जिंक (Zn) का रसायन विज्ञान - अभ्यास प्रश्न

स्पष्टीकरण:

• A) जिंक +2 की एकल स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। यह सही है। अपने यौगिकों में, जिंक लगभग विशेष रूप से +2 ऑक्सीकरण अवस्था दिखाता है, जहाँ इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ar] 3d¹⁰ हो जाता है।
• B) जिंक d-ब्लॉक तत्वों के समूह 12 से संबंधित है। यह सही है। जिंक (परमाणु संख्या 30) समूह 12 का पहला तत्व है, जिसके बाद कैडमियम और पारा आते हैं।
• C) जिंक d-d संक्रमणों के कारण रंगीन यौगिक बनाता है। यह गलत है। +2 ऑक्सीकरण अवस्था में, जिंक में पूरी तरह से भरा हुआ d-उपकोश (3d¹⁰) होता है। चूंकि संक्रमण के लिए कोई खाली d-कक्षक उपलब्ध नहीं हैं, इसलिए d-d इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण संभव नहीं हैं। इसलिए, अधिकांश जिंक यौगिक प्रतिचुंबकीय और रंगहीन होते हैं।
• D) जिंक धातु अम्ल और प्रबल क्षार दोनों के साथ अभिक्रिया करती है। यह सही है। जिंक एक उभयधर्मी धातु है। यह हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए अम्लों के साथ अभिक्रिया करती है (उदाहरण के लिए, Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂) और जिंकेट बनाने के लिए प्रबल क्षारकों के साथ अभिक्रिया करती है (उदाहरण के लिए, Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂)।

स्पष्टीकरण: धातुओं की नाइट्रिक अम्ल के साथ अभिक्रिया जटिल होती है और यह अम्ल की सांद्रता, धातु की सक्रियता और तापमान पर निर्भर करती है।

• अत्यंत तनु नाइट्रिक अम्ल जिंक जैसी सक्रिय धातुओं के साथ अभिक्रिया करके नाइट्रस ऑक्साइड (N₂O) बनाता है। 4Zn + 10HNO₃ (अत्यंत तनु) → 4Zn(NO₃)₂ + 5H₂O + N₂O
• तनु नाइट्रिक अम्ल अक्सर नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) या अत्यंत सक्रिय धातुओं के साथ हाइड्रोजन गैस भी उत्पन्न करता है। 3Zn + 8HNO₃ (तनु) → 3Zn(NO₃)₂ + 4H₂O + 2NO
• सांद्र नाइट्रिक अम्ल आमतौर पर नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (NO₂) बनाता है। Zn + 4HNO₃ (सांद्र) → Zn(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂ हालांकि, तनु नाइट्रिक अम्ल और जिंक के साथ, N₂O का निर्माण मध्यम तनुता के लिए एक सामान्य अवलोकन है। अत्यंत तनु नाइट्रिक अम्ल के लिए, H₂ का उत्पादन हो सकता है, लेकिन N₂O जिंक जैसी मध्यम सक्रिय धातुओं के लिए मध्यम तनुता स्थितियों की अधिक विशेषता है। दिए गए विकल्पों में, N₂O जिंक के साथ तनु नाइट्रिक अम्ल के लिए एक प्राथमिक उत्पाद है।

स्पष्टीकरण:

• A) जिंक ब्लेंड (स्फैलेराइट): यह जिंक सल्फाइड (ZnS) है, जो दुनिया भर में जिंक का सबसे महत्वपूर्ण अयस्क है।
• B) कैलामाइन: यह जिंक कार्बोनेट (ZnCO₃) को संदर्भित करता है, जिसे स्मिथोसोनाइट भी कहा जाता है। यह जिंक का एक महत्वपूर्ण अयस्क है। (नोट: ऐतिहासिक रूप से, कैलामाइन शब्द जिंक ऑक्साइड और फेरिक ऑक्साइड के मिश्रण को भी संदर्भित करता था, लेकिन धातु विज्ञान में, यह आमतौर पर ZnCO₃ को संदर्भित करता है)।
• C) जिंकाइट: यह जिंक ऑक्साइड (ZnO) है, जो जिंक का एक और महत्वपूर्ण अयस्क है।
• D) बॉक्साइट: बॉक्साइट एल्यूमीनियम का एक अयस्क है, जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रेटेड एल्यूमीनियम ऑक्साइड जैसे गिबसाइट (Al(OH)₃), बोहेमाइट (γ-AlO(OH)), और डायस्पोर (α-AlO(OH)) शामिल होते हैं। इसमें जिंक नहीं होता है।

