জিঙ্কের (Zn) রসায়ন - অনুশীলন প্রশ্ন

ব্যাখ্যা:

• A) জিঙ্ক একটি একক স্থিতিশীল +2 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে। এটি সঠিক। এর যৌগগুলিতে, জিঙ্ক প্রায় একচেটিয়াভাবে একটি +2 জারণ অবস্থা দেখায়, যেখানে এর ইলেকট্রন বিন্যাস [Ar] 3d¹⁰ হয়।
• B) জিঙ্ক d-ব্লক মৌলগুলির গ্রুপ 12 এর অন্তর্গত। এটি সঠিক। জিঙ্ক (পারমাণবিক সংখ্যা 30) হল গ্রুপ 12 এর প্রথম মৌল, যার পরে ক্যাডমিয়াম এবং পারদ থাকে।
• C) d-d ট্রানজিশনের কারণে জিঙ্ক রঙিন যৌগ গঠন করে। এটি ভুল। +2 জারণ অবস্থায়, জিঙ্কের একটি সম্পূর্ণ ভর্তি d-উপকক্ষ (3d¹⁰) থাকে। যেহেতু কোনো খালি d-কক্ষক উপলব্ধ নেই, তাই d-d ইলেকট্রনীয় ট্রানজিশন সম্ভব নয়। অতএব, বেশিরভাগ জিঙ্ক যৌগ ডায়াচুম্বকীয় এবং বর্ণহীন হয়।
• D) জিঙ্ক ধাতু অ্যাসিড এবং তীব্র ক্ষার উভয়টির সঙ্গেই বিক্রিয়া করে। এটি সঠিক। জিঙ্ক একটি উভধর্মী ধাতু। এটি অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে (যেমন, Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂) এবং তীব্র ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে জিঙ্কেট গঠন করে (যেমন, Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂)।

ব্যাখ্যা: ধাতুগুলির সাথে নাইট্রিক অ্যাসিডের বিক্রিয়া জটিল এবং অ্যাসিডের ঘনত্ব, ধাতুর সক্রিয়তা এবং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।

• খুব লঘু নাইট্রিক অ্যাসিড জিঙ্কের মতো সক্রিয় ধাতুর সাথে বিক্রিয়া করে নাইট্রাস অক্সাইড (N₂O) উৎপন্ন করে। 4Zn + 10HNO₃ (very dilute) → 4Zn(NO₃)₂ + 5H₂O + N₂O
• লঘু নাইট্রিক অ্যাসিড প্রায়শই নাইট্রিক অক্সাইড (NO) বা অত্যন্ত সক্রিয় ধাতুর সাথে হাইড্রোজেন গ্যাসও উৎপন্ন করে। 3Zn + 8HNO₃ (dilute) → 3Zn(NO₃)₂ + 4H₂O + 2NO
• গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিড সাধারণত নাইট্রোজেন ডাই অক্সাইড (NO₂) উৎপন্ন করে। Zn + 4HNO₃ (conc.) → Zn(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂ তবে, লঘু নাইট্রিক অ্যাসিড এবং জিঙ্কের ক্ষেত্রে, N₂O এর গঠন মাঝারি লঘুকরণের জন্য একটি সাধারণ পর্যবেক্ষণ। খুব লঘু নাইট্রিক অ্যাসিডের জন্য H₂ উৎপন্ন হতে পারে, কিন্তু N₂O হল জিঙ্কের মতো মাঝারি সক্রিয় ধাতুর জন্য মাঝারি লঘু অবস্থার একটি অধিক বৈশিষ্ট্যপূর্ণ পদার্থ। প্রদত্ত বিকল্পগুলির মধ্যে, N₂O হল জিঙ্কের সাথে লঘু নাইট্রিক অ্যাসিডের একটি প্রাথমিক উৎপাদিত পদার্থ।

ব্যাখ্যা:

