துத்தநாகம் (Zn): பண்புகள், வினைகள் & பயன்கள் | CBSE/JEE திருத்தம்

துத்தநாகம் (Zn) ஒரு அறிமுகம்

துத்தநாகம் (Zn) என்பது நீல-வெள்ளை நிறமுள்ள, பளபளப்பான உலோகம் ஆகும். இது நவீன தொழில் மற்றும் உயிரியல் அமைப்புகளுக்கு மிகவும் இன்றியமையாதது. எஃகு அரிப்பைத் தடுப்பதில் இருந்து, உயிரினங்களில் அத்தியாவசிய நுண்ணூட்டச்சத்தாக செயல்படுவது வரை இதன் பயன்பாடுகள் பரந்தவை. இதன் வேதியியல் மற்றும் இயற்பியல் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வது உயர்நிலைப்பள்ளி வேதியியல் தேர்வுகளுக்கு அடிப்படை ஆகும்.

CBSE/JEE விரைவு திருத்த குறிப்புகள்

• அணு குறியீடு: Zn
• அணு எண்: 30
• அணு நிறை: 65.38 u
• தொகுதி: 12 (IIB)
• வரிசை: 4
• பிரிவு: d-பிளாக் தனிமம் (பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் அதன் முழுமையான d-ஆர்பிட்டால் காரணமாக இது பெரும்பாலும் ஒரு பின்-நிலைமாற்ற உலோகம் எனக் கருதப்படுகிறது).
• பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: +2 (எப்போதும் Zn²⁺ அயனிகளை உருவாக்குகிறது).
• அறை வெப்பநிலையில் இயற்பியல் நிலை: திண்மம்
• இயல்பு: அறை வெப்பநிலையில் உடையக்கூடிய உலோகம்; 100-150°C வெப்பநிலையில் வளையும் தன்மை கொண்டதாக மாறுகிறது.
• திட்ட மின்முனை அழுத்தம் (Zn²⁺/Zn): -0.76 V (அதிக மின்நேர் தன்மை கொண்டது, எளிதில் எலக்ட்ரான்களை இழக்கிறது).

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

• அடிப்படை நிலை எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ar] 3d¹⁰ 4s²
• Zn²⁺ அயனியின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ar] 3d¹⁰
  • அதன் அணு மற்றும் பொதுவான அயனி நிலையில் (Zn²⁺) உள்ள முழுமையான 3d¹⁰ ஆர்பிட்டால், துத்தநாகத்தை வழக்கமான இடைநிலை உலோகங்களிலிருந்து வேறுபடுத்துகிறது, இது சில வகைப்பாடுகளில் இதை ஒரு பின்-நிலைமாற்ற உலோகம் அல்லது முக்கிய தொகுதி உலோகம் என்று அழைக்க வழிவகுக்கிறது.
• பிணைப்பு: அலோகங்களுடன் முதன்மையாக அயனிச் சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது (எ.கா., ZnO, ZnS, ZnCl₂). காலியான ஆர்பிட்டால்களின் இருப்பு மற்றும் d-பிளாக் தனிமங்களுக்குள் அதன் சிறிய அளவு காரணமாக இது சகபிணைப்புச் சேர்மங்களையும் பல்வேறு அணைவு அயனிகளையும் உருவாக்க முடியும்.
• அணைவு எண்: பொதுவாக 4 (நான்முகி அணைவுகள், எ.கா., [Zn(NH₃)₄]²⁺) மற்றும் சில சமயங்களில் 6 (எண்முகி அணைவுகள், எ.கா., [Zn(H₂O)₆]²⁺) ஆகிய அணைவு எண்களைக் காட்டுகிறது.

முக்கிய வேதியியல் வினைகள்

துத்தநாகத்தின் வினைத்திறன் அதன் மின்நேர் தன்மை மற்றும் ஈரியல்பு நடத்தையால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது.

