झिंक (Zn) - रासायनिक गुणधर्म आणि अभिक्रिया

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

झिंक (Zn) हे अणुक्रमांक 30 असलेले d-ब्लॉक मूलद्रव्य आहे. ते परिवर्तनीय ऑक्सिडेशन स्थिती दर्शवते, परंतु त्याच्या स्थिर $d^\{10\}$ इलेक्ट्रॉनिक संरचनेमुळे ते प्रामुख्याने +2 ऑक्सिडेशन स्थितीत आढळते.

• अभिक्रियाशीलता श्रेणीतील स्थान: झिंकला विद्युतरासायनिक (अभिक्रियाशीलता) श्रेणीमध्ये हायड्रोजनच्या वर ठेवले आहे, जे सौम्य आम्ल आणि वाफेतून हायड्रोजन विस्थापित करण्याची त्याची क्षमता दर्शवते.
• विद्युतऋणता (Electronegativity): पॉलिंग स्केलवरील त्याची विद्युतऋणता अंदाजे 1.65 आहे, जी अधिक विद्युतऋण मूलद्रव्यांसोबत सहसंयुज बंध (covalent bonds) तयार करण्याच्या प्रवृत्तीचे सूचन करते, जरी ते +2 स्थितीत प्रामुख्याने आयनिक संयुगे (ionic compounds) बनवते.
• सामान्य अभिक्रियाशीलता: झिंक हे मध्यम क्रियाशील धातू आहे. ते उभयधर्मी (amphoteric) आहे, आम्ल आणि तीव्र अल्कली (bases) दोन्हीशी अभिक्रिया करून हायड्रोजन वायू तयार करते. ते सहजपणे त्याचे दोन संयुजा इलेक्ट्रॉन (valence electrons) गमावून $Zn^\{2+\}$ आयन तयार करते.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

उष्णता दिल्यावर झिंक हवा/ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करून झिंक ऑक्साईड बनवते. सामान्य तापमानावर, त्याच्या पृष्ठभागावर झिंक ऑक्साईडचा एक पातळ, संरक्षक थर तयार होतो, ज्यामुळे पुढील गंज (गंजणे) थांबते (निष्क्रियीकरण - passivation).

• हवा/ऑक्सिजनशी अभिक्रिया (उष्णता दिल्यावर): $2Zn(s) + O_2(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} 2ZnO(s)$ (झिंक ऑक्साईड गरम असताना पिवळे असते आणि थंड झाल्यावर पांढरे होते.)

पाणी आणि वाफेची क्रिया

झिंकची पाण्यासोबतची अभिक्रिया तापमानावर अवलंबून असते.

• थंड पाण्यासोबतची अभिक्रिया: झिंक थंड किंवा उकळलेल्या पाण्याशी अभिक्रिया करत नाही.
• वाफेशी अभिक्रिया: लाल-गरम होईपर्यंत तापवल्यावर, झिंक वाफेशी अभिक्रिया करून झिंक ऑक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार करते. $Zn(s) + H_2O(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} ZnO(s) + H_2(g)$

आम्ल आणि अल्कलीची क्रिया

झिंक, एक उभयधर्मी धातू असल्यामुळे, आम्ल आणि तीव्र अल्कली (bases) दोन्हीशी अभिक्रिया करते.

आम्लांची क्रिया

झिंक सौम्य आम्लांशी अभिक्रिया करून हायड्रोजन वायू तयार करते. ऑक्सिडीकरण करणाऱ्या आम्लांसोबत, आम्लाच्या सांद्रतेनुसार उत्पादने बदलतात.

