खनिज एवं धातु

खनिजों का सामान्य परिचय

भूपर्पटी में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अकार्बनिक तत्व अथवा यौगिकों को खनिज कहते हैं। उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज, माइका (अभ्रक), हेमेटाइट, बॉक्साइट, अर्जेन्टाइट, और ग्रेनाइट खनिज हैं। चट्टानें मुख्य रूप से सिलिकेट्स से बनी होती हैं। खनिज धातु और अधातु दोनों प्रकार के हो सकते हैं, और ये तत्वों के यौगिक भी हो सकते हैं। उदाहरण: सोना (Au) और प्लैटिनम (Pt) धातुएं प्रकृति में स्वतंत्र अवस्था में पाए जाते हैं।

अयस्क और धातु कर्म

ऐसे खनिज, जिनसे धातु का निष्कर्षण अधिक मात्रा में, सरलता से, और कम लागत में हो जाता है, अयस्क कहलाते हैं। सभी अयस्क खनिज होते हैं, परन्तु सभी खनिज अयस्क नहीं होते। अयस्क से धातु या अधातु प्राप्त करने और उन्हें विभिन्न उपयोगों के लिए शुद्ध करने के विज्ञान को धातु कर्म (Metallurgy) कहते हैं।

धातु	अयस्क का नाम	रासायनिक सूत्र	अयस्क का रूप	प्राप्ति स्थान
मैग्नीशियम	मैगनेसाइट	MgCO₃	कार्बोनेट	भारत (तमिलनाडु, उत्तराखंड)
जिंक	कैलेमाइन	ZnCO₃	कार्बोनेट	भारत (राजस्थान)
लेड	गैलेना	PbS	सल्फाइड	भारत (आंध्र प्रदेश)
कॉपर	कॉपर ग्लांस	Cu₂S	सल्फाइड	भारत (झारखंड, राजस्थान)
आयरन	हेमेटाइट	Fe₂O₃	ऑक्साइड	भारत (झारखंड, ओडिशा)
एल्यूमिनियम	बॉक्साइट	Al₂O₃·2H₂O	ऑक्साइड	भारत (ओडिशा, गुजरात)
सिल्वर	अर्जेन्टाइट	Ag₂S	सल्फाइड	भारत (कर्नाटक)
कैल्सियम	जिप्सम	CaSO₄·2H₂O	सल्फेट	भारत (राजस्थान)
मैंगनीज	पायरोलुसाइट	MnO₂	ऑक्साइड	भारत (मध्य प्रदेश)

धातुओं और अधातुओं के भौतिक गुण

सामान्य ताप पर अधिकांश धातुएं ठोस होती हैं, सिवाय पारा (Hg) के, जो द्रव होता है। सोडियम, पोटैसियम, मैग्नीशियम, और पारा को छोड़कर अन्य धातुएं कठोर होती हैं। धातुओं को पीटकर चादरों में परिवर्तित करने के गुण को अघातवर्धनीयता कहते हैं, और तार में परिवर्तित करने के गुण को तन्यता कहते हैं। सभी धातुएं विद्युत और ऊष्मा की सुचालक होती हैं।

अधातुएं सामान्य ताप पर गैसीय (जैसे, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन), ठोस (जैसे, आयोडीन, कार्बन, सल्फर, सिलिका), या द्रव (जैसे, ब्रोमीन) अवस्था में होती हैं। कार्बन का अपरूप हीरा सबसे कठोर पदार्थ है, जबकि ग्रेफाइट (कार्बन का अपरूप) विद्युत का सुचालक है। अधिकांश अधातुएं विद्युत और ऊष्मा की कुचालक होती हैं। जर्मेनियम, आर्सेनिक, और एंटीमनी जैसे तत्वों में धातु और अधातु दोनों के गुण पाए जाते हैं और इन्हें उपधातु (Metalloids) कहते हैं।

धातुओं और अधातुओं के रासायनिक गुण

• ऑक्सीजन से अभिक्रिया: धातुएं ऑक्सीजन से अभिक्रिया करके धातु ऑक्साइड बनाती हैं, जो सामान्यतः क्षारीय होते हैं। उदाहरण: 2Mg + O₂ → 2MgO। अधातुएं ऑक्सीजन से अभिक्रिया करके अम्लीय या उदासीन ऑक्साइड बनाती हैं। उदाहरण: S + O₂ → SO₂ (अम्लीय)।
• जल से अभिक्रिया: सक्रिय धातुएं (जैसे, Na, K) जल से अभिक्रिया करके धातु हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनाती हैं। उदाहरण: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑। अधातुएं सामान्यतः जल से अभिक्रिया नहीं करतीं।
• अम्ल से अभिक्रिया: धातुएं अम्ल (जैसे, HCl, H₂SO₄) से अभिक्रिया करके लवण और हाइड्रोजन गैस बनाती हैं। उदाहरण: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑। सल्फर जैसे अधातु नाइट्रिक अम्ल से अभिक्रिया करके सल्फ्यूरिक अम्ल बनाते हैं: S + 6HNO₃ → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O।
• सोडियम और पोटैसियम: ये अत्यधिक क्रियाशील धातुएं हैं, जिन्हें ऑक्सीकरण से बचाने के लिए मिट्टी के तेल में डूबाकर रखा जाता है।

