జింక్ (Zn) రసాయనశాస్త్రం - ప్రాక్టీస్ ప్రశ్నలు

వివరణ:

• A) జింక్ +2 యొక్క ఒకే స్థిరమైన ఆక్సీకరణ స్థితిని ప్రదర్శిస్తుంది. ఇది సరైనది. దాని సమ్మేళనాలలో, జింక్ దాదాపు ప్రత్యేకంగా +2 ఆక్సీకరణ స్థితిని చూపుతుంది, ఇక్కడ దాని ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం [Ar] 3d¹⁰ అవుతుంది.
• B) జింక్ d-బ్లాక్ మూలకాలలోని గ్రూప్ 12కు చెందుతుంది. ఇది సరైనది. జింక్ (పరమాణు సంఖ్య 30) గ్రూప్ 12లో మొదటి మూలకం, దీని తర్వాత కాడ్మియం మరియు మెర్క్యూరీ ఉంటాయి.
• C) d-d పరివర్తనల కారణంగా జింక్ రంగు సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఇది తప్పు. +2 ఆక్సీకరణ స్థితిలో, జింక్‌కు పూర్తిగా నిండిన d-ఉపకక్ష్య (3d¹⁰) ఉంటుంది. ఖాళీ d-ఆర్బిటాళ్ళు అందుబాటులో లేనందున, d-d ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనలు సాధ్యం కావు. అందువల్ల, చాలా జింక్ సమ్మేళనాలు డయామాగ్నెటిక్ మరియు రంగులేనివి.
• D) జింక్ లోహం ఆమ్లాలు మరియు బలమైన క్షారాలు రెండింటితో చర్య జరుపుతుంది. ఇది సరైనది. జింక్ ఒక ఉభయధర్మి లోహం. ఇది హైడ్రోజన్ వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి ఆమ్లాలతో చర్య జరుపుతుంది (ఉదా., Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂) మరియు జింకేట్లను ఏర్పరచడానికి బలమైన క్షారాలతో చర్య జరుపుతుంది (ఉదా., Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂).

వివరణ: నైట్రిక్ ఆమ్లంతో లోహాల చర్య సంక్లిష్టమైనది మరియు ఆమ్లం యొక్క గాఢత, లోహం యొక్క క్రియాశీలత మరియు ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

• చాలా విలీన నైట్రిక్ ఆమ్లం జింక్ వంటి క్రియాశీల లోహాలతో చర్య జరిపి నైట్రస్ ఆక్సైడ్ (N₂O) ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. 4Zn + 10HNO₃ (చాలా విలీనం) → 4Zn(NO₃)₂ + 5H₂O + N₂O
• విలీన నైట్రిక్ ఆమ్లం తరచుగా నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ (NO) ను లేదా చాలా క్రియాశీల లోహాలతో హైడ్రోజన్ వాయువును కూడా ఉత్పత్తి చేస్తుంది. 3Zn + 8HNO₃ (విలీనం) → 3Zn(NO₃)₂ + 4H₂O + 2NO
• గాఢ నైట్రిక్ ఆమ్లం సాధారణంగా నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ (NO₂) ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. Zn + 4HNO₃ (గాఢత) → Zn(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂ అయితే, విలీన నైట్రిక్ ఆమ్లం మరియు జింక్‌తో, N₂O ఏర్పడటం మధ్యస్థ గాఢతకు ఒక సాధారణ పరిశీలన. చాలా విలీన నైట్రిక్ ఆమ్లం కోసం, H₂ ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, కానీ N₂O జింక్ వంటి మధ్యస్థ క్రియాశీల లోహాలకు మధ్యస్థ విలీన పరిస్థితులకు మరింత లక్షణం. ఇచ్చిన ఎంపికల ప్రకారం, విలీన నైట్రిక్ ఆమ్లంతో జింక్‌కు N₂O ఒక ప్రాథమిక ఉత్పత్తి.

