ઝીંક (Zn) - રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મોનો પરિચય

ઝીંક (Zn) એ પરમાણુ ક્રમાંક 30 ધરાવતું d-બ્લોક તત્વ છે. તે પરિવર્તનશીલ ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે, પરંતુ તેની સ્થિર $d^\{10\}$ ઇલેક્ટ્રોનિક રચનાને કારણે મુખ્યત્વે +2 ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં હોય છે.

• પ્રતિક્રિયાશીલતા શ્રેણીમાં સ્થાન: ઝીંક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ (પ્રતિક્રિયાશીલતા) શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનથી ઉપર સ્થાન ધરાવે છે, જે દર્શાવે છે કે તે મંદ એસિડ અને વરાળમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
• વિદ્યુતઋણતા: પૉલિંગ સ્કેલ પર તેની વિદ્યુતઋણતા આશરે 1.65 છે, જે વધુ વિદ્યુતઋણ તત્વો સાથે સહસંયોજક બંધ બનાવવાની વૃત્તિ સૂચવે છે, જોકે તે મુખ્યત્વે તેના +2 અવસ્થામાં આયોનિક સંયોજનો બનાવે છે.
• સામાન્ય પ્રતિક્રિયાશીલતા: ઝીંક એક મધ્યમ પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ છે. તે ઉભયગુણધર્મી છે, જે એસિડ અને પ્રબળ બેઇઝ બંને સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. તે સરળતાથી તેના બે સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને $Zn^\{2+\}$ આયનો બનાવે છે.

હવા અને ઓક્સિજનની ક્રિયા

ઝીંકને ગરમ કરતાં તે હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઝીંક ઓક્સાઇડ બનાવે છે. ઓરડાના તાપમાને, તેની સપાટી પર ઝીંક ઓક્સાઇડનું એક પાતળું, રક્ષણાત્મક સ્તર બને છે, જે વધુ કાટ લાગતો અટકાવે છે (નિષ્ક્રિયકરણ).

• હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા (ગરમ કરવા પર): $2Zn(s) + O_2(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} 2ZnO(s)$ (ઝીંક ઓક્સાઇડ ગરમ હોય ત્યારે પીળો હોય છે અને ઠંડું પડતાં સફેદ બને છે.)

પાણી અને વરાળની ક્રિયા

પાણી સાથે ઝીંકની પ્રતિક્રિયા તાપમાન પર આધાર રાખે છે.

• ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા: ઝીંક ઠંડા કે ઉકળતા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.
• વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા: જ્યારે ઝીંકને લાલ ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઝીંક ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. $Zn(s) + H_2O(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} ZnO(s) + H_2(g)$

એસિડ અને બેઇઝની ક્રિયા

ઝીંક, ઉભયગુણધર્મી ધાતુ હોવાને કારણે, એસિડ અને પ્રબળ બેઇઝ બંને સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે.

એસિડની ક્રિયા

ઝીંક મંદ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ સાથે, ઉત્પાદનો એસિડની સાંદ્રતાના આધારે બદલાય છે.

• મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) સાથે: $Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)$
• મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H_2SO_4) સાથે: $Zn(s) + H_2SO_4(aq) \rightarrow ZnSO_4(aq) + H_2(g)$
• અત્યંત મંદ નાઇટ્રિક એસિડ (HNO_3) સાથે: $4Zn(s) + 10HNO_3(very\ dilute) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2(aq) + NH_4NO_3(aq) + 3H_2O(l)$ (નોંધ: નાઇટ્રેટના રિડક્શનનું ઉત્પાદન સાંદ્રતા સાથે બદલાય છે. ઓછા મંદ HNO3 સાથે, નાઇટ્રોજનના ઓક્સાઇડ જેવા કે NO અથવા N2O બની શકે છે.)
• સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H_2SO_4) સાથે (ગરમ): $Zn(s) + 2H_2SO_4(conc.) \rightarrow ZnSO_4(aq) + SO_2(g) + 2H_2O(l)$
• સાંદ્ર નાઇટ્રિક એસિડ (HNO_3) સાથે (ગરમ): $Zn(s) + 4HNO_3(conc.) \rightarrow Zn(NO_3)_2(aq) + 2NO_2(g) + 2H_2O(l)$

બેઇઝ (આલ્કલી) ની ક્રિયા

ઝીંક પ્રબળ આલ્કલી (દા.ત., NaOH, KOH) સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને દ્રાવ્ય ઝીંકેટ સંકીર્ણ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે.

• સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) સાથે: $Zn(s) + 2NaOH(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4](aq) + H_2(g)$ (સોડિયમ ટેટ્રાહાઇડ્રોક્સોઝિંકેટ(II))

$Zn^\{2+\}$ આયનો માટેની મુખ્ય પ્રયોગશાળા કસોટી/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

ઝીંક આયનો ($Zn^\{2+\}$) સામાન્ય રીતે ગુણાત્મક વિશ્લેષણમાં ચોક્કસ પ્રક્રિયકો સાથેની તેમની લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઓળખાય છે.

• સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા:
  • અવલોકન: એક સફેદ જેલી જેવો અવક્ષેપ બને છે, જે વધુ પડતા સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય હોય છે.
  • સમીકરણો:
    1. $Zn^\{2+\}(aq) + 2OH^-(aq) \rightarrow Zn(OH)_2(s)$ (ઝીંક હાઇડ્રોક્સાઇડનો સફેદ અવક્ષેપ)
    2. $Zn(OH)_2(s) + 2OH^-(aq) \rightarrow [Zn(OH)_4]^\{2-\}(aq)$ (દ્રાવ્ય, રંગહીન ટેટ્રાહાઇડ્રોક્સોઝિંકેટ(II) સંકીર્ણ આયન)
• એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NH_4OH) દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા:
  • અવલોકન: એક સફેદ જેલી જેવો અવક્ષેપ બને છે, જે વધુ પડતા એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણમાં દ્રાવ્ય હોય છે.
  • સમીકરણો:
    1. $Zn^\{2+\}(aq) + 2NH_4OH(aq) \rightarrow Zn(OH)_2(s) + 2NH_4^+(aq)$ (ઝીંક હાઇડ્રોક્સાઇડનો સફેદ અવક્ષેપ)
    2. $Zn(OH)_2(s) + 4NH_3(aq) \rightarrow [Zn(NH_3)_4]^\{2+\}(aq) + 2OH^-(aq)$ (દ્રાવ્ય, રંગહીન ટેટ્રાએમાઇનઝિંક(II) સંકીર્ણ આયન)
• આલ્કલાઇન માધ્યમમાં હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ (H_2S) વાયુ સાથે પ્રતિક્રિયા:
  • અવલોકન: $Zn^\{2+\}$ આયનો ધરાવતા તટસ્થ અથવા એમોનિયામય (આલ્કલાઇન) દ્રાવણમાંથી H_2S વાયુ પસાર કરવામાં આવે ત્યારે ઝીંક સલ્ફાઇડનો સફેદ અવક્ષેપ બને છે. એસિડિક માધ્યમમાં કોઈ અવક્ષેપ બનતો નથી.
  • સમીકરણ: $Zn^\{2+\}(aq) + H_2S(g) + 2NH_4OH(aq) \rightarrow ZnS(s) + 2NH_4^+(aq) + 2H_2O(l)$ (ઝીંક સલ્ફાઇડનો સફેદ અવક્ષેપ)