துத்தநாகம் (Zn) - வேதியியல் பண்புகள் மற்றும் வினைகள்

வேதியியல் பண்புகளின் கண்ணோட்டம்

துத்தநாகம் (Zn) என்பது அணு எண் 30 கொண்ட ஒரு d-தொகுதி தனிமம் ஆகும். இது மாறுபட்ட ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலையை வெளிப்படுத்துகிறது, ஆனால் அதன் நிலையான $d^\{10\}$ எலக்ட்ரான் அமைப்பு காரணமாக முதன்மையாக +2 ஆக்ஸிஜனேற்ற நிலையில் காணப்படுகிறது.

• வினைத்திறன் தொடரில் நிலை: துத்தநாகம் மின்வேதியியல் (வினைத்திறன்) தொடரில் ஹைட்ரஜனுக்கு மேலே வைக்கப்பட்டுள்ளது, இது நீர்த்த அமிலங்கள் மற்றும் நீராவியிலிருந்து ஹைட்ரஜனை வெளியேற்றும் திறனைக் குறிக்கிறது.
• எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை: பவுலிங் அளவுகோலில் இதன் எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை தோராயமாக 1.65 ஆகும், இது அதிக எலக்ட்ரான் கவர் தன்மை கொண்ட தனிமங்களுடன் சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்கும் போக்கைக் குறிக்கிறது, இருப்பினும் இது அதன் +2 நிலையில் முதன்மையாக அயனி சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது.
• பொது வினைத்திறன்: துத்தநாகம் மிதமான வினைத்திறன் கொண்ட உலோகம். இது ஈரியல்பு கொண்டது (amphoteric), அமிலங்கள் மற்றும் வலுவான காரங்கள் இரண்டோடும் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. இது அதன் இரண்டு இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை எளிதில் இழந்து $Zn^\{2+\}$ அயனிகளை உருவாக்குகிறது.

காற்றின் மற்றும் ஆக்ஸிஜனின் செயல்பாடு

துத்தநாகம் சூடுபடுத்தப்படும்போது காற்று/ஆக்ஸிஜனுடன் வினைபுரிந்து துத்தநாக ஆக்ஸைடை உருவாக்குகிறது. அறை வெப்பநிலையில், அதன் மேற்பரப்பில் துத்தநாக ஆக்ஸைடின் மெல்லிய, பாதுகாப்பு அடுக்கு உருவாகி, மேலும் அரிப்பைத் தடுக்கிறது (செயலற்றதாக்குதல் - passivation).

• காற்று/ஆக்ஸிஜனுடன் வினை (சூடுபடுத்தும்போது): $2Zn(s) + O_2(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} 2ZnO(s)$ (துத்தநாக ஆக்ஸைடு சூடாக இருக்கும்போது மஞ்சள் நிறமாகவும், குளிர்ந்தவுடன் வெண்மை நிறமாகவும் மாறும்.)

நீர் மற்றும் நீராவியின் செயல்பாடு

துத்தநாகத்தின் நீருடனான வினை வெப்பநிலை சார்ந்தது.

• குளிர்ந்த நீருடன் வினை: துத்தநாகம் குளிர்ந்த அல்லது கொதிக்கும் நீருடன் வினைபுரிவதில்லை.
• நீராவி உடன் வினை: துத்தநாகம் செஞ்சூடாக (red-hot) சூடுபடுத்தப்படும்போது, நீராவியுடன் வினைபுரிந்து துத்தநாக ஆக்ஸைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. $Zn(s) + H_2O(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} ZnO(s) + H_2(g)$

அமிலங்கள் மற்றும் காரங்களின் செயல்பாடு

துத்தநாகம் ஒரு ஈரியல்பு உலோகம் என்பதால், இது அமிலங்கள் மற்றும் வலுவான காரங்கள் இரண்டோடும் வினைபுரிகிறது.

அமிலங்களின் செயல்பாடு

துத்தநாகம் நீர்த்த அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. ஆக்ஸிஜனேற்ற அமிலங்களுடன், வினை விளைபொருட்கள் அமிலத்தின் செறிவைப் பொறுத்து மாறுபடும்.