• A) জিঙ্ক ব্লেন্ড (স্ফ্যালারাইট): এটি জিঙ্ক সালফাইড (ZnS), যা বিশ্বজুড়ে জিঙ্কের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ আকরিক।
• B) ক্যালামাইন: এটি জিঙ্ক কার্বনেট (ZnCO₃) বোঝায়, যা স্মিথসোনাইট নামেও পরিচিত। এটি জিঙ্কের একটি গুরুত্বপূর্ণ আকরিক। (দ্রষ্টব্য: ঐতিহাসিকভাবে, ক্যালামাইন শব্দটি জিঙ্ক অক্সাইড এবং ফেরিক অক্সাইডের মিশ্রণকেও বোঝাত, তবে ধাতুবিদ্যায় এটি সাধারণত ZnCO₃ বোঝায়)।
• C) জিঙ্কাইট: এটি জিঙ্ক অক্সাইড (ZnO), জিঙ্কের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ আকরিক।
• D) বক্সাইট: বক্সাইট হল অ্যালুমিনিয়ামের একটি আকরিক, যা প্রধানত হাইড্রेटेड অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড যেমন গিবসাইট (Al(OH)₃), বোয়েহমাইট (γ-AlO(OH)), এবং ডায়াস্পোর (α-AlO(OH)) নিয়ে গঠিত। এতে জিঙ্ক থাকে না।

ব্যাখ্যা:

• অভিকথন (A) সত্য। সন্ধিগত মৌলগুলির জন্য IUPAC সংজ্ঞা বলে যে এগুলি হল এমন মৌল যাদের ভূমি অবস্থা বা তাদের যেকোনো সাধারণ জারণ অবস্থায় অসম্পূর্ণ ভর্তি d-কক্ষক থাকে।
• কারণ (R) এছাড়াও সত্য এবং A-কে সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করে। জিঙ্কের ইলেকট্রন বিন্যাস হল [Ar] 3d¹⁰ 4s²। এর সবচেয়ে সাধারণ এবং স্থিতিশীল +2 জারণ অবস্থায়, এটি দুটি 4s ইলেকট্রন হারায়, যার ফলে [Ar] 3d¹⁰ বিন্যাস হয়। যেহেতু ভূমি অবস্থা বা +2 জারণ অবস্থা কোনোটিতেই অসম্পূর্ণ ভর্তি d-কক্ষক নেই, তাই জিঙ্ক একটি সন্ধিগত মৌলের সংজ্ঞার মধ্যে পড়ে না, যদিও এটি একটি d-ব্লক মৌল।

ব্যাখ্যা:

• অভিকথন (A) সত্য। জিঙ্ক তার সাধারণ +2 জারণ অবস্থায় একটি 3d¹⁰ বিন্যাস ধারণ করে। d-কক্ষকগুলির সমস্ত ইলেকট্রন যুগ্ন অবস্থায় থাকে, কোনো অযুগ্ম ইলেকট্রন অবশিষ্ট থাকে না। অতএব, জিঙ্ক যৌগগুলি ডায়াচুম্বকীয় হয়।
• কারণ (R) এছাড়াও সত্য। জিঙ্ক(II) একটি d¹⁰ আয়ন এবং এটি বিভিন্ন লিগ্যান্ডের সাথে, যার মধ্যে স্ট্রং ফিল্ড লিগ্যান্ডও রয়েছে, চতুস্তলীয় বা অষ্টতলীয় জটিল যৌগ গঠন করতে পারে (যেমন, [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Zn(CN)₄]²⁻)।
• তবে, কারণ (স্ট্রং ফিল্ড লিগ্যান্ডের সাথে জটিল যৌগ গঠন) ডায়াচুম্বকীয় প্রকৃতিকে ব্যাখ্যা করে না। ডায়াচুম্বকত্ব Zn²⁺ আয়নের সম্পূর্ণ ভর্তি d-উপকক্ষ (3d¹⁰) থেকে উদ্ভূত হয়, যার অর্থ লিগ্যান্ডের শক্তি নির্বিশেষে কোনো অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকে না। স্ট্রং ফিল্ড লিগ্যান্ডগুলি ক্রিস্টাল ফিল্ড বিভাজনকে প্রভাবিত করে, কিন্তু d¹⁰ আয়নের জন্য, এই বিভাজন অযুগ্ম ইলেকট্রন বা প্যারাম্যাগনেটিজমের দিকে পরিচালিত করে না।

