ઝિંક (Zn): ગુણધર્મો, પ્રતિક્રિયાઓ અને ઉપયોગો | CBSE/JEE પુનરાવર્તન

ઝિંક (Zn) નો પરિચય

ઝિંક (Zn) એક ભૂરા-સફેદ, ચમકદાર ધાતુ છે, જે આધુનિક ઉદ્યોગ અને જૈવિક પ્રણાલીઓ માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. તેની એપ્લિકેશનો સ્ટીલના કાટ-રક્ષણથી લઈને જીવંત જીવોમાં આવશ્યક સૂક્ષ્મ પોષકતત્ત્વ તરીકેની તેની ભૂમિકા સુધીની છે. તેના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને સમજવું ઉચ્ચ શાળાની રસાયણશાસ્ત્રની પરીક્ષાઓ માટે પાયાનું છે.

CBSE/JEE ક્વિક રિવિઝન નોટ્સ

• પરમાણુ પ્રતીક: Zn
• પરમાણુ ક્રમાંક: 30
• પરમાણુ દળ: 65.38 u
• સમૂહ: 12 (IIB)
• આવર્ત: 4
• બ્લોક: d-બ્લોક તત્વ (જોકે તેની સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં તેના સંપૂર્ણ d-કક્ષકને કારણે તેને ઘણીવાર પોસ્ટ-ટ્રાન્ઝિશન ધાતુ ગણવામાં આવે છે).
• સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +2 (હંમેશા Zn²⁺ આયનો બનાવે છે).
• ઓરડાના તાપમાને ભૌતિક અવસ્થા: ઘન
• પ્રકૃતિ: ઓરડાના તાપમાને બરડ ધાતુ; 100-150°C પર નમનીય બને છે.
• પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ (Zn²⁺/Zn): -0.76 V (અત્યંત ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ, સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે).

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

• ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રોન રચના: [Ar] 3d¹⁰ 4s²
• Zn²⁺ આયનની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના: [Ar] 3d¹⁰
  • તેના પરમાણુ અને સામાન્ય આયનીય અવસ્થા (Zn²⁺) બંનેમાં સંપૂર્ણ 3d¹⁰ કક્ષક ઝિંકને લાક્ષણિક સંક્રાંતિ ધાતુઓથી અલગ પાડે છે, જેના કારણે કેટલાક વર્ગીકરણ તેને પોસ્ટ-ટ્રાન્ઝિશન ધાતુ અથવા મુખ્ય સમૂહ ધાતુ તરીકે ઓળખાવે છે.
• બંધન: મુખ્યત્વે અધાતુઓ સાથે આયનીય સંયોજનો બનાવે છે (દા.ત., ZnO, ZnS, ZnCl₂). તે ખાલી કક્ષકોની ઉપલબ્ધતા અને d-બ્લોક તત્વ માટે તેના નાના કદને કારણે સહસંયોજક સંયોજનો અને વિવિધ સંકુલ આયનો પણ બનાવી શકે છે.
• સંકલન સંખ્યા: સામાન્ય રીતે 4 (ચતુષ્ફલકીય સંકુલ, દા.ત., [Zn(NH₃)₄]²⁺) અને ક્યારેક 6 (અષ્ટફલકીય સંકુલ, દા.ત., [Zn(H₂O)₆]²⁺) ની સંકલન સંખ્યા દર્શાવે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

ઝિંકની પ્રતિક્રિયાત્મકતા તેના ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ સ્વભાવ અને ઉભયધર્મી વર્તન દ્વારા વર્ગીકૃત થાય છે.