• நீர்த்த ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலம் (HCl) உடன்: $Zn(s) + 2HCl(aq) \rightarrow ZnCl_2(aq) + H_2(g)$
• நீர்த்த சல்ஃப்யூரிக் அமிலம் (H_2SO_4) உடன்: $Zn(s) + H_2SO_4(aq) \rightarrow ZnSO_4(aq) + H_2(g)$
• மிகவும் நீர்த்த நைட்ரிக் அமிலம் (HNO_3) உடன்: $4Zn(s) + 10HNO_3(very\ dilute) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2(aq) + NH_4NO_3(aq) + 3H_2O(l)$ (குறிப்பு: நைட்ரேட்டின் ஒடுக்க வினை விளைபொருள் செறிவைப் பொறுத்து மாறுபடும். குறைவான நீர்த்த HNO3 உடன், NO அல்லது N2O போன்ற நைட்ரஜன் ஆக்ஸைடுகள் உருவாகலாம்.)
• செறிவூட்டப்பட்ட சல்ஃப்யூரிக் அமிலம் (H_2SO_4) (சூடான) உடன்: $Zn(s) + 2H_2SO_4(conc.) \rightarrow ZnSO_4(aq) + SO_2(g) + 2H_2O(l)$
• செறிவூட்டப்பட்ட நைட்ரிக் அமிலம் (HNO_3) (சூடான) உடன்: $Zn(s) + 4HNO_3(conc.) \rightarrow Zn(NO_3)_2(aq) + 2NO_2(g) + 2H_2O(l)$

காரங்களின் செயல்பாடு (அல்கலிகள்)

துத்தநாகம் வலுவான அல்கலிகளுடன் (எ.கா., NaOH, KOH) வினைபுரிந்து கரையக்கூடிய ஜிங்கேட் அணைவுச் சேர்மங்களையும் ஹைட்ரஜன் வாயுவையும் உருவாக்குகிறது.

• சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு (NaOH) உடன்: $Zn(s) + 2NaOH(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4](aq) + H_2(g)$ (சோடியம் டெட்ராஹைட்ராக்ஸோஜிங்கேட்(II))

$Zn^\{2+\}$ அயனிகளுக்கான முக்கிய ஆய்வக சோதனை/அடையாள வினைகள்

துத்தநாக அயனிகள் ($Zn^\{2+\}$) பொதுவாக குறிப்பிட்ட வினைக்காரணிகளுடனான அவற்றின் சிறப்பியல்பு வினைகள் மூலம் தரமான பகுப்பாய்வில் அடையாளம் காணப்படுகின்றன.

• சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு (NaOH) கரைசலுடன் வினை:
  • கண்காணிப்பு: ஒரு வெண்மையான கூழ்ம வீழ்படிவு (gelatinous precipitate) உருவாகிறது, இது அதிகப்படியான சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு கரைசலில் கரைகிறது.
  • சமன்பாடுகள்:
    1. $Zn^\{2+\}(aq) + 2OH^-(aq) \rightarrow Zn(OH)_2(s)$ (துத்தநாக ஹைட்ராக்சைடின் வெண்மையான வீழ்படிவு)
    2. $Zn(OH)_2(s) + 2OH^-(aq) \rightarrow [Zn(OH)_4]^\{2-\}(aq)$ (கரையக்கூடிய, நிறமற்ற டெட்ராஹைட்ராக்ஸோஜிங்கேட்(II) அணைவு அயனி)
• அம்மோனியம் ஹைட்ராக்சைடு (NH_4OH) கரைசலுடன் வினை:
  • கண்காணிப்பு: ஒரு வெண்மையான கூழ்ம வீழ்படிவு உருவாகிறது, இது அதிகப்படியான அம்மோனியம் ஹைட்ராக்சைடு கரைசலில் கரைகிறது.
  • சமன்பாடுகள்:
    1. $Zn^\{2+\}(aq) + 2NH_4OH(aq) \rightarrow Zn(OH)_2(s) + 2NH_4^+(aq)$ (துத்தநாக ஹைட்ராக்சைடின் வெண்மையான வீழ்படிவு)
    2. $Zn(OH)_2(s) + 4NH_3(aq) \rightarrow [Zn(NH_3)_4]^\{2+\}(aq) + 2OH^-(aq)$ (கரையக்கூடிய, நிறமற்ற டெட்ராஅம்மீன்ஜிங்க்(II) அணைவு அயனி)
• கார ஊடகத்தில் ஹைட்ரஜன் சல்ஃபைடு (H_2S) வாயுவுடனான வினை:
  • கண்காணிப்பு: $Zn^\{2+\}$ அயனிகளைக் கொண்ட நடுநிலை அல்லது அம்மோனியா (கார) கரைசலின் வழியாக H_2S வாயு செலுத்தப்படும்போது துத்தநாக சல்ஃபைடின் வெண்மையான வீழ்படிவு உருவாகிறது. அமில ஊடகத்தில் வீழ்படிவு உருவாவதில்லை.
  • சமன்பாடு: $Zn^\{2+\}(aq) + H_2S(g) + 2NH_4OH(aq) \rightarrow ZnS(s) + 2NH_4^+(aq) + 2H_2O(l)$ (துத்தநாக சல்ஃபைடின் வெண்மையான வீழ்படிவு)