धातुओं और अधातुओं के उपयोग

• धातुओं के उपयोग:
  • एल्यूमिनियम: हवाई जहाज, बर्तन, बिजली के तार।
  • कॉपर: विद्युत तार, सिक्के।
  • लोहा: भवन निर्माण, मशीनरी।
  • सोना और चांदी: आभूषण, सिक्के।
• अधातुओं के उपयोग:
  • कार्बन (हीरा): आभूषण, काटने के उपकरण।
  • कार्बन (ग्रेफाइट): पेंसिल लेड, इलेक्ट्रोड।
  • सल्फर: बारूद, दवाइयां।
  • ऑक्सीजन: श्वसन, जलन।

धातुओं का संक्षारण: कारण और समाधान

धातु की सतह पर उसका यौगिक बनने से धातु की एक-एक परत के रूप में नष्ट होने की प्रक्रिया को संक्षारण कहते हैं। उदाहरण: लोहे पर भूरी परत (जंग) आयरन ऑक्साइड (Fe₂O₃·nH₂O) के बनने के कारण होती है, जिसे जंग लगना कहते हैं।

• कारण: नमी, ऑक्सीजन, और अम्ल की उपस्थिति में धातु संक्षारण होता है।
• समाधान:
  • रंगाई: धातु पर पेंट लगाना।
  • गैल्वोनीकरण: लोहे पर जस्ते (Zn) की परत चढ़ाना।
  • मिश्र धातु: स्टेनलेस स्टील जैसे संक्षारण-प्रतिरोधी मिश्र धातु बनाना।
  • तेल या ग्रीस: धातु को नमी से बचाने के लिए तेल लगाना।

गैल्वोनीकरण

लोहे को संक्षारण से बचाने के लिए उस पर जस्ते की पतली परत चढ़ाने की प्रक्रिया को गैल्वोनीकरण कहते हैं। यह जस्ते की बलिदानी परत (sacrificial layer) के कारण प्रभावी होता है, क्योंकि जस्ता लोहे से पहले संक्षारित होता है। उदाहरण: गैल्वनाइज्ड पाइप, बाल्टियां।

मिश्र धातु: विशेषता और उपयोगिता

मिश्र धातु दो या दो से अधिक धातुओं या धातु और अधातु का समांगी मिश्रण है, जो विशिष्ट गुण प्रदान करता है।

मिश्र धातु	अवयवी तत्व	उपयोग
पीतल	तांबा, जस्ता	बर्तन, तार, वाद्य यंत्र
कांसा	तांबा, टिन	सिक्का, घंटा, मेडल, गहने
सोल्डर	सीसा, टिन	विद्युत परिपथ में टांका लगाने में
स्टेनलेस स्टील	लोहा, क्रोमियम, निकिल	बर्तन, उपकरण, छुरी, कांटे

विशेषताएं: मिश्र धातु कठोर, संक्षारण-प्रतिरोधी, और विशिष्ट उपयोग के लिए अनुकूलित होती हैं। उदाहरण: स्टेनलेस स्टील में क्रोमियम संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाता है।

पिग आयरन और इस्पात: वात्या भट्टी से प्राप्त लोहा पिग आयरन (कच्चा लोहा) कहलाता है, जिसमें 93% लोहा, 4-5% कार्बन, और सल्फर, फॉस्फोरस, सिलिकॉन की अशुद्धियां होती हैं। इस्पात में 98.8-99.8% लोहा, 0.25-1.5% कार्बन, और Si, S, Mn की अशुद्धियां होती हैं, जो इसे मजबूत और उपयोगी बनाती हैं।

