TNPSC Daily Notes: Metals and Non-Metals — Reactivity Series, Extraction & Alloys | உலோகங்கள் மற்றும் அலோகங்கள் — வினைத்திறன் வரிசை, பிரித்தெடுத்தல், உலோகக் கலவைகள் — 02 September 2026

Physical properties. Metals are lustrous, malleable, ductile, sonorous and good conductors of heat and electricity. They generally have high density and high melting points. Almost every rule here has a memorable exception, and TNPSC loves exceptions. Mercury is liquid at room temperature. Sodium and potassium are so soft they can be cut with a knife, and both are stored under kerosene because they react violently with air and water. Gallium and caesium melt in the palm of the hand. Lead and mercury, though metals, are poor conductors of electricity. Silver is the best conductor of electricity, followed by copper and gold.

Non-metals are generally brittle, dull, non-sonorous and poor conductors. Bromine is the only liquid non-metal. Graphite conducts electricity, and iodine has a metallic lustre — two exceptions worth memorising. Diamond, another form of carbon, is the hardest natural substance known and has an exceptionally high melting point.

Chemical behaviour. Metals lose electrons and form positive ions; non-metals gain electrons and form negative ions. When a metal meets a non-metal, electrons transfer and an ionic (electrovalent) compound such as sodium chloride is formed. Metal oxides are basic, non-metal oxides are acidic. A small group of oxides — aluminium oxide, zinc oxide, lead oxide and tin oxide — are amphoteric: they behave as bases towards acids and as acids towards bases.

A more reactive metal displaces a less reactive metal from its salt solution. Drop an iron nail into copper sulphate solution and the blue colour fades to green while a reddish-brown copper deposit forms on the nail, because iron sits above copper in the reactivity series. Metals above hydrogen displace hydrogen from dilute acids; metals below hydrogen — copper, silver, gold — do not.

Metallurgy. The extraction of a metal from its ore involves three broad stages: concentration, reduction and refining. Concentration removes the gangue. Sulphide ores are concentrated by froth flotation, magnetic ores by magnetic separation, and bauxite by chemical leaching. The concentrated ore is then converted to an oxide, because oxides are the easiest compounds to reduce. Sulphide ores are roasted in excess air; carbonate ores are calcined in limited air.

The reduction method depends entirely on where the metal sits in the reactivity series. Highly reactive metals at the top — potassium, sodium, calcium, magnesium and aluminium — cannot be reduced by carbon, so they are obtained by electrolysis of their molten salts or oxides. Moderately reactive metals in the middle — zinc, iron, lead — are reduced by carbon or carbon monoxide in a furnace. Metals of low reactivity at the bottom — mercury and copper — are so weakly bonded to oxygen that simply heating their oxides releases the metal.

Aluminium: a complete case study. Bauxite ore is first purified by Bayer’s process, in which the ore is digested with hot concentrated sodium hydroxide under pressure. Alumina dissolves as sodium aluminate while iron oxide, silica and titanium dioxide remain behind as red mud. The aluminium hydroxide recovered is then calcined to give pure alumina. Because alumina melts only near 2050 °C, it is dissolved in molten cryolite with a little fluorspar, which brings the working temperature down to about 950–980 °C. Electrolysis in this bath — the Hall–Héroult process — deposits aluminium at the graphite-lined cathode while oxygen liberated at the graphite anode gradually burns the anode away. The metal obtained is 99.5–99.8 per cent pure.

Corrosion and its prevention. Corrosion is the slow eating away of a metal by the action of air, moisture and chemicals. Iron rusts to hydrated ferric oxide; copper develops a green coating of basic copper carbonate; silver turns black because of silver sulphide formed with hydrogen sulphide in the air. Rust is porous and flakes off, exposing fresh metal, which is why rusting never stops on its own. Aluminium, by contrast, forms a thin, tough, adherent oxide layer that seals the surface and protects the metal — the reason aluminium vessels last so long. Prevention methods include painting, oiling and greasing, galvanisation, electroplating, anodising and alloying.

Alloys. An alloy is a homogeneous mixture of a metal with another metal or non-metal, made to improve hardness, strength or corrosion resistance. Brass is copper with zinc; bronze is copper with tin; stainless steel is iron with chromium, nickel and a little carbon; duralumin is aluminium with copper, magnesium and manganese, and is used in aircraft bodies because it is light yet strong; solder is lead with tin and has a low melting point, making it ideal for joining electrical wires. An alloy containing mercury is called an amalgam. Pure gold is 24 carat, but ornaments are made from 22 carat gold alloyed with copper or silver, because pure gold is too soft to hold a shape.

