2.3) Physical Properties of Metals / धातूचे भौतिक गुणधर्म

General physical properties of metals / धातू चे साधारण भौतिक गुणधर्म....

   

मागील भागात आपण मूलद्रव्य आणि धातू म्हणजे काय? ह्याची माहिती घेतली.  “द्रव्य> मूलद्रव्य> धातू> लोहयुक्त व लोहेतर धातू” हे अभ्यासले; एकूण ११८ मूलद्रव्यांपैकी सर्वाधिक म्हणजे ९३ (७९ टक्के) धातू आहेत, १९ मूलद्रव्ये ही अधातू आहेत आणि सर्वात कमी म्हणजे फक्त ६ मूलद्रव्ये ही धातुसदृश आहेत.

 

भौतिक गुणधर्म म्हणजे काय? (What is physical properties?)

ज्या द्रव्य/पदार्थांचे भौतिक मूल्यमापन प्रणाली च्या आधारे मूल्य, आकार, स्थिती, अवस्था ह्यांचे मोजमाप करता येते किंवा परिमाण / गुणधर्म सांगता येतात. अश्या वर्णनाला “भौतिक गुणधर्म” म्हणतात.  ह्यात मुख्यतः वजन, रंग, गंध,  रूप, आकार, घनता,  विशीष्ट भौतिक परिस्थितीतील बदल ह्याबाबत  माहिती असते.

सोन्याचा आकर्षक पिवळा रंग, पाऱ्याचा द्रवरूप राहण्याचा गुण, तांब्याची उपलब्धता व वर्धानियाता हा गुण, चांदीचा विद्युत सुवाहाकाता ह्या भौतिक गुणांमुळे मानवाला धातूचे प्रचंड फायदे आहेत. ह्याच अनुषंगाने आपण ‘धातू” चे भौतिक गुणधर्म पाहू या.

 

धातू चे साधारण भौतिक गुणधर्म (General physical properties of metals)

 

रंग (Colour):

प्रत्येक धातूला विशिष्ट असा रंग असला तरी, जवळपास सर्वच धातू हे पांढऱ्या व राखाडी रंगांचे आहेत. परंतु तांबे (Copper), सिझियम (Caesium), सोने (Gold) हे धातू तांबूस व पिवळ्या रंगांचे आहेत.

 

चकाकी / परावर्तनशीलता (Reflectivity):

सर्वच धातू हे चकाकणारे म्हणजेच परावर्तनशील असतात; त्यांच्यावर पडलेला प्रकाश हा कमी-अधिक प्रमाणात परावर्तीत होतो. एखाद्या धातुपृष्ठावरून परावर्तीत होणाऱ्या प्रकाशाची तीव्रता म्हणजेच त्या धातूची उर्जा परवर्तीत करण्याची त्याची क्षमता दर्शवते. ह्या क्षणार्धात होणाऱ्या परावर्तनात सुद्धा विद्युत चुंबकीय शक्ती असते.

 

अवस्था (Form / State):

सर्व धातू सामान्य तापमानाला स्थायू म्हणजेच घन स्वरूपात असतात. परंतु काही अपवादात्मक धातू हे अत्यंत कमी तापमानाला सुद्धा वितळत असल्यामुळे वातावरणातील उष्णतेमुळे द्रवरूप असतात.

अपवाद.

·           पारा (Mercury) Hg: वितळण बिंदू= −38.8290 °C / ​−37.8922 °F

पारा हा धातू विषारी असला तरी त्याच्या तापमापकातील उपयोगामुळे सर्वांना परिचित आहे. त्या व्यतिरिक्त खालील धातू सुद्धा द्रव किंवा मऊ असतात, परंतु सामान्य वातावरणात ते नष्ट होतात किंवा घातक ठरतात म्हणून त्यांचा सामान्यतः वापर अथवा उपयोग केला जात नाही. ·           फ्रँशियम (Francium) Fr: वितळण बिंदू= 8.0 °C / ​46.4 °F ·           गॅलियम (Gallium) Ga: वितळण बिंदू= 29.7646 °C, ​85.5763 °F ·           रुबिडियम (Rubidium) Rb: वितळण बिंदू= 688 °C / ​1270 °F (सामान्यतः मऊ असतो)

 

घनता (Density):

वस्तूच्या आकारमानानुसार (आकार) असलेले तिचे वस्तुमान (वजन) म्हणजेच त्या वस्तूची घनता. म्हणजेच १ सें.मि. घनफळ असलेल्या वस्तूचे वजन म्हणजे त्या वस्तूची घनता.