1. खनिज भूपर्पटी में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अकार्बनिक तत्व या यौगिक हैं।
2. क्वार्ट्ज, माइका, हेमेटाइट, बॉक्साइट, और अर्जेन्टाइट खनिजों के उदाहरण हैं।
3. चट्टानें मुख्य रूप से सिलिकेट्स से बनी होती हैं।
4. खनिज धातु और अधातु दोनों प्रकार के हो सकते हैं।
5. खनिज तत्वों के यौगिक भी हो सकते हैं।
6. सोना और प्लैटिनम प्रकृति में स्वतंत्र अवस्था में पाए जाते हैं।
7. अयस्क वे खनिज हैं, जिनसे धातु का निष्कर्षण सरल और कम लागत में होता है।
8. सभी अयस्क खनिज हैं, पर सभी खनिज अयस्क नहीं हैं।
9. धातु कर्म अयस्क से धातु/अधातु को शुद्ध करने का विज्ञान है।
10. सामान्य ताप पर अधिकांश धातुएं ठोस होती हैं।
11. पारा सामान्य ताप पर द्रव धातु है।
12. सामान्य ताप पर अधातुएं गैसीय, ठोस, या द्रव अवस्था में हो सकती हैं।
13. आयोडीन, कार्बन, सल्फर, और सिलिका ठोस अधातु हैं।
14. ब्रोमीन द्रव अधातु है।
15. सोडियम, पोटैसियम, और मैग्नीशियम नरम धातुएं हैं।
16. मैग्नीशियम का अयस्क मैगनेसाइट (MgCO₃) है।
17. जिंक का अयस्क कैलेमाइन (ZnCO₃) है।
18. लेड का अयस्क गैलेना (PbS) है।
19. कॉपर का अयस्क कॉपर ग्लांस (Cu₂S) है।
20. आयरन का अयस्क हेमेटाइट (Fe₂O₃) है।
21. एल्यूमिनियम का अयस्क बॉक्साइट (Al₂O₃·2H₂O) है।
22. सिल्वर का अयस्क अर्जेन्टाइट (Ag₂S) है।
23. कैल्सियम का अयस्क जिप्सम (CaSO₄·2H₂O) है।
24. मैंगनीज का अयस्क पायरोलुसाइट (MnO₂) है।
25. हीरा कार्बन का सबसे कठोर अपरूप है।
26. अघातवर्धनीयता धातुओं को चादर में परिवर्तित करने का गुण है।
27. तन्यता धातुओं को तार में परिवर्तित करने का गुण है।
28. धातुएं ऑक्सीजन से अभिक्रिया करके धातु ऑक्साइड बनाती हैं।
29. धातु ऑक्साइड सामान्यतः क्षारीय होते हैं।
30. अधातुएं ऑक्सीजन से अभिक्रिया करके अम्लीय या उदासीन ऑक्साइड बनाती हैं।
31. सक्रिय धातुएं जल से हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोजन बनाती हैं।
32. सोडियम और पोटैसियम को मिट्टी के तेल में रखा जाता है।
33. धातुएं अम्ल से लवण और हाइड्रोजन गैस बनाती हैं।
34. सल्फर नाइट्रिक अम्ल से सल्फ्यूरिक अम्ल बनाता है।
35. सभी धातुएं विद्युत की सुचालक होती हैं।
36. ग्रेफाइट विद्युत का सुचालक अधातु है।
37. अधिकांश अधातुएं विद्युत की कुचालक होती हैं।
38. जर्मेनियम और आर्सेनिक उपधातु हैं।
39. संक्षारण धातु की सतह के यौगिक बनने से होता है।
40. लोहे का संक्षारण जंग लगना कहलाता है।
41. जंग आयरन ऑक्साइड (Fe₂O₃·nH₂O) की परत है।
42. संक्षारण नमी और ऑक्सीजन की उपस्थिति में होता है।
43. रंगाई संक्षारण को रोकने का तरीका है।
44. गैल्वोनीकरण जस्ते की परत चढ़ाने की प्रक्रिया है।
45. मिश्र धातु दो या अधिक धातुओं का समांगी मिश्रण है।
46. पीतल तांबा और जस्ता से बनता है।
47. कांसा तांबा और टिन से बनता है।
48. सोल्डर सीसा और टिन से बनता है।
49. स्टेनलेस स्टील लोहा, क्रोमियम, और निकिल से बनता है।
50. पिग आयरन में 4-5% कार्बन होता है।
51. इस्पात में 0.25-1.5% कार्बन होता है।
52. एल्यूमिनियम का उपयोग हवाई जहाज में होता है।
53. कॉपर का उपयोग विद्युत तारों में होता है।
54. लोहा भवन निर्माण में उपयोगी है।
55. सोना आभूषण बनाने में उपयोगी है।
56. हीरा काटने के उपकरणों में उपयोगी है।
57. ग्रेफाइट पेंसिल लेड में उपयोगी है।
58. सल्फर बारूद में उपयोगी है।
59. ऑक्सीजन श्वसन के लिए आवश्यक है।
60. संक्षारण रोकने के लिए तेल या ग्रीस लगाया जाता है।
61. गैल्वोनीकरण जस्ते की बलिदानी परत बनाता है।
62. मिश्र धातु संक्षारण-प्रतिरोधी हो सकते हैं।
63. पिग आयरन वात्या भट्टी से प्राप्त होता है।
64. इस्पात पिग आयरन से शुद्ध होता है।
65. उपधातु में धातु और अधातु दोनों के गुण होते हैं।
66. संक्षारण धातु की आयु को कम करता है।
67. जस्ता लोहे से पहले संक्षारित होता है।
68. मिश्र धातु विशिष्ट उपयोग के लिए बनाए जाते हैं।
69. पीतल का उपयोग वाद्य यंत्रों में होता है।
70. कांसा घंटों में उपयोगी है।
71. सोल्डर टांका लगाने में उपयोगी है।
72. स्टेनलेस स्टील छुरियों में उपयोगी है।
73. धातुएं ऊष्मा की सुचालक होती हैं।
74. अधातुएं सामान्यतः ऊष्मा की कुचालक होती हैं।
75. हीरा आभूषणों में उपयोगी है।

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