધાતુ ચમક (Metallic Lustre): શુદ્ધ ધાતુઓની સપાટી ચમકદાર હોય છે (દા.ત. સોનું, ચાંદી).
• તન્યતા (Ductility): ધાતુઓને ખેંચીને પાતળા તાર બનાવી શકાય છે. સોનું સૌથી વધુ તન્ય ધાતુ છે (૧ ગ્રામ સોનામાંથી આશરે ૨ કિમી લાંબો તાર બનાવી શકાય છે).
• વલનીયતા (Malleability): ધાતુઓને પીટીને પાતળા પતરા બનાવી શકાય છે (સોનું અને ચાંદી સૌથી વધુ વલનીય છે).
• વાહકતા: ધાતુઓ ઉષ્મા અને વિદ્યુતની ઉત્તમ વાહક છે. ચાંદી (Silver) અને તાંબું (Copper) શ્રેષ્ઠ વાહક છે. લેડ (Lead) અને પારો (Mercury) ઉષ્માના તુલનાત્મક રીતે નબળા વાહક છે.

પરીક્ષાલક્ષી અગત્યના અપવાદો (Exceptions):

ગુણધર્મ / સ્થિતિ	ધાતુ (Metal) અપવાદ	અધાતુ (Non-Metal) અપવાદ
ઓરડાના તાપમાને પ્રવાહી	પારો (Mercury - Hg)	બ્રોમિન (Bromine - Br)
ચમક (Lustre)	સામાન્ય રીતે ચમકદાર	આયોડિન (Iodine) ચમકદાર અધાતુ છે.
કઠિનતા અને ગલનબિંદુ	Gallium અને Caesium નીચા ગલનબિંદુ ધરાવે છે (હથેળી પર પીગળે છે). Sodium, Potassium, Lithium નરમ છે (છરીથી કાપી શકાય).	કાર્બનનું અપરૂપ હીરો (Diamond) સૌથી કઠિન કુદરતી પદાર્થ છે અને ઊંચું ગલનબિંદુ ધરાવે છે.
વિદ્યુત વાહકતા	ઉત્તમ વાહક	કાર્બનનું અપરૂપ ગ્રેફાઇટ (Graphite) વિદ્યુતનું સારો વાહક છે.

🧪 ૨. ધાતુઓની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ (Chemical Reactions of Metals)

• ઓક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા: ધાતુ + ઓક્સિજન ➔ ધાતુ ઓક્સાઇડ (સામાન્ય રીતે બેઝિક).
  2Mg + O₂ ➔ 2MgO | 2Cu + O₂ ➔ 2CuO (કાળા રંગનું કોપર(II) ઓક્સાઇડ)
• ઉભયગુણી ઓક્સાઇડ (Amphoteric Oxides): જે ધાતુ ઓક્સાઇડ એસિડ અને બેઝ બંને સાથે પ્રક્રિયા કરી ક્ષાર અને પાણી આપે તેને ઉભયગુણી ઓક્સાઇડ કહે છે.
  ઉદાહરણ: અેલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ ($Al_2O_3$) અને ઝિંક ઓક્સાઇડ ($ZnO$).
  Al₂O₃ + 6HCl ➔ 2AlCl₃ + 3H₂O
Al₂O₃ + 2NaOH ➔ 2NaAlO₂ (સોડિયમ એલ્યુમિનેટ) + H₂O
• પાણી સાથે પ્રક્રિયા:
  • Na અને K ઠંડા પાણી સાથે ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા કરે છે જેથી હાઇડ્રોજન વાયુ તુરંત સળગી ઉઠે છે. માટે તેમને કેરોસીનમાં રાખવામાં આવે છે.
  • Ca અને Mg પાણી પર તરે છે કારણ કે ઉદ્ભવતા $H_2$ વાયુના પરપોટા ધાતુની સપાટી પર ચોંટી જાય છે.
  • Al, Fe, Zn ઠંડા કે ગરમ પાણી સાથે નહીં પણ વરાળ (Steam) સાથે પ્રક્રિયા કરે છે: 3Fe + 4H₂O(g) ➔ Fe₃O₄ + 4H₂.
  • Pb, Cu, Ag, Au પાણી સાથે બિલકુલ પ્રક્રિયા કરતા નથી.
• એક્વા રેજિયા (Aqua Regia - રોયલ વોટર): સાંદ્ર HCl અને સાંદ્ર $HNO_3$ નું ૩:૧ ના ગુણોત્તર ધરાવતું તાજું મિશ્રણ. તે સોનું (Gold) અને પ્લેટિનમ (Platinum) ને ઓગાળવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.

