जस्ताचा (Zn) परिचय
जस्त हे चांदीसारखे पांढरे धातूसदृश मूलद्रव्य आहे, जे Zn या चिन्हाने ओळखले जाते. त्याचा अणुक्रमांक 30 आहे आणि ते आवर्त सारणीतील गट 12 (डी-ब्लॉक मूलद्रव्ये किंवा संक्रमण धातू) आणि आवर्त 4 मध्ये येते. जस्त एक महत्त्वाचा औद्योगिक धातू आहे, ज्याचा उपयोग विविध क्षेत्रांमध्ये होतो. भारतात, लोखंड आणि स्टीलला गंज लागण्यापासून रोखण्यासाठी जस्ताचा वापर गॅल्व्हनीकरण प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणात केला जातो, जी प्रक्रिया छतावरील पत्रे आणि कुंपणासाठी सामान्य आहे. पितळ (brass) सारख्या मिश्रधातूंचाही हा एक महत्त्वाचा घटक आहे, ज्याचा वापर पारंपरिकपणे भांडी आणि सजावटीच्या वस्तू बनवण्यासाठी केला जातो. याशिवाय, जस्त हे जैविक कार्यांसाठी एक आवश्यक सूक्ष्म-मूलद्रव्य आहे, जे डाळी, सुकामेवा आणि संपूर्ण धान्य यांसारख्या अनेक सामान्य भारतीय खाद्यपदार्थांमध्ये आढळते.
जस्ताचा अणुक्रमांक आणि वस्तुमान संख्या
मूलद्रव्याचा अणुक्रमांक (Z) अणुच्या केंद्रकामध्ये असलेल्या प्रोटॉनची एकूण संख्या दर्शवतो. जस्तासाठी, अणुक्रमांक (Z) 30 आहे. याचा अर्थ जस्ताच्या प्रत्येक तटस्थ अणुमध्ये 30 प्रोटॉन असतात.
वस्तुमान संख्या (A) म्हणजे अणुच्या केंद्रकातील प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची एकूण संख्या. जस्ताचा सर्वात सामान्य समस्थानिक (isotope) जस्त-65 आहे. म्हणून, त्याची वस्तुमान संख्या (A) 65 आहे.
जस्त-65 मधील उपअणू कणांची संख्या
जस्त-65 च्या तटस्थ अणुसाठी:
- प्रोटॉनची संख्या: प्रोटॉनची संख्या अणुक्रमांकाएवढी असते.
- प्रोटॉन = 30
- इलेक्ट्रॉनची संख्या: तटस्थ अणुमध्ये, विद्युत तटस्थता राखण्यासाठी इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते.
- इलेक्ट्रॉन = 30
- न्यूट्रॉनची संख्या: न्यूट्रॉनची संख्या वस्तुमान संख्येतून अणुक्रमांक वजा करून काढता येते.
- न्यूट्रॉन = वस्तुमान संख्या (A) - अणुक्रमांक (Z)
- न्यूट्रॉन = 65 - 30 = 35
अशा प्रकारे, जस्त-65 च्या तटस्थ अणुमध्ये 30 प्रोटॉन, 30 इलेक्ट्रॉन आणि 35 न्यूट्रॉन असतात.
जस्ताची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना अणुच्या अणु कक्षांमध्ये (atomic orbitals) इलेक्ट्रॉनची मांडणी दर्शवते. जस्तासाठी, 30 इलेक्ट्रॉनसह, इलेक्ट्रॉन संरचना औफबाऊ सिद्धांत (Aufbau principle), हुंडचा नियम (Hund’s rule) आणि पॉलीचा अपवर्जन सिद्धांत (Pauli’s exclusion principle) यांचे पालन करते.
तटस्थ जस्त अणुची (Z=30) पूर्ण इलेक्ट्रॉन संरचना अशी आहे: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}$
पर्यायाने, उत्कृष्ट वायू (noble gas) संकेतानुसार, संक्षिप्त इलेक्ट्रॉन संरचना अशी आहे: $[Ar] 4s^2 3d^{10}$
ही संरचना दर्शवते की पहिले 18 इलेक्ट्रॉन आर्गॉनच्या संरचनेपर्यंत कक्षा भरतात. उरलेले 12 इलेक्ट्रॉन नंतर 4s कक्षेमध्ये पूर्णपणे (2 इलेक्ट्रॉन) आणि त्यानंतर 3d कक्षेमध्ये पूर्णपणे (10 इलेक्ट्रॉन) भरतात. $3d^{10}$ संरचना पूर्णपणे भरलेली आणि स्थिर डी-उप-कक्षा (d-subshell) दर्शवते.
जस्ताचे संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन हे अणुच्या सर्वात बाहेरील कवचात (outermost shell) असलेले इलेक्ट्रॉन असतात आणि ते प्रामुख्याने रासायनिक बंधात (chemical bonding) सामील असतात. जस्तासाठी, 4s उप-कक्षा भरल्यानंतर 3d उप-कक्षा भरली असली तरी, 4s इलेक्ट्रॉननाच संयुजा इलेक्ट्रॉन मानले जाते. कारण 4s कक्षा सर्वोच्च मुख्य ऊर्जा पातळीवर (n=4) असते आणि त्यामुळे ती सर्वात बाहेरील कवच आहे.
जस्तामध्ये 2 संयुजा इलेक्ट्रॉन असतात, जे 4s कक्षेत असतात. हे दोन इलेक्ट्रॉन रासायनिक अभिक्रियांमध्ये सहज गमावले जातात आणि स्थिर $Zn^{2+}$ आयन तयार करतात, ज्यात आभासी-उत्कृष्ट वायू संरचना ($[Ar] 3d^{10}$) असते. पूर्णपणे भरलेली 3d उप-कक्षा $Zn^{2+}$ आयनच्या सापेक्ष स्थिरतेला योगदान देते.