இயற்பியல் பண்புகள். உலோகங்கள் மின்னும் தன்மை, தகடாகும் தன்மை, கம்பியாகும் தன்மை, ஒலிக்கும் தன்மை ஆகியவற்றைக் கொண்டவை; வெப்பத்தையும் மின்சாரத்தையும் நன்கு கடத்தும். பொதுவாக அடர்த்தியும் உருகுநிலையும் அதிகம். ஆனால் ஒவ்வொரு விதிக்கும் விதிவிலக்குகள் உண்டு — தேர்வுகளில் இந்த விதிவிலக்குகளே அதிகம் கேட்கப்படுகின்றன. பாதரசம் அறை வெப்பநிலையில் திரவமாக இருக்கிறது. சோடியமும் பொட்டாசியமும் கத்தியால் வெட்டும் அளவுக்கு மென்மையானவை; காற்றுடனும் நீருடனும் கடுமையாக வினைபுரிவதால் அவை மண்ணெண்ணெயில் சேமிக்கப்படுகின்றன. காலியமும் சீசியமும் உள்ளங்கை வெப்பத்திலேயே உருகிவிடும். ஈயமும் பாதரசமும் உலோகங்களாக இருந்தாலும் மின்சாரத்தை மோசமாகவே கடத்துகின்றன. மின்சாரத்தை மிகச் சிறப்பாகக் கடத்தும் உலோகம் வெள்ளி; அடுத்தபடியாகச் செம்பு, பின் தங்கம்.

அலோகங்கள் பொதுவாக நொறுங்கும் தன்மை கொண்டவை; மின்னுவதில்லை, ஒலிப்பதில்லை, மின்சாரத்தையும் கடத்துவதில்லை. திரவ நிலையில் உள்ள ஒரே அலோகம் புரோமின். கிராஃபைட் மின்சாரத்தைக் கடத்துகிறது; அயோடின் உலோகம் போன்ற மின்னும் தன்மை கொண்டது — இவ்விரண்டும் மனதில் பதிய வேண்டிய விதிவிலக்குகள். கார்பனின் மற்றொரு வடிவமான வைரம், இயற்கையில் அறியப்பட்ட மிகக் கடினமான பொருள்; அதன் உருகுநிலையும் மிக அதிகம்.

வேதிப் பண்புகள். உலோகங்கள் எலக்ட்ரான்களை இழந்து நேர் அயனிகளாகவும், அலோகங்கள் எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று எதிர் அயனிகளாகவும் மாறுகின்றன. உலோகமும் அலோகமும் இணையும்போது எலக்ட்ரான் இடமாற்றம் நிகழ்ந்து, சோடியம் குளோரைடு போன்ற அயனிச் சேர்மம் உருவாகிறது. உலோக ஆக்சைடுகள் காரத்தன்மை உடையவை; அலோக ஆக்சைடுகள் அமிலத்தன்மை உடையவை. அலுமினியம், துத்தநாகம், ஈயம், தகரம் ஆகியவற்றின் ஆக்சைடுகள் மட்டும் இருபண்பு உடையவை — அமிலத்துடன் காரமாகவும், காரத்துடன் அமிலமாகவும் நடந்துகொள்கின்றன.

வினைத்திறன் அதிகமுள்ள உலோகம், குறைவான உலோகத்தை அதன் உப்புக் கரைசலிலிருந்து இடப்பெயர்ச்சி செய்யும். காப்பர் சல்பேட் கரைசலில் ஓர் இரும்பு ஆணியை இட்டால், நீல நிறம் மங்கிப் பச்சை நிறமாக மாறும்; ஆணியின் மேல் செம்பழுப்பு நிறச் செம்பு படிகிறது. காரணம், வினைத்திறன் வரிசையில் இரும்பு செம்பைவிட மேலே உள்ளது. ஹைட்ரஜனுக்கு மேலுள்ள உலோகங்கள் நீர்த்த அமிலங்களிலிருந்து ஹைட்ரஜனை வெளியேற்றும்; செம்பு, வெள்ளி, தங்கம் போன்ற கீழுள்ளவை வெளியேற்றாது.

உலோகவியல். தாதுவிலிருந்து உலோகத்தைப் பிரித்தெடுப்பதில் மூன்று முக்கிய நிலைகள் உள்ளன — செறிவூட்டல், ஒடுக்கம், தூய்மைப்படுத்தல். செறிவூட்டல் மூலம் கேங் நீக்கப்படுகிறது. சல்பைடு தாதுக்கள் நுரை மிதப்பு முறையிலும், காந்தத் தாதுக்கள் காந்தப் பிரிப்பு முறையிலும், பாக்சைட் வேதியியல் கரைப்பு முறையிலும் செறிவூட்டப்படுகின்றன. பின்னர் தாது ஆக்சைடாக மாற்றப்படுகிறது; ஏனெனில் ஆக்சைடுகளையே எளிதாக ஒடுக்க முடியும். சல்பைடு தாதுக்கள் அதிக காற்றில் வறுக்கப்படுகின்றன; கார்பனேட் தாதுக்கள் குறைந்த காற்றில் கால்சினேற்றப்படுகின்றன.

