जिंक (Zn): गुणधर्म, अभिक्रियाएँ और उपयोग | CBSE/JEE रिविजन

जिंक (Zn) का परिचय

जिंक (Zn) एक नीली-सफेद, चमकदार धातु है, जो आधुनिक उद्योग और जैविक प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अनुप्रयोग स्टील के संक्षारण संरक्षण से लेकर जीवित जीवों में एक आवश्यक सूक्ष्म पोषक तत्व के रूप में इसकी भूमिका तक फैले हुए हैं। इसके रासायनिक और भौतिक गुणों को समझना हाई स्कूल रसायन विज्ञान परीक्षाओं के लिए मूलभूत है।

CBSE/JEE त्वरित पुनरीक्षण नोट्स

• परमाणु प्रतीक: Zn
• परमाणु संख्या: 30
• परमाणु द्रव्यमान: 65.38 u
• समूह: 12 (IIB)
• आवर्त: 4
• ब्लॉक: d-ब्लॉक तत्व (हालांकि इसे अक्सर इसकी सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था में पूर्ण d-कक्षक के कारण एक पश्च-संक्रमण धातु माना जाता है)।
• सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था: +2 (हमेशा Zn^{2+} आयन बनाता है)।
• कमरे के तापमान पर भौतिक अवस्था: ठोस
• प्रकृति: कमरे के तापमान पर भंगुर धातु; 100-150°C पर आघातवर्धनीय हो जाती है।
• मानक इलेक्ट्रोड विभव (Zn^{2+}/Zn): -0.76 V (अत्यधिक विद्युतधनात्मक, आसानी से इलेक्ट्रॉन त्यागता है)।

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और बंधन व्यवहार

• मूल अवस्था इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: [Ar] 3d¹⁰ 4s²
• Zn^{2+} आयन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: [Ar] 3d¹⁰
  • इसकी परमाणु और सामान्य आयनिक अवस्था (Zn^{2+}) दोनों में पूर्ण 3d¹⁰ कक्षक जिंक को विशिष्ट संक्रमण धातुओं से अलग करती है, जिसके कारण कुछ वर्गीकरण इसे पश्च-संक्रमण धातु या मुख्य समूह धातु कहते हैं।
• बंधन: मुख्य रूप से अधातुओं के साथ आयनिक यौगिक बनाता है (उदाहरण के लिए, ZnO, ZnS, ZnCl_{2})। यह खाली कक्षकों की उपलब्धता और d-ब्लॉक तत्व के लिए अपने छोटे आकार के कारण सहसंयोजक यौगिक और विभिन्न प्रकार के जटिल आयन भी बना सकता है।
• समन्वय संख्या: आमतौर पर 4 (टेट्राहेड्रल कॉम्प्लेक्स, उदा. [Zn(NH₃)₄]^\{2+\}) और कभी-कभी 6 (ऑक्टाहेड्रल कॉम्प्लेक्स, उदा. [Zn(H₂O)₆]^\{2+\}) की समन्वय संख्या प्रदर्शित करता है।

महत्वपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाएँ

जिंक की अभिक्रियाशीलता इसके विद्युतधनात्मक स्वभाव और उभयधर्मी व्यवहार से विशेषित होती है।

1. वायु/ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया

• कमरे के तापमान पर: इसकी सतह पर जिंक ऑक्साइड (ZnO) की एक सुरक्षात्मक निष्क्रिय परत बनाता है, जो आगे संक्षारण को रोकता है।
• गर्म करने पर: वायु में नीली-हरी लौ के साथ जलकर जिंक ऑक्साइड बनाता है। 2Zn(s) + O₂(g) \rightarrow 2ZnO(s)

2. अम्लों के साथ अभिक्रिया

• तनु अनऑक्सीकारक अम्लों के साथ (जैसे HCl, H₂SO₄): हाइड्रोजन गैस मुक्त करता है। Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_\{2\}(aq) + H₂(g) Zn(s) + H₂SO₄(dilute) \rightarrow ZnSO₄(aq) + H₂(g)
• सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ: सल्फर डाइऑक्साइड गैस उत्पन्न करता है। Zn(s) + 2H₂SO₄(conc) \rightarrow ZnSO₄(aq) + SO_\{2\}(g) + 2H_\{2\}O(l)
• तनु नाइट्रिक अम्ल के साथ: सांद्रता के आधार पर नाइट्रिक ऑक्साइड या नाइट्रस ऑक्साइड बनाता है। 3Zn(s) + 8HNO₃(dilute) \rightarrow 3Zn(NO₃)_\{2\}(aq) + 2NO(g) + 4H_\{2\}O(l)
• सांद्र नाइट्रिक अम्ल के साथ: नाइट्रोजन डाइऑक्साइड बनाता है। Zn(s) + 4HNO₃(conc) \rightarrow Zn(NO₃)_\{2\}(aq) + 2NO_\{2\}(g) + 2H_\{2\}O(l)

3. क्षारों के साथ अभिक्रिया (उभयधर्मी प्रकृति)

जिंक एक उभयधर्मी धातु है, जो प्रबल क्षारों के साथ अभिक्रिया करके जिंकेट बनाती है। Zn(s) + 2NaOH(aq) + 2H_\{2\}O(l) \rightarrow Na_\{2\}[Zn(OH)₄](aq) + H₂(g) (सोडियम टेट्राहाइड्रॉक्सोजिंकेट(II))