వివరణ:

• A) జింక్ బ్లెండ్ (స్ఫాలరైట్): ఇది జింక్ సల్ఫైడ్ (ZnS), ప్రపంచవ్యాప్తంగా జింక్ యొక్క అతి ముఖ్యమైన ధాతువు.
• B) కలామైన్: ఇది జింక్ కార్బోనేట్ (ZnCO₃) ను సూచిస్తుంది, దీనిని స్మిత్సోనైట్ అని కూడా అంటారు. ఇది జింక్ యొక్క ముఖ్యమైన ధాతువు. (గమనిక: చారిత్రాత్మకంగా, కలామైన్ అనే పదం జింక్ ఆక్సైడ్ మరియు ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ మిశ్రమాన్ని కూడా సూచిస్తుంది, కానీ మెటలర్జీలో, ఇది సాధారణంగా ZnCO₃ ను సూచిస్తుంది).
• C) జింకైట్: ఇది జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO), జింక్ యొక్క మరొక ముఖ్యమైన ధాతువు.
• D) బాక్సైట్: బాక్సైట్ అల్యూమినియం యొక్క ధాతువు, ఇది ప్రధానంగా గిబ్బ్‌సైట్ (Al(OH)₃), బోహెమైట్ (γ-AlO(OH)), మరియు డయాస్పోర్ (α-AlO(OH)) వంటి హైడ్రేటెడ్ అల్యూమినియం ఆక్సైడ్‌లను కలిగి ఉంటుంది. ఇందులో జింక్ ఉండదు.

వివరణ:

• నిరూపణ (A) నిజం. పరివర్తన మూలకాలకు IUPAC నిర్వచనం ప్రకారం, అవి వాటి గ్రౌండ్ స్టేట్‌లో లేదా వాటి సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితులలో ఏదో ఒకదానిలో అసంపూర్తిగా నిండిన d-ఆర్బిటాళ్ళను కలిగి ఉన్న మూలకాలు.
• కారణం (R) కూడా నిజం మరియు Aని సరిగ్గా వివరిస్తుంది. జింక్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం [Ar] 3d¹⁰ 4s². దాని అత్యంత సాధారణ మరియు స్థిరమైన +2 ఆక్సీకరణ స్థితిలో, అది రెండు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి [Ar] 3d¹⁰ విన్యాసాన్ని పొందుతుంది. గ్రౌండ్ స్టేట్ లేదా +2 ఆక్సీకరణ స్థితి రెండింటిలోనూ అసంపూర్తిగా నిండిన d-ఆర్బిటాల్ లేనందున, జింక్ ఒక d-బ్లాక్ మూలకం అయినప్పటికీ, పరివర్తన మూలకం యొక్క నిర్వచనానికి సరిపోదు.

వివరణ:

• నిరూపణ (A) నిజం. జింక్ దాని సాధారణ +2 ఆక్సీకరణ స్థితిలో 3d¹⁰ విన్యాసాన్ని కలిగి ఉంటుంది. d-ఆర్బిటాళ్ళలోని అన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు జతగా ఉంటాయి, జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు. అందువల్ల, జింక్ సమ్మేళనాలు డయామాగ్నెటిక్.
• కారణం (R) కూడా నిజం. జింక్(II) ఒక d¹⁰ అయాన్ మరియు బలమైన క్షేత్ర లైగండ్‌లతో సహా వివిధ లైగండ్‌లతో టెట్రాహెడ్రల్ లేదా ఆక్టాహెడ్రల్ సముదాయాలను ఏర్పరుస్తుంది (ఉదా., [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Zn(CN)₄]²⁻).
• అయితే, కారణం (బలమైన క్షేత్ర లైగండ్‌లతో సముదాయాలను ఏర్పరచడం) డయామాగ్నెటిక్ స్వభావాన్ని వివరించదు. డయామాగ్నెటిజం Zn²⁺ అయాన్‌లో పూర్తిగా నిండిన d-ఉపకక్ష్య (3d¹⁰) నుండి ఉత్పన్నమవుతుంది, అంటే లైగండ్ బలం తో సంబంధం లేకుండా జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు. బలమైన క్షేత్ర లైగండ్‌లు క్రిస్టల్ ఫీల్డ్ స్ప్లిటింగ్‌ను ప్రభావితం చేస్తాయి, కానీ d¹⁰ అయాన్‌లకు, ఈ స్ప్లిటింగ్ జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు లేదా పారామాగ్నెటిజానికి దారితీయదు.