IUPAC সংজ্ঞা অনুযায়ী, সন্ধিগত মৌলগুলি হল সেইগুলি যাদের ভূমি অবস্থা বা তাদের যেকোনো সাধারণ জারণ অবস্থায় অসম্পূর্ণ ভর্তি d-কক্ষক থাকে।

• ইলেকট্রন বিন্যাস: জিঙ্কের ভূমি অবস্থায় একটি সম্পূর্ণ ভর্তি 3d¹⁰ উপকক্ষ থাকে। এর একমাত্র সাধারণ এবং স্থিতিশীল +2 জারণ অবস্থায়, এটি দুটি 4s ইলেকট্রন হারিয়ে Zn²⁺ গঠন করে, যার বিন্যাস হল [Ar] 3d¹⁰। যেহেতু ভূমি অবস্থা বা +2 জারণ অবস্থা কোনোটিতেই অসম্পূর্ণ ভর্তি d-কক্ষক নেই, তাই জিঙ্ক একটি সন্ধিগত মৌলের IUPAC সংজ্ঞা পূরণ করে না।
• বৈশিষ্ট্য: এই ইলেকট্রন বিন্যাস (3d¹⁰) জিঙ্ককে সাধারণ সন্ধিগত মৌলগুলি থেকে আলাদা করে এমন কয়েকটি বৈশিষ্ট্যের দিকে পরিচালিত করে:
  1. পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা: বেশিরভাগ সন্ধিগত মৌল d-ইলেকট্রনগুলির অংশগ্রহণের কারণে একাধিক জারণ অবস্থা প্রদর্শন করলেও, জিঙ্ক শুধুমাত্র একটি +2 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
  2. যৌগের রঙ: জিঙ্ক যৌগগুলি সাধারণত কঠিন অবস্থায় বা দ্রবণে বর্ণহীন (সাদা) হয় কারণ d-d ইলেকট্রনীয় ট্রানজিশনের জন্য কোনো অযুগ্ম d-ইলেকট্রন থাকে না, যা বেশিরভাগ সন্ধিগত ধাতব যৌগে রঙের জন্য দায়ী।
  3. অনুঘটকীয় কার্যকলাপ: সাধারণ সন্ধিগত ধাতুগুলি তাদের পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা এবং অস্থায়ী মধ্যবর্তী যৌগ গঠনের ক্ষমতার কারণে প্রায়শই অনুঘটক হিসাবে কাজ করে। জিঙ্ক, প্রধানত একটি +2 অবস্থায় সীমাবদ্ধ থাকায়, প্রকৃত সন্ধিগত ধাতুগুলির তুলনায় সীমিত অনুঘটকীয় কার্যকলাপ প্রদর্শন করে।

b) লঘু হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড সহ জিঙ্ক অক্সাইড: জিঙ্ক অক্সাইড একটি উভধর্মী অক্সাইড। এটি অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে একটি লবণ এবং জল উৎপন্ন করে। ZnO(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂O(l)

১. ইলেকট্রন বিন্যাস:

• জিঙ্কের পারমাণবিক সংখ্যা 30। এর ভূমি অবস্থায় ইলেকট্রন বিন্যাস হল [Ar] 3d¹⁰ 4s²।
• এর সাধারণ এবং স্থিতিশীল জারণ অবস্থায়, জিঙ্ক তার দুটি 4s ইলেকট্রন হারিয়ে Zn²⁺ আয়ন গঠন করে। Zn²⁺ এর ইলেকট্রন বিন্যাস হল [Ar] 3d¹⁰।

২. যৌগগুলির রঙ (সাদা):