ஒடுக்க முறை, அந்த உலோகம் வினைத்திறன் வரிசையில் எங்கு உள்ளது என்பதைப் பொறுத்தே அமைகிறது. வரிசையின் உச்சியில் உள்ள பொட்டாசியம், சோடியம், கால்சியம், மெக்னீசியம், அலுமினியம் ஆகியவற்றைக் கார்பனால் ஒடுக்க முடியாது; எனவே அவற்றின் உருகிய உப்புகள் அல்லது ஆக்சைடுகளை மின்பகுப்புச் செய்தே பெறப்படுகின்றன. நடுவில் உள்ள துத்தநாகம், இரும்பு, ஈயம் ஆகியவை உலைகளில் கார்பன் அல்லது கார்பன் மோனாக்சைடால் ஒடுக்கப்படுகின்றன. அடிப்பகுதியில் உள்ள பாதரசம், செம்பு ஆகியவற்றின் ஆக்சைடுகளை வெறுமனே சூடுபடுத்தினாலே உலோகம் பிரிந்துவிடும்.

அலுமினியம் — ஒரு முழுமையான வழக்காய்வு. பாக்சைட் தாது முதலில் பேயர் முறையால் தூய்மைப்படுத்தப்படுகிறது. அழுத்தத்தின் கீழ் சூடான செறிவூட்டப்பட்ட சோடியம் ஹைட்ராக்சைடுடன் தாது சேர்த்துச் சூடுபடுத்தப்படுகிறது. அலுமினா சோடியம் அலுமினேட்டாகக் கரைந்துவிட, இரும்பு ஆக்சைடு, சிலிக்கா, டைட்டானியம் டைஆக்சைடு ஆகியவை செம்மண் கசடாக மீதமாகின்றன. பெறப்பட்ட அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடு கால்சினேற்றப்பட்டுத் தூய அலுமினா கிடைக்கிறது. அலுமினாவின் உருகுநிலை ஏறத்தாழ 2050°C ஆக இருப்பதால், அது உருகிய கிரையோலைட்டிலும் சிறிதளவு ஃபுளுவோர்ஸ்பாரிலும் கரைக்கப்படுகிறது; இதனால் செயல்பாட்டு வெப்பநிலை 950–980°C ஆகக் குறைகிறது. இக்கலவையை மின்பகுப்புச் செய்யும் ஹால்–எரோ முறையில், கிராஃபைட் பூசப்பட்ட எதிர்மின்வாயில் அலுமினியம் படிகிறது; நேர்மின்வாயில் வெளியேறும் ஆக்சிஜன் படிப்படியாக அந்த மின்வாயையே எரித்துவிடுகிறது. கிடைக்கும் உலோகம் 99.5–99.8 சதவீதம் தூய்மையானது.

அரிமானமும் தடுப்பு முறைகளும். காற்று, ஈரப்பதம், வேதிப்பொருள்களின் செயலால் உலோகம் மெல்ல அரிக்கப்படுவதே அரிமானம். இரும்பு துருப்பிடித்து நீரேற்றப்பட்ட ஃபெரிக் ஆக்சைடாகிறது; செம்பின் மேல் பச்சை நிற அடிப்படைச் செப்பு கார்பனேட் படிகிறது; காற்றில் உள்ள ஹைட்ரஜன் சல்பைடுடன் வினைபுரிந்து வெள்ளி கருப்பாக மாறுகிறது. துரு நுண்துளைகள் கொண்டது; உதிர்ந்து புதிய உலோகப் பரப்பை வெளிப்படுத்துவதால் துருப்பிடித்தல் தானாக நிற்பதே இல்லை. மாறாக, அலுமினியம் மெல்லிய, உறுதியான, ஒட்டிக்கொள்ளும் ஆக்சைடுப் படலத்தை உருவாக்கிப் பரப்பை மூடிக் காக்கிறது — அலுமினியப் பாத்திரங்கள் நீண்ட காலம் உழைப்பதற்கு இதுவே காரணம். வண்ணம் பூசுதல், எண்ணெய் தடவுதல், கால்வனைசேஷன், மின்முலாம் பூசுதல், அனோடைசிங், உலோகக் கலவை ஆக்குதல் ஆகியவை தடுப்பு முறைகள்.

