3.3-How Do Metals and Non-Metals React

3.3-How Do Metals and Non-Metals React Important Formulae

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Metals and non-metals react in various ways, leading to the formation of different compounds. These reactions are vital in understanding the chemical behavior of elements and their applications in everyday life.

3.3.1 Reaction of Metals with Non-Metals

Metals typically react with non-metals to form ionic compounds. This occurs through the transfer of electrons from metals to non-metals:

  • Formation of Ionic Bonds: Metals, having a tendency to lose electrons, form positive ions (cations), while non-metals gain these electrons to form negative ions (anions). For example:
    • Na + Cl → Na+ + Cl- → NaCl
  • Characteristics of Ionic Compounds: The resulting ionic compounds are generally solid at room temperature, have high melting and boiling points, and conduct electricity when dissolved in water.
3.3.2 Reaction of Non-Metals with Metals

When non-metals react with metals, they usually form salts:

  • Example of Reaction: When sulfur (S) reacts with iron (Fe), iron sulfide (FeS) is formed:
    • Fe + S → FeS
  • Properties of Salts: The salts formed can vary in solubility, taste, and properties depending on the metals and non-metals involved.
3.3.3 Reaction of Non-Metals with Each Other

Non-metals can also react with each other, typically forming covalent compounds through the sharing of electrons:

  • Covalent Bond Formation: Non-metals tend to share electrons to achieve a stable electronic configuration. For example:
    • H + H → H2 (hydrogen gas)
    • O + O → O2 (oxygen gas)
  • Characteristics of Covalent Compounds: These compounds usually have lower melting and boiling points compared to ionic compounds and do not conduct electricity in solution.
3.3.4 Reactions with Acids

Metals and non-metals react with acids in different ways:

  • Metals with Acids: Metals react with acids to produce hydrogen gas and a salt. For example:
    • Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
  • Non-Metals with Acids: Non-metals generally do not react with acids, although some, like sulfur, can form acids when combined with oxygen.
3.3.5 Displacement Reactions

Displacement reactions can occur between metals and non-metals, where a more reactive metal displaces a less reactive metal from its compound:

  • Example: When zinc is added to copper sulfate, zinc displaces copper:
    • Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
3.3.6 Combustion Reactions

Metals and non-metals can also participate in combustion reactions, typically producing oxides:

  • Metal Combustion: When magnesium burns in air, it forms magnesium oxide:
    • 2Mg + O2 → 2MgO
  • Non-Metal Combustion: Non-metals like carbon combust to produce carbon dioxide:
    • C + O2 → CO2

3.3-How Do Metals and Non-Metals React

धातुएं और अधातुएं रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। धातुएं सामान्यतः विद्युत धारा और गर्मी का संचालन करने में सक्षम होती हैं, जबकि अधातुएं इन गुणों का अभाव रखते हैं। इन दोनों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाएं भिन्न होती हैं।

धातुओं और अधातुओं के बीच प्रतिक्रिया:

  • धातुएं सामान्यतः अधातुओं के साथ प्रतिक्रिया करके उनके अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करती हैं।
  • अधातुएं धातुओं से इलेक्ट्रॉन प्राप्त करती हैं और अपनी ऊपरी ऊर्जा स्तर की परत को भरने का प्रयास करती हैं।

धातु + अधातु = लवण

जब धातु और अधातु आपस में प्रतिक्रिया करते हैं, तो एक रासायनिक यौगिक (लवण) बनता है। उदाहरण के लिए, सोडियम और क्लोरीन की प्रतिक्रिया:

2Na + Cl2 → 2NaCl

यह प्रतिक्रिया सोडियम (Na) और क्लोरीन (Cl2) के बीच होती है, जिससे सोडियम क्लोराइड (NaCl) यानी कि आम नमक बनता है।

धातुओं की अधातुओं के साथ प्रतिक्रिया:

धातु और अधातु की प्रतिक्रिया के दौरान, धातु के अणु इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं, जबकि अधातु के अणु उन इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करते हैं।