• বেশিরভাগ সন্ধিগত ধাতব যৌগে রঙ d-d ইলেকট্রনীয় ট্রানজিশন থেকে উদ্ভূত হয়। যখন একটি অসম্পূর্ণ ভর্তি d-উপকক্ষ সহ একটি সন্ধিগত ধাতব আয়নকে লিগ্যান্ড ফিল্ডে (যেমন, একটি জটিল যৌগ বা একটি ক্রিস্টাল ল্যাটিসে) স্থাপন করা হয়, তখন d-কক্ষকগুলি বিভিন্ন শক্তি স্তরে বিভক্ত হয়।
• ইলেকট্রনগুলি দৃশ্যমান আলোর নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণ করে একটি নিম্ন শক্তির d-কক্ষক থেকে একটি উচ্চ শক্তির d-কক্ষকে লাফিয়ে যেতে পারে (d-d ট্রানজিশন)। যে রঙটি দেখা যায় তা হল শোষিত আলোর পরিপূরক রঙ।
• Zn²⁺ আয়নে (3d¹⁰), d-উপকক্ষটি সম্পূর্ণ ভর্তি। ইলেকট্রনগুলির ট্রানজিশনের জন্য কোনো খালি d-কক্ষক উপলব্ধ নেই। অতএব, d-d ট্রানজিশন সম্ভব নয়।
• ফলস্বরূপ, Zn²⁺ যৌগগুলি d-d ট্রানজিশনের মাধ্যমে দৃশ্যমান আলো শোষণ করে না এবং তাই সাদা বা বর্ণহীন দেখায় কারণ তারা দৃশ্যমান আলোর সমস্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রেরণ বা প্রতিফলিত করে। কিছু জিঙ্ক যৌগে দেখা যে কোনো রঙ লিগ্যান্ড বা অপদ্রব্যের সাথে জড়িত চার্জ ট্রান্সফার ট্রানজিশনের কারণে হতে পারে, তবে Zn²⁺ এর নিজস্ব কারণে নয়।

৩. চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য (ডায়াচুম্বকীয়):

• প্যারাম্যাগনেটিজম এমন পদার্থে ঘটে যাতে এক বা একাধিক অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকে। এই অযুগ্ম ইলেকট্রনগুলির একটি চৌম্বকীয় মুহূর্ত থাকে এবং তারা একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা আকৃষ্ট হয়।
• ডায়াচুম্বকীয়তা এমন পদার্থে ঘটে যেখানে সমস্ত ইলেকট্রন যুগ্ন অবস্থায় থাকে। যুগ্ন ইলেকট্রনগুলির বিপরীত স্পিন থাকে, যা তাদের চৌম্বকীয় মুহূর্তগুলিকে বাতিল করে দেয়। ডায়াচুম্বকীয় পদার্থগুলি একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা দুর্বলভাবে বিকর্ষিত হয়।
• যেহেতু Zn²⁺ আয়নের একটি 3d¹⁰ ইলেকট্রন বিন্যাস রয়েছে, তাই সমস্ত দশটি d-ইলেকট্রন পাঁচটি d-কক্ষকে যুগ্ন অবস্থায় থাকে। Zn²⁺ এ কোনো অযুগ্ম ইলেকট্রন নেই।
• ফলস্বরূপ, জিঙ্ক(II) যৌগগুলি ডায়াচুম্বকীয় হয় কারণ তাদের অযুগ্ম ইলেকট্রনের অভাব রয়েছে।

সংক্ষেপে, Zn²⁺ আয়নের সম্পূর্ণ ভর্তি 3d¹⁰ ইলেকট্রন বিন্যাসই হল মৌলিক কারণ কেন জিঙ্ক(II) যৌগগুলি সাধারণত সাদা (d-d ট্রানজিশনের অনুপস্থিতির কারণে) এবং ডায়াচুম্বকীয় (অযুগ্ম ইলেকট্রনের অনুপস্থিতির কারণে) হয়।