உலோகக் கலவைகள். ஓர் உலோகத்துடன் மற்றோர் உலோகத்தையோ அலோகத்தையோ சேர்த்துக் கிடைக்கும் சமபரவல் கலவையே உலோகக் கலவை; கடினத்தன்மை, வலிமை, அரிமான எதிர்ப்பு ஆகியவற்றை மேம்படுத்தவே இவை தயாரிக்கப்படுகின்றன. பித்தளை = செம்பு + துத்தநாகம்; வெண்கலம் = செம்பு + தகரம்; துருப்பிடிக்காத எஃகு = இரும்பு + குரோமியம் + நிக்கல் + சிறிதளவு கார்பன்; டியூரலுமின் = அலுமினியம் + செம்பு + மெக்னீசியம் + மாங்கனீசு — இலகுவாகவும் வலுவாகவும் இருப்பதால் விமான உடல்களில் பயன்படுகிறது; சாலிடர் = ஈயம் + தகரம், குறைந்த உருகுநிலை கொண்டதால் மின் கம்பிகளை இணைக்கப் பயன்படுகிறது. பாதரசம் கலந்த உலோகக் கலவை “அமால்கம்” எனப்படும். தூய தங்கம் 24 காரட்; ஆனால் தூய தங்கம் மிக மென்மையாக இருப்பதால், நகைகள் செம்பு அல்லது வெள்ளி கலந்த 22 காரட் தங்கத்தில் செய்யப்படுகின்றன.

1. Reactivity series — “Please Send Cats, Monkeys And Zebras In Large Cages Securely Guarded” → Potassium, Sodium, Calcium, Magnesium, Aluminium, Zinc, Iron, Lead, Copper, Silver, Gold.
வினைத்திறன் வரிசையை இந்த ஆங்கில வாக்கியத்தின் முதலெழுத்துகள் மூலம் எளிதாக நினைவில் கொள்ளலாம்.

2. Roasting vs Calcination — RoaSting has an S → used for Sulphide ores. CalCination has a C → used for Carbonate ores.
“roaSting”-இல் உள்ள S → Sulphide; “calCination”-இல் உள்ள C → Carbonate. இந்த ஒரு தந்திரமே இரண்டையும் ஒருபோதும் குழப்பாமல் வைத்திருக்கும்.

3. Amphoteric oxides — “ZAPT” → Zinc, Aluminium, Plumbum (lead), Tin. These four oxides face both ways.
இருபண்பு ஆக்சைடுகள் நான்கு: துத்தநாகம், அலுமினியம், ஈயம், தகரம் — “ZAPT” என நினைவில் வையுங்கள்.

4. The two liquids — “Mercury the metal, Bromine the non-metal” — the only two elements that are liquid at room temperature apart from gallium and caesium, which melt just above it.
அறை வெப்பநிலையில் திரவம்: உலோகத்தில் பாதரசம், அலோகத்தில் புரோமின் — “பா–பு” என இணைத்து நினைவில் கொள்ளுங்கள்.

5. Alloy pairs — “Brass Zings, Bronze Tins” → Brass = Copper + Zinc; Bronze = Copper + Tin.
பித்தளையில் துத்தநாகம், வெண்கலத்தில் தகரம் — “பித்தளை–துத்தநாகம், வெண்கலம்–தகரம்” என ஜோடியாக மனனம் செய்யுங்கள்.

Q1. The most abundant metal in the Earth’s crust is — (repeatedly asked in TNPSC Group 4 / VAO general science)
Answer: Aluminium. Note the distinction: the most abundant element in the crust is oxygen, and the second most abundant metal is iron.
பூமியின் மேலோட்டில் மிகுதியாக உள்ள உலோகம் — அலுமினியம்.

Q2. Galvanisation is the process of coating iron with — (TNPSC general science, recurring pattern)
Answer: Zinc. Zinc is more reactive than iron and corrodes preferentially, giving sacrificial protection. Tin coating is called tinning, not galvanisation.
கால்வனைசேஷன் என்பது இரும்பின்மேல் துத்தநாகம் பூசுதல்.

Q3. Aqua regia, which dissolves gold, is a mixture of — (asked across TNPSC Group 2 / 2A and Group 4 papers)
Answer: Three parts concentrated HCl to one part concentrated HNO₃. Remember the ratio 3:1 and the order — HCl first.
தங்கத்தைக் கரைக்கும் அரச நீர் — செறிவூட்டப்பட்ட HCl : HNO₃ = 3 : 1 விகிதக் கலவை.