1. காற்று/ஆக்ஸிஜனுடன் வினை

• அறை வெப்பநிலையில்: அதன் மேற்பரப்பில் ஒரு பாதுகாப்பு செயலற்ற துத்தநாக ஆக்ஸைடு (ZnO) அடுக்கை உருவாக்குகிறது, இது மேலும் அரிப்பைத் தடுக்கிறது.
• சூடுபடுத்தும்போது: நீல-பச்சை நிறச் சுடருடன் காற்றில் எரிந்து துத்தநாக ஆக்ஸைடை உருவாக்குகிறது. 2Zn(s) + O₂(g) → 2ZnO(s)

2. அமிலங்களுடன் வினை

• நீர்த்த ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யாத அமிலங்களுடன் (எ.கா., HCl, H₂SO₄): ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளிவிடுகிறது. Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(g) Zn(s) + H₂SO₄(dilute) → ZnSO₄(aq) + H₂(g)
• செறிவூட்டப்பட்ட சல்பூரிக் அமிலத்துடன்: சல்பர் டை ஆக்சைடு வாயுவை உருவாக்குகிறது. Zn(s) + 2H₂SO₄(conc) → ZnSO₄(aq) + SO₂(g) + 2H₂O(l)
• நீர்த்த நைட்ரிக் அமிலத்துடன்: செறிவைப் பொறுத்து நைட்ரிக் ஆக்சைடு அல்லது நைட்ரஸ் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. 3Zn(s) + 8HNO₃(dilute) → 3Zn(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
• செறிவூட்டப்பட்ட நைட்ரிக் அமிலத்துடன்: நைட்ரஜன் டை ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. Zn(s) + 4HNO₃(conc) → Zn(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)

3. காரங்களுடன் வினை (ஈரியல்பு தன்மை)

துத்தநாகம் ஒரு ஈரியல்பு உலோகம் ஆகும், இது வலிமையான காரங்களுடன் வினைபுரிந்து துத்தநாகேட்டுகளை உருவாக்குகிறது. Zn(s) + 2NaOH(aq) + 2H₂O(l) → Na₂[Zn(OH)₄](aq) + H₂(g) (சோடியம் டெட்ராஹைட்ராக்ஸோ துத்தநாகேட்(II))

4. நீர்/நீராவிடன் வினை

• குளிர்ந்த நீருடன்: வினை இல்லை.
• நீராவிடன் (செஞ்சுடரில்): துத்தநாக ஆக்ஸைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. Zn(s) + H₂O(g) → ZnO(s) + H₂(g)

5. இடப்பெயர்ச்சி வினைகள்

துத்தநாகம், ஹைட்ரஜன் மற்றும் பல உலோகங்களை விட அதிக வினைத்திறன் கொண்டிருப்பதால், அவற்றின் உப்பு கரைசல்களில் இருந்து அவற்றை இடப்பெயர்ச்சி செய்ய முடியும்.

• Zn(s) + CuSO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + Cu(s)
• Zn(s) + FeSO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + Fe(s) (குறிப்பிடத்தக்க வினைக்கு சூடுபடுத்தல் தேவை)

6. அணைவுச் சேர்மங்கள் உருவாதல்

துத்தநாக அயனிகள் எளிதில் நிலையான அணைவுச் சேர்மங்களை உருவாக்குகின்றன, குறிப்பாக அம்மோனியா மற்றும் ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளுடன்.

• Zn²⁺(aq) + 4NH₃(aq) → [Zn(NH₃)₄]²⁺(aq) (டெட்ராஅம்மீன் துத்தநாகம்(II) அயனி)
• Zn²⁺(aq) + 4OH⁻(aq) → [Zn(OH)₄]²⁻(aq) (டெட்ராஹைட்ராக்ஸோ துத்தநாகேட்(II) அயனி)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