बहुतेक सर्वच धातूंची घनता जास्त असते. अपवाद ‘अल्कली धातू’ उदा. लिथियम (Li), सोडियम (Na), पोटॅशियम (K), रुबिडियम (Rb), सेझियम (Cs) ह्या अल्कली धातूंची घनता कमी असते. (अधिक तपशील करीता पहा: मूलद्रव्य यादी)

उदाहरण.

·       १ घन सें.मि. तांब्याचे वजन ८.९६ ग्राम असते; तर १ घन सें.मि. सोडियम चे वजन ०.९७१ ग्राम असते कारण तांब्याची घनता जास्त आहे.

·       लिथियम (Li) हा सर्वात हलका धातू असून त्याची घनता ०.५३४ ग्राम/ १ घन सें.मि. तर ओस्मियम (Os) हा सर्वात जड धातू असून त्याची घनता २२.५९ ग्राम/ १ घन सें.मि. आहे.

वर्धनियता व लवचिकता (Malleability & Ductility):

जवळपास सर्वच धातू हे वर्धनीय व लवचिक आहेत; त्यांना ठोकून पसरवता येते, असे करत असतांना ते तुटत नाहीत. ‘सोने’ हा सर्वात जास्त वर्धानीय धातू आहे. त्याचा ३१.१ ग्रॅममध्ये १/१२००० मी.मी. पर्यंत पातळ पत्रा काढता येतो

अपवाद.

परंतु खालील धातू हे ठिसूळ आहेत.

क्रोमियम Chromium (Cr), मॅंगनीज Manganese (Mg), गॅलियमGallium(Ga), रुथेनियम Ruthenium (Ru), टंगस्टन Tungsten (W), ओस्मियम Osmium (Os), बिस्मथ Bismuth (Bi)

तन्यता (Tensile):

धातूला यंत्राच्या साह्याने खेचून तारेच्या स्वरुपात बदलण्याच्या गुणधर्माला ‘तन्यता’ असे म्हणतात.

सोने हा सर्वात तन्य धातू आहे. १ ग्रॅम सोन्याची जवळ जवळ ३.५ किलोमीटर तार खेचता येऊ शकते.

उष्णता आणि विजेचे चांगले वाहक (Good conductor of heat and electricity):

बहुतेक सर्वच धातू हे उष्णता व विद्युत यांचे चांगले संवाहक असतात. शुद्ध स्वरूपातील धातूची विद्युत वहन क्षमता सर्वात जास्त असते.

चांदी हा धातू उष्णता व विद्युत ह्यांचा सर्वात उत्तम संवाहक आहे; चांदीनंतर तांबे व त्यानंतर अॅल्युमिनियम धातू हा उत्तम  संवाहक आहे. त्यामुळे चांदी, तांबे, अॅल्युमिनियम, निष्कलंक (न-गंजणारे) लोखंड (Stainless Steel) ह्या धातूंचा व त्यांच्या मिश्र धातूंचा विद्युत उपकरणात अधिक वापर केला जातो.

प्रसरण व आकुंचन (Expansion and contraction):

उष्णता दिल्यामुळे धातू प्रसारण पावतो व थंड होतांना आकुंचन पावतो. धातूच्या ह्या गुणधर्माचा यांत्रिक उद्योगात जास्त उपयोग केला जातो.

वितळणबिंदू आणि उत्कलनबिंदू (Melting Point and Boiling Point):

बहुतेक धातू हे उच्च तापमानाला वितळत असले तरी, प्रत्येक धातूच्या वितळण व उत्कलन बिन्दुत्न बरीच तफावत दिसून येते.

पारा हा धातू सामान्य तापमानाल द्रव स्वरूपात दिसत असला तरी त्याचा वितळण व उत्कलन बिंदू सर्वात कमी आहे, वितळण बिंदू उणे -३८.८२° सेल्सिअस असून उत्कलन बिंदू ३५६.७३°  सेल्सिअस आहे; टंगस्टन या धातू चा वितळण व उत्कलन बिंदू सर्वात जास्त असून वितळण बिंदू ३४२२° सेल्सिअस व उत्कलन बिंदू बिंदू ५९३०° सेल्सिअस आहे.

चुंबकीय गुणधर्म (Magnetic Properties):

लोखंड, कोबाल्ट, निकेल ह्या धातूंच्या अंगी चांगला चुंबकीय गुण आहे. त्या मानाने इतर सर्व धातू अचुंबकीय आहेत. परंतु अल्युमिनियम, तांबे, मॅगेनीज यांचे काही मिश्रधातू हे काही प्रमाणात चुंबकीय गुण असलेले आहेत.

Image by jacqueline macou from Pixabay