📉 ૩. સક્રિયતા શ્રેણી અને આયનિક સંયોજનો (Reactivity Series & Ionic Compounds)

ધાતુઓની સક્રિયતા શ્રેણી (ઉતરતા ક્રમમાં):

K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Pb > [H] > Cu > Hg > Ag > Au

• આયનિક સંયોજનો (Ionic Compounds): ધાતુમાંથી અધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનની આપ-લે (સ્થળાંતરણ) દ્વારા બનતા સંયોજનો (દા.ત. $NaCl$, $MgCl_2$).
• આયનિક સંયોજનોના ગુણધર્મો:
  • મજબૂત આંતર-આયનીય આકર્ષણ બળને કારણે સખત અને ભંગુર હોય છે.
  • ઉચ્ચ ગલનબિંદુ અને ઉત્કલનબિંદુ ધરાવે છે.
  • પાણીમાં દ્રાવ્ય પરંતુ કેરોસીન અને પેટ્રોલ જેવા કાર્બનિક દ્રાવકોમાં અદ્રાવ્ય હોય છે.
  • ઘન અવસ્થામાં વિદ્યુતનું વહન કરતા નથી, પરંતુ પિગળેલી કે જલીય અવસ્થામાં મુક્ત આયનોની હાજરીના કારણે વિદ્યુતનું વહન કરે છે.

⛏️ ૪. ધાતુશાસ્ત્ર: અયસ્કમાંથી ધાતુનું નિષ્કર્ષણ (Metallurgy)

• કાંગુ/ગેંગ (Gangue): કાચી ધાતુ (અયસ્ક) માં રહેલી રેતી, માટી અને અનિચ્છનીય અશુદ્ધિઓ.
• ભંજન (Roasting): સલ્ફાઇડયુક્ત અયસ્કને વધુ હવાની હાજરીમાં ઊંચા તાપમાને ગરમ કરી ઓક્સાઇડમાં ફેરવવાની ક્રિયા.
  2ZnS + 3O₂ ➔ 2ZnO + 2SO₂
• કેલ્સિનેશન (Calcination): કાર્બોનેટયુક્ત અયસ્કને મર્યાદિત હવાની હાજરીમાં ગરમ કરી ઓક્સાઇડમાં ફેરવવાની ક્રિયા.
  ZnCO₃ ➔ ZnO + CO₂
• થર્મિટ પ્રક્રિયા (Thermit Process): આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ ($Fe_2O_3$) ની એલ્યુમિનિયમ પાઉડર સાથેની ખૂબ જ ઉષ્માક્ષેપક વિસ્થાપન પ્રક્રિયા, જેનો ઉપયોગ રેલવેના પાટા કે મશીનના તિરાડ વાળા ભાગો જોડવા થાય છે.
  Fe₂O₃ + 2Al ➔ 2Fe(l) + Al₂O₃ + ઉષ્મા
• વિદ્યુતવિભાજનીય શુદ્ધિકરણ (Electrolytic Refining): કોપરના શુદ્ધિકરણમાં અશુદ્ધ કોપરનો એનોડ (+), શુદ્ધ કોપરની પટ્ટીનો કેથોડ (-) અને એસિડિક કોપર સલ્ફેટનું દ્રાવણ વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે વપરાય છે. તળિયે જમા થતી અદ્રાવ્ય અશુદ્ધિને એનોડ પંક (Anode Mud) કહે છે.

🛡️ ૫. ક્ષારણ અને મિશ્રધાતુઓ (Corrosion & Alloys)

• ક્ષારણ (Corrosion):
  • ચાંદી હવામાંના સલ્ફર સાથે પ્રક્રિયા કરી કાળા રંગનું Silver Sulphide ($Ag_2S$) બનાવે છે.
  • તાંબુ ભેજયુક્ત $CO_2$ સાથે પ્રક્રિયા કરી લીલા રંગનું Basic Copper Carbonate બનાવે છે.
  • લોખંડ ભેજ અને ઓક્સિજનની હાજરીમાં કથ્થાઈ રંગનો કાટ (Hydrated Iron Oxide) બનાવે છે. (નોંધ: કાટ લાગવા માટે હવા અને પાણી બંને અનિવાર્ય છે).
• ગેલ્વેનાઇઝેશન (Galvanisation): લોખંડ કે સ્ટીલને કાટથી બચાવવા માટે તેના પર જસત (Zinc) નું પાતળું સ્તર ચડાવવાની પદ્ધતિ.

મહત્વની મિશ્રધાતુઓ (Alloys):

મિશ્રધાતુ (Alloy)	ઘટક તત્ત્વો (Composition)	વિશેષતા / ઉપયોગ
પિત્તળ (Brass)	Copper (Cu) + Zinc (Zn)	વાસણો અને સુશોભનના સાધનો
કાંસું (Bronze)	Copper (Cu) + Tin (Sn)	મૂર્તિઓ, સિક્કા અને મેડલ
સોલ્ડર (Solder)	Lead (Pb) + Tin (Sn)	નીચું ગલનબિંદુ, ઇલેક્ટ્રિક વાયરના વેલ્ડીંગ માટે
સ્ટેનલેસ સ્ટીલ	Iron (Fe) + Nickel (Ni) + Chromium (Cr)	સખત અને કાટ લાગતો નથી
એમાલગમ (Amalgam)	કોઈપણ ધાતુ + પારો (Mercury)	દાંતના ફિલિંગ વગેરેમાં વપરાય છે

💡 Value-Added Data (૨૨ કેરેટ સોનું):

શુદ્ધ સોનું ૨૪ કેરેટ હોય છે જે ખૂબ નરમ હોવાથી દાગીના બનાવવા માટે યોગ્ય નથી. દાગીના બનાવવા ૨૨ કેરેટ સોનું વપરાય છે, જેમાં ૨૨ ભાગ શુદ્ધ સોનું અને ૨ ભાગ તાંબુ (Copper) કે ચાંદી (Silver) ઉમેરીને સખત બનાવાય છે.