धातु की एक सामान्य विशेषता यह है कि वे आसानी से इलेक्ट्रॉन छोड़ती हैं। इसके परिणामस्वरूप, वे सकारात्मक आयन (कैटायन) बनाती हैं। वहीं, अधातु इलेक्ट्रॉन ग्रहण करती हैं और नकारात्मक आयन (ऐनायन) बनाती हैं।

धातुओं की प्रतिक्रिया जल के साथ:

कुछ धातुएं जल के साथ प्रतिक्रिया करती हैं और हाइड्रोजन गैस (H2) और धातु हाइड्रॉक्साइड (Metal Hydroxide) बनाती हैं। उदाहरण के रूप में, सोडियम और पानी की प्रतिक्रिया:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

यहां सोडियम (Na) पानी (H2O) के साथ प्रतिक्रिया कर के सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) और हाइड्रोजन गैस (H2) उत्पन्न करता है।

धातु + अम्ल = लवण + हाइड्रोजन गैस:

धातु और अम्ल के बीच एक सामान्य प्रतिक्रिया होती है, जिसमें लवण और हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है। उदाहरण के लिए, जब जिंक (Zn) और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) प्रतिक्रिया करते हैं, तो जिंक क्लोराइड (ZnCl2) और हाइड्रोजन गैस (H2) बनती है:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

अधातु की प्रतिक्रिया जल के साथ:

अधातु, जैसे कि क्लोरीन (Cl) या सल्फर (S), जल के साथ नहीं प्रतिक्रिया करते हैं। हालांकि, कुछ अधातुएं जैसे कि कार्बन (C) कुछ विशिष्ट स्थितियों में प्रतिक्रिया कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन (C) और ऑक्सीजन (O2) की प्रतिक्रिया:

C + O2 → CO2

यह प्रतिक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) बनाती है।

धातु और अधातु की विशेषताएँ:

  • धातु: विद्युत और गर्मी का अच्छा चालक, उच्च पिघलने का तापमान, सामान्यतः ठोस अवस्था में होते हैं, कठोर और चमकदार होते हैं।
  • अधातु: विद्युत और गर्मी के अच्छे चालक नहीं होते, निम्न पिघलने का तापमान, सामान्यतः गैस या ठोस अवस्था में होते हैं, वे अपारदर्शी और मऊ होते हैं।

धातु और अधातु की प्रतिक्रियाएं रासायनिक गुणों के आधार पर निर्धारित होती हैं, जैसे कि इलेक्ट्रॉन दान या ग्रहण करना, और रासायनिक बंधों का निर्माण करना।

(i) Write the electron-dot structures for sodium, oxygen and magnesium.
(ii)  Show the formation of Na$_2$O and MgO by the transfer of electrons.
(iii)  What are the ions present in these compounds?

Solution:

Electron-Dot Structures and Ionic Formation

(i) The electron-dot structures are as follows: Sodium (Na) has one electron: •Na. Oxygen (O) has six electrons: ••O••. Magnesium (Mg) has two electrons: ••Mg.

(ii) In the formation of Na2O, two sodium atoms transfer their electrons to one oxygen atom: 2•Na → O•• + 2Na+. For MgO, one magnesium atom transfers its two electrons to one oxygen atom: ••Mg → O•• + Mg2+.

(iii) The ions present in Na2O are 2Na+ and O2-; in MgO, they are Mg2+ and O2-.

Why do ionic compounds have high melting points?

Solution:

Why Ionic Compounds Have High Melting Points

Ionic compounds have high melting points due to the strong electrostatic forces of attraction between the positively and negatively charged ions. These forces, known as ionic bonds, require a significant amount of energy to break. As a result, ionic compounds remain solid at room temperature and exhibit high melting points. The arrangement of ions in a crystalline lattice further contributes to their stability and high melting points, as the ions are held tightly in a fixed position, making it difficult for them to move and change state. This structural integrity is a key factor in their thermal properties.