स्पष्टीकरण:

• अभिकथन (A) सत्य है। संक्रमण तत्वों के लिए IUPAC परिभाषा कहती है कि वे ऐसे तत्व हैं जिनके मूल अवस्था में या उनकी किसी भी सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था में अधूरे भरे हुए d-कक्षक होते हैं।
• कारण (R) भी सत्य है और A की सही व्याख्या करता है। जिंक का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ar] 3d¹⁰ 4s² है। इसकी सबसे सामान्य और स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था +2 में, यह दो 4s इलेक्ट्रॉनों को खोकर [Ar] 3d¹⁰ विन्यास में परिणत होता है। चूंकि न तो मूल अवस्था और न ही +2 ऑक्सीकरण अवस्था में अधूरे भरे हुए d-कक्षक होते हैं, इसलिए जिंक संक्रमण तत्व की परिभाषा में फिट नहीं बैठता है, भले ही यह एक d-ब्लॉक तत्व है।

स्पष्टीकरण:

• अभिकथन (A) सत्य है। जिंक अपनी सामान्य +2 ऑक्सीकरण अवस्था में 3d¹⁰ विन्यास रखता है। d-कक्षकों में सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित होते हैं, जिससे कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं बचता है। इसलिए, जिंक यौगिक प्रतिचुंबकीय होते हैं।
• कारण (R) भी सत्य है। जिंक(II) एक d¹⁰ आयन है और यह विभिन्न लिगेंड, जिनमें प्रबल क्षेत्र लिगेंड भी शामिल हैं (उदाहरण के लिए, [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Zn(CN)₄]²⁻) के साथ चतुष्फलकीय या अष्टफलकीय संकुल बना सकता है।
• हालांकि, कारण (प्रबल क्षेत्र लिगेंड के साथ संकुल बनाना) प्रतिचुंबकीय प्रकृति की व्याख्या नहीं करता है। प्रतिचुंबकत्व Zn²⁺ आयन में पूरी तरह से भरे हुए d-उपकोश (3d¹⁰) से उत्पन्न होता है, जिसका अर्थ है कि कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं हैं, लिगेंड की प्रबलता से स्वतंत्र। प्रबल क्षेत्र लिगेंड क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन को प्रभावित करते हैं, लेकिन d¹⁰ आयनों के लिए, यह विपाटन अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों या अनुचुंबकत्व का कारण नहीं बनता है।

IUPAC परिभाषा के अनुसार, संक्रमण तत्व वे होते हैं जिनके मूल अवस्था में या उनकी किसी भी सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था में अधूरे भरे हुए d-कक्षक होते हैं।

• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: अपनी मूल अवस्था में, जिंक में पूरी तरह से भरा हुआ 3d¹⁰ उपकोश होता है। अपनी एकमात्र सामान्य और स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था, +2, में, यह Zn²⁺ बनाने के लिए दो 4s इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, जिसका विन्यास [Ar] 3d¹⁰ होता है। चूंकि न तो मूल अवस्था और न ही +2 ऑक्सीकरण अवस्था में अधूरे भरे हुए d-कक्षक होते हैं, इसलिए जिंक संक्रमण तत्व की IUPAC परिभाषा को पूरा नहीं करता है।
• गुण: यह इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (3d¹⁰) कई ऐसे गुणों की ओर ले जाता है जो जिंक को विशिष्ट संक्रमण तत्वों से अलग करते हैं:
  1. परिवर्तनीय ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: अधिकांश संक्रमण तत्वों के विपरीत जो d-इलेक्ट्रॉनों की भागीदारी के कारण कई ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करते हैं, जिंक केवल +2 ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है।
  2. यौगिकों का रंग: जिंक यौगिक आमतौर पर ठोस अवस्था में या विलयन में रंगहीन (सफेद) होते हैं क्योंकि d-d इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों से गुजरने के लिए कोई अयुग्मित d-इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं, जो अधिकांश संक्रमण धातु यौगिकों में रंग के लिए जिम्मेदार होते हैं।
  3. उत्प्रेरक गतिविधि: विशिष्ट संक्रमण धातुएँ अक्सर अपनी परिवर्तनीय ऑक्सीकरण अवस्थाओं और अस्थिर मध्यवर्ती बनाने की क्षमता के कारण उत्प्रेरक के रूप में कार्य करती हैं। जिंक, मुख्य रूप से +2 अवस्था तक सीमित होने के कारण, वास्तविक संक्रमण धातुओं की तुलना में सीमित उत्प्रेरक गतिविधि प्रदर्शित करता है।