IUPAC నిర్వచనం ప్రకారం, పరివర్తన మూలకాలు అనేవి వాటి గ్రౌండ్ స్టేట్‌లో లేదా వాటి సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితులలో ఏదో ఒకదానిలో అసంపూర్తిగా నిండిన d-ఆర్బిటాళ్ళను కలిగి ఉన్న మూలకాలు.

• ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం: దాని గ్రౌండ్ స్టేట్‌లో, జింక్‌కు పూర్తిగా నిండిన 3d¹⁰ ఉపకక్ష్య ఉంటుంది. దాని ఏకైక సాధారణ మరియు స్థిరమైన +2 ఆక్సీకరణ స్థితిలో, అది రెండు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి Zn²⁺ ను ఏర్పరుస్తుంది, దీనికి [Ar] 3d¹⁰ విన్యాసం ఉంటుంది. గ్రౌండ్ స్టేట్ లేదా +2 ఆక్సీకరణ స్థితి రెండింటిలోనూ అసంపూర్తిగా నిండిన d-ఆర్బిటాల్ లేనందున, జింక్ పరివర్తన మూలకం యొక్క IUPAC నిర్వచనానికి సరిపోదు.
• ధర్మాలు: ఈ ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం (3d¹⁰) జింక్‌ను సాధారణ పరివర్తన మూలకాల నుండి వేరుచేసే అనేక ధర్మాలకు దారితీస్తుంది:
  1. వివిధ ఆక్సీకరణ స్థితులు: d-ఎలక్ట్రాన్‌ల భాగస్వామ్యం కారణంగా బహుళ ఆక్సీకరణ స్థితులను ప్రదర్శించే చాలా పరివర్తన మూలకాల వలె కాకుండా, జింక్ కేవలం +2 ఆక్సీకరణ స్థితిని మాత్రమే ప్రదర్శిస్తుంది.
  2. సమ్మేళనాల రంగు: జింక్ సమ్మేళనాలు సాధారణంగా ఘన స్థితిలో లేదా ద్రావణంలో రంగులేనివి (తెలుపు), ఎందుకంటే d-d ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనలకు గురికావడానికి జతకాని d-ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు, ఇవి చాలా పరివర్తన లోహ సమ్మేళనాలలో రంగుకు కారణం.
  3. ఉత్ప్రేరక చర్య (Catalytic Activity): సాధారణ పరివర్తన లోహాలు వాటి వివిధ ఆక్సీకరణ స్థితులు మరియు అస్థిర మధ్యస్థాలను ఏర్పరచగల సామర్థ్యం కారణంగా తరచుగా ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి. జింక్, ప్రధానంగా +2 స్థితికి పరిమితం చేయబడినందున, నిజమైన పరివర్తన లోహాలతో పోలిస్తే పరిమిత ఉత్ప్రేరక చర్యను ప్రదర్శిస్తుంది.

b) విలీన హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లంతో జింక్ ఆక్సైడ్: జింక్ ఆక్సైడ్ ఒక ఉభయధర్మి ఆక్సైడ్. ఇది ఆమ్లాలతో చర్య జరిపి ఒక లవణం మరియు నీటిని ఏర్పరుస్తుంది. ZnO(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂O(l)

1. ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం:

   • జింక్ యొక్క పరమాణు సంఖ్య 30. దాని గ్రౌండ్ స్టేట్ ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం [Ar] 3d¹⁰ 4s².
   • దాని సాధారణ మరియు స్థిరమైన ఆక్సీకరణ స్థితిలో, జింక్ దాని రెండు 4s ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోయి Zn²⁺ అయాన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. Zn²⁺ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం [Ar] 3d¹⁰.