1. હવા/ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયા

• ઓરડાના તાપમાને: તેની સપાટી પર ઝિંક ઓક્સાઇડ (ZnO) નું રક્ષણાત્મક નિષ્ક્રિય સ્તર બનાવે છે, જે વધુ કાટને અટકાવે છે.
• ગરમ કરવા પર: વાદળી-લીલી જ્યોત સાથે હવામાં સળગીને ઝિંક ઓક્સાઇડ બનાવે છે. 2Zn(s) + O_\{2\}(g) \rightarrow 2ZnO(s)

2. એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા

• મંદ બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HCl, H₂SO₄) સાથે: હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે. Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_\{2\}(aq) + H_\{2\}(g) Zn(s) + H_\{2\}SO_\{4\}(\text\{dilute\}) \rightarrow ZnSO_\{4\}(aq) + H_\{2\}(g)
• સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે: સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. Zn(s) + 2H_\{2\}SO_\{4\}(\text\{conc\}) \rightarrow ZnSO_\{4\}(aq) + SO_\{2\}(g) + 2H_\{2\}O(l)
• મંદ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે: સાંદ્રતાના આધારે નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડ અથવા નાઇટ્રસ ઓક્સાઇડ બનાવે છે. 3Zn(s) + 8HNO_\{3\}(\text\{dilute\}) \rightarrow 3Zn(NO_\{3\})_\{2\}(aq) + 2NO(g) + 4H_\{2\}O(l)
• સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ સાથે: નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ બનાવે છે. Zn(s) + 4HNO_\{3\}(\text\{conc\}) \rightarrow Zn(NO_\{3\})_\{2\}(aq) + 2NO_\{2\}(g) + 2H_\{2\}O(l)

3. બેઝ સાથેની પ્રતિક્રિયા (ઉભયધર્મી પ્રકૃતિ)

ઝિંક એક ઉભયધર્મી ધાતુ છે, જે ઝિંકેટ્સ બનાવવા માટે પ્રબળ બેઝ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. Zn(s) + 2NaOH(aq) + 2H_\{2\}O(l) \rightarrow Na_\{2\}[Zn(OH)_\{4\}](aq) + H_\{2\}(g) (સોડિયમ ટેટ્રાહાઈડ્રોક્સોઝિંકેટેટ(II))

4. પાણી/વરાળ સાથેની પ્રતિક્રિયા

• ઠંડા પાણી સાથે: કોઈ પ્રતિક્રિયા નહીં.
• વરાળ સાથે (લાલ ગરમી પર): ઝિંક ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. Zn(s) + H_\{2\}O(g) \rightarrow ZnO(s) + H_\{2\}(g)

5. વિસ્થાપન પ્રતિક્રિયાઓ

ઝિંક, હાઇડ્રોજન અને અન્ય ઘણી ધાતુઓ કરતાં વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ હોવાથી, તેમને તેમના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરી શકે છે.

• Zn(s) + CuSO_\{4\}(aq) \rightarrow ZnSO_\{4\}(aq) + Cu(s)
• Zn(s) + FeSO_\{4\}(aq) \rightarrow ZnSO_\{4\}(aq) + Fe(s) (નોંધપાત્ર પ્રતિક્રિયા માટે ગરમીની જરૂર પડે છે)

6. સંકુલની રચના

ઝિંક આયનો સરળતાથી સ્થિર સંકુલ બનાવે છે, ખાસ કરીને એમોનિયા અને હાઈડ્રોક્સાઇડ આયનો સાથે.

• Zn^\{2\text\{+\}\}(aq) + 4NH_\{3\}(aq) \rightarrow [Zn(NH_\{3\})_\{4\}]^\{2\text\{+\}\}(aq) (ટેટ્રાએમાઈનઝિંક(II) આયન)
• Zn^\{2\text\{+\}\}(aq) + 4OH^\{-\}(aq) \rightarrow [Zn(OH)_\{4\}]^\{2-\}(aq) (ટેટ્રાહાઈડ્રોક્સોઝિંકેટેટ(II) આયન)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