• सौम्य हायड्रोक्लोरिक आम्लासोबत (HCl): $Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)$
• सौम्य सल्फ्युरिक आम्लासोबत (H_2SO_4): $Zn(s) + H_2SO_4(aq) \rightarrow ZnSO_4(aq) + H_2(g)$
• अत्यंत सौम्य नायट्रिक आम्लासोबत (HNO_3): $4Zn(s) + 10HNO_3(very\ dilute) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2(aq) + NH_4NO_3(aq) + 3H_2O(l)$ (टीप: नायट्रेटच्या क्षपणाचे (reduction) उत्पादन सांद्रतेनुसार बदलते. कमी सौम्य $HNO_3$ सोबत, $NO$ किंवा $N_2O$ सारखे नायट्रोजनचे ऑक्साईड तयार होऊ शकतात.)
• संघनित सल्फ्युरिक आम्लासोबत (H_2SO_4) (गरम): $Zn(s) + 2H_2SO_4(conc.) \rightarrow ZnSO_4(aq) + SO_2(g) + 2H_2O(l)$
• संघनित नायट्रिक आम्लासोबत (HNO_3) (गरम): $Zn(s) + 4HNO_3(conc.) \rightarrow Zn(NO_3)_2(aq) + 2NO_2(g) + 2H_2O(l)$

अल्कलींची क्रिया (Bases)

झिंक तीव्र अल्कली (उदा. $NaOH, KOH$) शी अभिक्रिया करून विद्रव्य झिंकेट संकुल (complexes) आणि हायड्रोजन वायू तयार करते.

• सोडियम हायड्रॉक्साईडसोबत (NaOH): $Zn(s) + 2NaOH(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4](aq) + H_2(g)$ (सोडियम टेट्राहायड्रॉक्सोझिंकेट(II))

$Zn^\{2+\}$ आयनांसाठी महत्त्वाच्या प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळख अभिक्रिया

$Zn^\{2+\}$ आयनांची ओळख सामान्यतः गुणात्मक विश्लेषणामध्ये (qualitative analysis) विशिष्ट अभिकर्मकांसोबतच्या त्यांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण अभिक्रियांवरून केली जाते.

• सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) द्रावणासोबतची अभिक्रिया:
  • निरीक्षण: एक पांढरा जिलेटिनस अवक्षेप (precipitate) तयार होतो, जो जास्त प्रमाणात सोडियम हायड्रॉक्साईड द्रावणात विद्रव्य असतो.
  • समीकरणे:
    1. $Zn^\{2+\}(aq) + 2OH^-(aq) \rightarrow Zn(OH)_2(s)$ (झिंक हायड्रॉक्साईडचा पांढरा अवक्षेप)
    2. $Zn(OH)_2(s) + 2OH^-(aq) \rightarrow [Zn(OH)_4]^\{2-\}(aq)$ (विद्रव्य, रंगहीन टेट्राहायड्रॉक्सोझिंकेट(II) संकुल आयन)
• अमोनियम हायड्रॉक्साईड (NH_4OH) द्रावणासोबतची अभिक्रिया:
  • निरीक्षण: एक पांढरा जिलेटिनस अवक्षेप तयार होतो, जो जास्त प्रमाणात अमोनियम हायड्रॉक्साईड द्रावणात विद्रव्य असतो.
  • समीकरणे:
    1. $Zn^\{2+\}(aq) + 2NH_4OH(aq) \rightarrow Zn(OH)_2(s) + 2NH_4^+(aq)$ (झिंक हायड्रॉक्साईडचा पांढरा अवक्षेप)
    2. $Zn(OH)_2(s) + 4NH_3(aq) \rightarrow [Zn(NH_3)_4]^\{2+\}(aq) + 2OH^-(aq)$ (विद्रव्य, रंगहीन टेट्राअमाइनझिंक(II) संकुल आयन)
• अल्कधर्मी माध्यमात हायड्रोजन सल्फाईड (H_2S) वायू सोबतची अभिक्रिया:
  • निरीक्षण: जेव्हा तटस्थ किंवा अमोनियायुक्त (अल्कधर्मी) $Zn^\{2+\}$ आयन असलेल्या द्रावणातून $H_2S$ वायू जातो, तेव्हा झिंक सल्फाईडचा पांढरा अवक्षेप तयार होतो. आम्लयुक्त माध्यमात कोणताही अवक्षेप तयार होत नाही.
  • समीकरण: $Zn^\{2+\}(aq) + H_2S(g) + 2NH_4OH(aq) \rightarrow ZnS(s) + 2NH_4^+(aq) + 2H_2O(l)$ (झिंक सल्फाईडचा पांढरा अवक्षेप)