2. సమ్మేళనాల రంగు (తెలుపు):

   • చాలా పరివర్తన లోహ సమ్మేళనాలలో రంగు d-d ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనల (transitions) నుండి ఉత్పన్నమవుతుంది. అసంపూర్తిగా నిండిన d-ఉపకక్ష్యను కలిగి ఉన్న ఒక పరివర్తన లోహ అయాన్‌ను లైగండ్ క్షేత్రంలో (ఉదా., ఒక సముదాయంలో లేదా ఒక క్రిస్టల్ లాటిస్‌లో) ఉంచినప్పుడు, d-ఆర్బిటాళ్ళు వివిధ శక్తి స్థాయిలుగా విడిపోతాయి.
   • ఎలక్ట్రాన్‌లు తక్కువ శక్తి d-ఆర్బిటాల్ నుండి అధిక శక్తి d-ఆర్బిటాల్‌కు వెళ్ళడానికి (d-d పరివర్తన) కనిపించే కాంతి యొక్క నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాలను గ్రహిస్తాయి. గమనించిన రంగు గ్రహించిన కాంతి యొక్క పూరక రంగు.
   • Zn²⁺ అయాన్‌లో (3d¹⁰), d-ఉపకక్ష్య పూర్తిగా నిండి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్‌లు పరివర్తన చెందడానికి ఖాళీ d-ఆర్బిటాళ్ళు అందుబాటులో లేవు. అందువల్ల, d-d పరివర్తనలు సాధ్యం కావు.
   • ఫలితంగా, Zn²⁺ సమ్మేళనాలు d-d పరివర్తనల ద్వారా కనిపించే కాంతిని గ్రహించవు మరియు అందువల్ల తెల్లగా లేదా రంగులేనివిగా కనిపిస్తాయి, ఎందుకంటే అవి కనిపించే కాంతి యొక్క అన్ని తరంగదైర్ఘ్యాలను ప్రసారం చేస్తాయి లేదా ప్రతిబింబిస్తాయి. కొన్ని జింక్ సమ్మేళనాలలో గమనించిన ఏదైనా రంగు లైగండ్ లేదా మలినాలను కలిగి ఉన్న ఛార్జ్ బదిలీ పరివర్తనల (charge transfer transitions) కారణంగా ఉండవచ్చు, కానీ Zn²⁺ స్వయంగా కాదు.

3. అయస్కాంత ధర్మాలు (డయామాగ్నెటిక్):

   • పారామాగ్నెటిజం (Paramagnetism) అనేది ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉన్న పదార్థాలలో సంభవిస్తుంది. ఈ జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు అయస్కాంత మొమెంట్ (magnetic moment) ను కలిగి ఉంటాయి మరియు బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా ఆకర్షించబడతాయి.
   • డయామాగ్నెటిజం (Diamagnetism) అనేది అన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు జతగా ఉండే పదార్థాలలో సంభవిస్తుంది. జతగా ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లకు వ్యతిరేక స్పిన్‌లు ఉంటాయి, వాటి అయస్కాంత మొమెంట్‌లను రద్దు చేస్తాయి. డయామాగ్నెటిక్ పదార్థాలు బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా బలహీనంగా వికర్షించబడతాయి.
   • Zn²⁺ అయాన్ 3d¹⁰ ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసాన్ని కలిగి ఉన్నందున, పది d-ఎలక్ట్రాన్‌లు అన్నీ ఐదు d-ఆర్బిటాళ్ళలో జతగా ఉంటాయి. Zn²⁺ లో జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు.
   • తత్ఫలితంగా, జింక్(II) సమ్మేళనాలు జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు లేనందున డయామాగ్నెటిక్.

సారాంశంలో, Zn²⁺ అయాన్ యొక్క పూర్తిగా నిండిన 3d¹⁰ ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం జింక్(II) సమ్మేళనాలు సాధారణంగా తెల్లగా (d-d పరివర్తనలు లేకపోవడం వల్ల) మరియు డయామాగ్నెటిక్‌గా (జతకాని ఎలక్ట్రాన్‌లు లేకపోవడం వల్ల) ఉండటానికి ప్రాథమిక కారణం.