1. ગેલ્વેનાઇઝેશન: સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગ. ઝિંક કોટિંગ સ્ટીલ અને લોખંડને કાટ લાગવાથી બચાવે છે, ભૌતિક અવરોધ અને કેથોડિક સુરક્ષા (બલિદાન એનોડ) બંને પૂરા પાડે છે.
2. મિશ્રધાતુઓ:
   • પિત્તળ: તાંબા (Cu) સાથેની મિશ્રધાતુ, જેનો ઉપયોગ પ્લમ્બિંગ, સંગીતનાં સાધનો અને સુશોભિત વસ્તુઓ માટે વ્યાપકપણે થાય છે.
   • જર્મન સિલ્વર: તાંબા અને નિકલ (Ni) સાથેની મિશ્રધાતુ, જેનો ઉપયોગ કટલરી અને ઘરેણાંમાં થાય છે.
3. બેટરીઓ:
   • ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે સેલ): ઝિંક એનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.
   • આલ્કલાઇન બેટરીઓ: ઝિંક પાવડરનો ઉપયોગ એનોડ તરીકે થાય છે.
   • નિકલ-કેડમિયમ (Ni-Cd) બેટરીઓ: ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં ઝિંક હોઈ શકે છે.
4. ઝિંક ઓક્સાઇડ (ZnO):
   • પેઇન્ટ્સમાં પિગમેન્ટ (ચાઈનીઝ વ્હાઇટ).
   • રબર અને પ્લાસ્ટિકમાં ફિલર.
   • સનસ્ક્રીન અને કોસ્મેટિક ઘટક (યુવી બ્લોકર).
   • મલમમાં એન્ટિસેપ્ટિક.
5. ઝિંક સલ્ફાઇડ (ZnS):
   • કેથોડ રે ટ્યુબ (ટીવી સ્ક્રીન) અને ફ્લોરોસન્ટ લાઇટ માટે ફોસ્ફર્સમાં વપરાય છે.
   • પ્રકાશિત સામગ્રી.
6. ઝિંક ડસ્ટ: કાર્બનિક સંશ્લેષણમાં ઘટાડનાર એજન્ટ.

જૈવિક મહત્વ

1. આવશ્યક ટ્રેસ એલિમેન્ટ: ઝિંક મનુષ્ય, પ્રાણીઓ અને છોડ સહિત તમામ પ્રકારના જીવન માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
2. એન્ઝાઇમ કોફેક્ટર: 300 થી વધુ એન્ઝાઇમ્સને તેમની ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ માટે ઝિંકની જરૂર પડે છે. મુખ્ય ઉદાહરણોમાં શામેલ છે:
   • કાર્બોનિક એનહાઈડ્રેઝ: રક્તમાં CO₂ પરિવહન માટે આવશ્યક.
   • આલ્કોહોલ ડીહાઈડ્રોજેનેઝ: આલ્કોહોલ ચયાપચયમાં સામેલ.
   • ડીએનએ પોલિમરેઝ: ડીએનએ પ્રતિકૃતિ અને સમારકામ માટે નિર્ણાયક.
   • આરએનએ પોલિમરેઝ: જનીન અભિવ્યક્તિ માટે આવશ્યક.
3. પ્રોટીન માળખું: ઘણા પ્રોટીનમાં માળખાકીય ભૂમિકા ભજવે છે, ખાસ કરીને “ઝિંક ફિંગર” મોટિફ્સમાં જે ડીએનએ સાથે જોડાય છે અને જનીન અભિવ્યક્તિને નિયંત્રિત કરે છે.
4. રોગપ્રતિકારક કાર્ય: સ્વસ્થ રોગપ્રતિકારક શક્તિને ટેકો આપે છે.
5. ઘા રૂઝાવવા: પેશીઓના સમારકામ અને કોષ વૃદ્ધિ માટે આવશ્યક.
6. સંવેદનાત્મક કાર્ય: સ્વાદ અને ગંધની ધારણા માટે નિર્ણાયક.

ઝિંકની ઉણપથી વૃદ્ધિમાં અવરોધ, રોગપ્રતિકારક શક્તિમાં ખામી, ત્વચાની સમસ્યાઓ અને ન્યુરોલોજીકલ વિકૃતિઓ થઈ શકે છે.