1. கல்வனைசேஷன் (Galvanization): மிக முக்கியமான பயன்பாடு. துத்தநாக பூச்சு, எஃகு மற்றும் இரும்பை அரிப்பிலிருந்து பாதுகாக்கிறது, இது ஒரு இயற்பியல் தடுப்பரண் மற்றும் கத்தோடிக் பாதுகாப்பை (தியாக anode) வழங்குகிறது.
2. கலப்பு உலோகங்கள் (Alloys):
   • பித்தளை (Brass): தாமிரத்துடன் (Cu) கலப்பு உலோகம், குழாய் வேலைகள், இசைக்கருவிகள் மற்றும் அலங்காரப் பொருட்களுக்கு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
   • ஜெர்மன் வெள்ளி (German Silver): தாமிரம் மற்றும் நிக்கலுடன் (Ni) கலப்பு உலோகம், கத்தி மற்றும் நகைகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
3. மின்கலங்கள் (Batteries):
   • உலர் மின்கலங்கள் (லெக்லான்சே மின்கலம்): துத்தநாகம் ஆனோடாக செயல்படுகிறது.
   • கார மின்கலங்கள்: துத்தநாகத் தூள் ஆனோடாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
   • நிக்கல்-காட்மியம் (Ni-Cd) மின்கலங்கள்: மின்முனைகளில் துத்தநாகம் இருக்கலாம்.
4. துத்தநாக ஆக்ஸைடு (ZnO):
   • வண்ணப்பூச்சுகளில் நிறமி (சீன வெள்ளை).
   • ரப்பர் மற்றும் பிளாஸ்டிக்கில் நிரப்பி.
   • சன்ஸ்கிரீன் மற்றும் ஒப்பனைப் பொருட்களில் ஒரு கூறு (UV தடுப்பான்).
   • களிம்புகளில் கிருமிநாசினி.
5. துத்தநாக சல்பைடு (ZnS):
   • கத்தோட் ரே குழாய்கள் (டிவி திரைகள்) மற்றும் ஒளிரும் விளக்குகளுக்கான பாஸ்போர்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
   • ஒளிரும் பொருள்.
6. துத்தநாகத் தூள்: கரிமத் தொகுப்பில் ஒடுக்கும் காரணி.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

1. அத்தியாவசிய நுண்ணிய தனிமம்: மனிதர்கள், விலங்குகள் மற்றும் தாவரங்கள் உட்பட அனைத்து உயிரினங்களுக்கும் துத்தநாகம் இன்றியமையாதது.
2. என்சைம் துணை காரணி (Enzyme Cofactor): 300 க்கும் மேற்பட்ட என்சைம்கள் அவற்றின் வினையூக்கி செயல்பாட்டிற்கு துத்தநாகம் தேவைப்படுகின்றன. முக்கிய எடுத்துக்காட்டுகள்:
   • கார்போனிக் அன்ஹைட்ரேஸ்: இரத்தத்தில் CO₂ போக்குவரத்துக்கு அத்தியாவசியம்.
   • ஆல்கஹால் டிஹைட்ரோஜினேஸ்: ஆல்கஹால் வளர்சிதை மாற்றத்தில் ஈடுபட்டுள்ளது.
   • DNA பாலிமரேஸ்: DNA நகலாக்கம் மற்றும் பழுதுபார்ப்புக்கு முக்கியமானது.
   • RNA பாலிமரேஸ்: மரபணு வெளிப்பாட்டிற்கு அத்தியாவசியம்.
3. புரத அமைப்பு: பல புரதங்களில், குறிப்பாக DNA உடன் பிணைந்து மரபணு வெளிப்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்தும் “துத்தநாக விரல்” (zinc finger) உருவங்களில் ஒரு கட்டமைப்புப் பங்கை வகிக்கிறது.
4. நோயெதிர்ப்பு செயல்பாடு: ஆரோக்கியமான நோயெதிர்ப்பு மண்டலத்தை ஆதரிக்கிறது.
5. காயம் குணப்படுத்துதல்: திசு பழுதுபார்ப்பு மற்றும் செல் வளர்ச்சிக்கு அத்தியாவசியம்.
6. உணர்வு செயல்பாடு: சுவை மற்றும் வாசனை உணர்வுக்கு முக்கியமானது.

துத்தநாகக் குறைபாடு வளர்ச்சி குறைபாடு, நோயெதிர்ப்புச் செயலிழப்பு, தோல் பிரச்சனைகள் மற்றும் நரம்பியல் கோளாறுகளுக்கு வழிவகுக்கும்.