📝 ધાતુઓ અને અધાતુઓ: MCQs અને પૃથક્કરણ (Practice Quiz)

પ્રશ્ન ૧. નીચેનામાંથી કયો ઓક્સાઇડ ઉભયગુણી ઓક્સાઇડ (Amphoteric Oxide) નું ઉદાહરણ છે?

• (A) Na₂O
• (B) K₂O
• (C) Al₂O₃ ✓
• (D) MgO

જવાબ: (C) Al₂O₃
પૃથક્કરણ: એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ ($Al_2O_3$) અને ઝિંક ઓક્સાઇડ ($ZnO$) એસિડ અને બેઝ બંને સાથે પ્રક્રિયા કરી ક્ષાર અને પાણી આપતા હોવાથી ઉભયગુણી ઓક્સાઇડ કહેવાય છે.

પ્રશ્ન ૨. વિદ્યુત વાયરના વેલ્ડીંગ અને જોડાણ માટે કઈ મિશ્રધાતુનો ઉપયોગ થાય છે?

• (A) પીસણ (Brass)
• (B) કાંસું (Bronze)
• (C) સોલ્ડર (Solder) ✓
• (D) સ્ટેનલેસ સ્ટીલ

જવાબ: (C) સોલ્ડર (Solder)
પૃથક્કરણ: સોલ્ડર એ લેડ (Pb) અને ટીન (Sn) ની મિશ્રધાતુ છે જેનું ગલનબિંદુ ખૂબ નીચું હોવાથી વિદ્યુત તારોના વેલ્ડીંગમાં વપરાય છે.

પ્રશ્ન ૩. રેલવેના પાટા કે મશીનના તિરાડ વાળા ભાગો જોડવા માટે કઈ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ થાય છે?

• (A) કેલ્સિનેશન
• (B) થર્મિટ પ્રક્રિયા (Thermit Reaction) ✓
• (C) ભંજન (Roasting)
• (D) ગેલ્વેનાઇઝેશન

જવાબ: (B) થર્મિટ પ્રક્રિયા (Thermit Reaction)
પૃથક્કરણ: આયર્ન(III) ઓક્સાઇડની એલ્યુમિનિયમ સાથેની પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક હોવાથી ઓગળેલી સ્થિતિમાં આયર્ન મળે છે જે પાટા જોડવામાં કામ આવે છે.

પ્રશ્ન ૪. સોના અને પ્લેટિનમ જેવી નિષ્ક્રિય ધાતુઓને ઓગાળી શકે તેવા 'એક્વા રેજિયા' માં સાંદ્ર HCl અને સાંદ્ર HNO₃ નું પ્રમાણ કેટલું હોય છે?

• (A) ૧ : ૩
• (B) ૩ : ૧ ✓
• (C) ૨ : ૧
• (D) ૩ : ૨

જવાબ: (B) ૩ : ૧
પૃથક્કરણ: એક્વા રેજિયા (Aqua Regia) માં સાંદ્ર હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) અને સાંદ્ર નાઇટ્રિક એસિડ ($HNO_3$) નું પ્રમાણ અનુક્રમે ૩:૧ હોય છે.

પ્રશ્ન ૫. કોપરના વિદ્યુતવિભાજનીય શુદ્ધિકરણ (Electrolytic Refining) દરમિયાન અશુદ્ધ કોપરનો સળિયો કયા ધ્રુવ તરીકે વર્તે છે?

• (A) એનોડ (Anode - ધન ધ્રુવ) ✓
• (B) કેથોડ (Cathode - ઋણ ધ્રુવ)
• (C) વિદ્યુતવિભાજ્ય
• (D) એનોડ પંક

જવાબ: (A) એનોડ (Anode - ધન ધ્રુવ)
પૃથક્કરણ: શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયામાં અશુદ્ધ ધાતુનો એનોડ અને શુદ્ધ ધાતુની પાતળી પટ્ટીનો કેથોડ બનાવવામાં આવે છે.

📌 અભ્યાસ ટીપ: આ તમામ તથ્યો અને પ્રક્રિયાઓ NCERT ધોરણ ૧૦ વિજ્ઞાનના પ્રકરણ ૩ માંથી સીધા જ સ્પર્ધાત્મક પરીક્ષાઓ માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

📚 ઇમ્મીઝ એકેડમી (Immy's Academy): સચોટ પરીક્ષાલક્ષી રસાયણ વિજ્ઞાન નોટ્સ માટે જોડાયેલા રહો!