4. जल/भाप के साथ अभिक्रिया

• ठंडे पानी के साथ: कोई अभिक्रिया नहीं।
• भाप के साथ (लाल तप्त अवस्था में): जिंक ऑक्साइड और हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करता है। Zn(s) + H_\{2\}O(g) \rightarrow ZnO(s) + H₂(g)

5. विस्थापन अभिक्रियाएँ

जिंक, हाइड्रोजन और कई अन्य धातुओं की तुलना में अधिक अभिक्रियाशील होने के कारण, उन्हें उनके लवण विलयनों से विस्थापित कर सकता है।

• Zn(s) + CuSO₄(aq) \rightarrow ZnSO₄(aq) + Cu(s)
• Zn(s) + FeSO₄(aq) \rightarrow ZnSO₄(aq) + Fe(s) (पर्याप्त अभिक्रिया के लिए गर्म करना आवश्यक है)

6. संकुलों का निर्माण

जिंक आयन आसानी से स्थिर संकुल बनाते हैं, विशेष रूप से अमोनिया और हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ।

• Zn^\{2+\}(aq) + 4NH₃(aq) \rightarrow [Zn(NH₃)₄]^\{2+\}(aq) (टेट्रामीनजिंक(II) आयन)
• Zn^\{2+\}(aq) + 4OH^\{-\}(aq) \rightarrow [Zn(OH)₄]^\{2-\}(aq) (टेट्राहाइड्रॉक्सोजिंकेट(II) आयन)

औद्योगिक और जैविक महत्व

औद्योगिक महत्व

1. गैल्वनीकरण: सबसे महत्वपूर्ण उपयोग। जिंक कोटिंग स्टील और लोहे को भौतिक अवरोध और कैथोडिक संरक्षण (बलिदानी एनोड) दोनों प्रदान करके जंग लगने से बचाती है।
2. मिश्र धातुएँ:
   • पीतल: तांबे (Cu) के साथ मिश्र धातु, व्यापक रूप से पाइपलाइन, संगीत वाद्ययंत्र और सजावटी वस्तुओं के लिए उपयोग की जाती है।
   • जर्मन सिल्वर: तांबे और निकल (Ni) के साथ मिश्र धातु, कटलरी और गहनों में उपयोग की जाती है।
3. बैटरी:
   • शुष्क सेल (लेक्लांशे सेल): जिंक एनोड के रूप में कार्य करता है।
   • क्षारीय बैटरी: जिंक पाउडर का उपयोग एनोड के रूप में किया जाता है।
   • निकल-कैडमियम (Ni-Cd) बैटरी: इलेक्ट्रोड में जिंक हो सकता है।
4. जिंक ऑक्साइड (ZnO):
   • पेंट में वर्णक (चाइनीज व्हाइट)।
   • रबर और प्लास्टिक में भराव।
   • सनस्क्रीन और कॉस्मेटिक घटक (यूवी अवरोधक)।
   • मलहम में एंटीसेप्टिक।
5. जिंक सल्फाइड (ZnS):
   • कैथोड रे ट्यूब (टीवी स्क्रीन) और फ्लोरोसेंट लाइट के लिए फॉस्फर में उपयोग किया जाता है।
   • ल्यूमिनसेंट सामग्री।
6. जिंक डस्ट: कार्बनिक संश्लेषण में अपचायक।

जैविक महत्व

1. आवश्यक ट्रेस तत्व: जिंक सभी प्रकार के जीवन के लिए महत्वपूर्ण है, जिसमें मनुष्य, जानवर और पौधे शामिल हैं।
2. एंजाइम कोफ़ेक्टर: 300 से अधिक एंजाइमों को अपनी उत्प्रेरक गतिविधि के लिए जिंक की आवश्यकता होती है। प्रमुख उदाहरणों में शामिल हैं:
   • कार्बोनिक एनहाइड्रेज़: रक्त में CO_{2} परिवहन के लिए आवश्यक।
   • अल्कोहल डीहाइड्रोजिनेज: अल्कोहल चयापचय में शामिल।
   • DNA पॉलीमरेज़: DNA प्रतिकृति और मरम्मत के लिए महत्वपूर्ण।
   • RNA पॉलीमरेज़: जीन अभिव्यक्ति के लिए आवश्यक।
3. प्रोटीन संरचना: कई प्रोटीनों में एक संरचनात्मक भूमिका निभाता है, विशेष रूप से “जिंक फिंगर” मोटिफ्स में जो DNA से जुड़ते हैं और जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करते हैं।
4. प्रतिरक्षा कार्य: एक स्वस्थ प्रतिरक्षा प्रणाली का समर्थन करता है।
5. घाव भरना: ऊतक मरम्मत और कोशिका वृद्धि के लिए आवश्यक।
6. संवेदी कार्य: स्वाद और गंध की धारणा के लिए महत्वपूर्ण।

जिंक की कमी से बाधित वृद्धि, प्रतिरक्षा शिथिलता, त्वचा संबंधी समस्याएं और तंत्रिका संबंधी विकार हो सकते हैं।