b) जिंक ऑक्साइड की तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया: जिंक ऑक्साइड एक उभयधर्मी ऑक्साइड है। यह अम्ल के साथ अभिक्रिया करके लवण और जल बनाता है। ZnO(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂O(l)

1. इलेक्ट्रॉनिक विन्यास:

   • जिंक की परमाणु संख्या 30 है। इसका मूल अवस्था इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ar] 3d¹⁰ 4s² है।
   • अपनी सामान्य और स्थिर ऑक्सीकरण अवस्था में, जिंक अपने दो 4s इलेक्ट्रॉनों को खोकर Zn²⁺ आयन बनाता है। Zn²⁺ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ar] 3d¹⁰ है।

2. यौगिकों का रंग (सफेद):

   • अधिकांश संक्रमण धातु यौगिकों में रंग d-d इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों से उत्पन्न होता है। जब एक अधूरे भरे हुए d-उपकोश वाला संक्रमण धातु आयन एक लिगेंड क्षेत्र में (उदाहरण के लिए, एक संकुल में या एक क्रिस्टल जालक में) रखा जाता है, तो d-कक्षक विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित हो जाते हैं।
   • इलेक्ट्रॉन निचले ऊर्जा वाले d-कक्षक से उच्च ऊर्जा वाले d-कक्षक (d-d संक्रमण) में जाने के लिए दृश्य प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को अवशोषित कर सकते हैं। देखा गया रंग अवशोषित प्रकाश का पूरक रंग होता है।
   • Zn²⁺ आयन (3d¹⁰) में, d-उपकोश पूरी तरह से भरा हुआ होता है। इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के लिए कोई खाली d-कक्षक उपलब्ध नहीं होते हैं। इसलिए, d-d संक्रमण संभव नहीं हैं।
   • परिणामस्वरूप, Zn²⁺ यौगिक d-d संक्रमणों के माध्यम से दृश्य प्रकाश को अवशोषित नहीं करते हैं और इस प्रकार सफेद या रंगहीन दिखाई देते हैं क्योंकि वे दृश्य प्रकाश की सभी तरंग दैर्ध्य को संचारित या परावर्तित करते हैं। कुछ जिंक यौगिकों में देखा गया कोई भी रंग लिगेंड या अशुद्धियों से जुड़े आवेश अंतरण संक्रमणों के कारण हो सकता है, लेकिन Zn²⁺ के कारण नहीं।

3. चुंबकीय गुण (प्रतिचुंबकीय):

   • अनुचुंबकत्व उन पदार्थों में होता है जिनमें एक या एक से अधिक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। इन अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों में एक चुंबकीय आघूर्ण होता है और वे एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ओर आकर्षित होते हैं।
   • प्रतिचुंबकत्व उन पदार्थों में होता है जहाँ सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित होते हैं। युग्मित इलेक्ट्रॉनों में विपरीत चक्रण होते हैं, जो उनके चुंबकीय आघूर्णों को रद्द कर देते हैं। प्रतिचुंबकीय पदार्थ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा दुर्बल रूप से प्रतिकर्षित होते हैं।
   • चूंकि Zn²⁺ आयन में 3d¹⁰ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास होता है, इसलिए सभी दस d-इलेक्ट्रॉन पाँच d-कक्षकों में युग्मित होते हैं। Zn²⁺ में कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं।
   • परिणामस्वरूप, जिंक(II) यौगिक प्रतिचुंबकीय होते हैं क्योंकि उनमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है।

संक्षेप में, Zn²⁺ आयन का पूरी तरह से भरा हुआ 3d¹⁰ इलेक्ट्रॉनिक विन्यास वह मूलभूत कारण है कि जिंक(II) यौगिक आमतौर पर सफेद (d-d संक्रमणों की अनुपस्थिति के कारण) और प्रतिचुंबकीय (अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति के कारण) होते हैं।