ઝિંક (જસત) : આવર્તક કોષ્ટકના 12મા (અગાઉના IIB) સમૂહમાં આવેલું રાસાયણિક ધાતુતત્વ. સંજ્ઞા Zn. ભારતીય ધાતુકર્મકારો (metallurgists) દ્વારા તેરમા સૈકામાં અથવા તેથી પણ પહેલાં કૅલેમાઇન(calamine) ખનિજનું અપચયન કરી ઝિંક મેળવવામાં આવતું હતું. પંદરમા સૈકામાં તે ચીનમાં વપરાતું થયું. યુરોપમાં સોળમા સૈકામાં પૅરસેલ્સસે તેને અલગ તત્વ તરીકે ઝિંકમ અથવા ઝિંકન તરીકે ઓળખાવ્યું. ઇંગ્લૅન્ડમાં 1743માં વિલિયમ ચૅમ્પિયને ઝિંકનું ઉત્પાદન કર્યું હતું. વિશ્વમાં ઝિંકનું ઉત્પાદન કરનારા દેશોમાં સોવિયેત યુનિયન, જાપાન, કૅનેડા, અમેરિકા, પશ્ચિમ જર્મની, ઑસ્ટ્રેલિયા, પેરૂ, મેક્સિકો, સ્વીડન અને સ્પેનને ગણાવી શકાય. ભારતમાં લેડ-ઝિંક ખનિજો રાજસ્થાન, ગુજરાત, પશ્ચિમ બંગાળ, ઉત્તરપ્રદેશ, આંધ્રપ્રદેશ, તામિલનાડુ, ઓરિસા અને સિક્કિમમાં મળી આવે છે. આમાંથી 95 % જેટલું દક્ષિણ-મધ્ય રાજસ્થાન અને તેને અડીને આવેલા ગુજરાતના પ્રદેશમાં કેન્દ્રિત થયેલું છે. ખનિજોમાંથી પ્રાપ્ય ઝિંકનું પ્રમાણ 74.88 લાખ ટન જેટલું અંદાજવામાં આવ્યું છે. સરકારની માલિકીની હિંદુસ્તાન ઝિંક લિ.ની ઝિંકના ઉત્પાદનની સ્થાપિત ક્ષમતા વાર્ષિક 1,49,000 ટનની છે. સરેરાશ માનવશરીરમાં બે ગ્રામ ઝિંક હોય છે.
ખનિજો : ઝિંકનું સૌપ્રથમ ઉત્પાદન કાર્બોનેટ ખનિજ કૅલેમાઇનમાંથી થયું હતું પણ હાલ તે મુખ્યત્વે સલ્ફાઇડ ખનિજોમાંથી મેળવાય છે. ધાતુની મુખ્ય ખનિજો નીચે પ્રમાણે છે :
સલ્ફાઇડ (ZnS) : ઝિંકબ્લેન્ડ અથવા સ્ફેલેરાઇટ અને માર્મેરાઇટ
કાર્બોનેટ (ZnCO3) : કૅલેમાઇન અથવા સ્મિથ્સોનાઇટ
સિલિકેટ (Zn2SiO4) : વિલેમાઇટ (willemite)
ઑક્સાઇડ (ZnO) : ઝિંકાઇટ, ફ્રૅન્કલિનાઇટ (Zn, Mn અને Feના ઑક્સાઇડ)
ધાતુકર્મ (metallurgy) : ઝિંકના ઉત્પાદનની ક્રિયાઓ 3 પ્રકારની છે : (ક) સંકેન્દ્રણ, (ખ) ધાતુગાળણ (smelting) અને (ગ) શુદ્ધીકરણ. આ ત્રણે ક્રિયાઓ એક સ્થળે અથવા અલગ અલગ સ્થળોએ થઈ શકે.
સલ્ફાઇડ ખનિજનું સૌપ્રથમ ખાણના સ્થળ ખાતે જ અથવા નજીકમાં ફીણ-ઉત્પ્લાવન (froth floatation) વિધિ દ્વારા સંકેન્દ્રીકરણ કે સજ્જીકરણ કરવામાં આવે છે. તેમાં ખનિજને દળી, તેમાં પાણી નાખી, રગડો (slurry) બનાવી તેમાંથી નકામા પથ્થરો (gangue) દૂર કરવામાં આવે છે. આ માટે રગડામાં પાઇન તેલ નાખી તેમાં હવા ફૂંકવામાં આવે છે, આથી તેલનું પાતળું પડ ધરાવતા હવાના પરપોટા ઉત્પન્ન થાય છે જે સલ્ફાઇડ ખનિજ તરફ આકર્ષાય છે અને તેને લીધે ખનિજ સપાટી ઉપર તરવા લાગે છે. આ ખનિજને અલગ કરી શકાય છે. ખનિજમાંના લોખંડના અને લેડના સલ્ફાઇડ દૂર કરવા જરૂર પડે તો ફીણ-ઉત્પ્લાવન-વિધિ ફરીથી કરવામાં આવે છે. રગડામાંથી ગાળણ દ્વારા ઘન પદાર્થ રૂપે સંકેન્દ્રિત ઝિંક સલ્ફાઇડ મળે છે. તેમાં 50 %થી 54 % Zn હોય છે.
ધાતુગાળણ માટે પ્રથમ Znsને યોગ્ય માપના ઝિંક ઑક્સાઇડ(ZnO)ના કણોમાં ફેરવવામાં આવે છે. આ માટે સંકેન્દ્રિત ખનિજને હવામાંના ઑક્સિજન વડે ભૂંજવામાં (roasting) આવે છે. આથી ખનિજમાંનો સલ્ફર વાયુરૂપ સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ(SO2)માં અને ઝિંક ઑક્સાઇડમાં ફેરવાય છે :
2ZnS + 3O2 → 2ZnO(s) + 2 SO2 (g)
હવાનું પ્રદૂષણ ન થાય તે માટે SO2ને હવામાં ન છોડતાં તેમાંથી સલ્ફ્યૂરિક ઍસિડ બનાવવામાં આવે છે.
ભૂંજવાનાં આધુનિક સંયંત્રો તરલ (fluid) સંસ્તર (bad) પ્રકારનાં હોય છે. તૈયાર થયેલા ZnOની ઘનતા અને કણનું કદ વધારવા તેનું નિસાદન (sintering) કરવામાં આવે છે. તાપમાન, હવા-પ્રવાહ અને અપચયન કરતા પદાર્થનું યોગ્ય નિયંત્રણ કરવાથી કાચા ઝિંકમાંની Cd, Pb, Ag અને In જેવી અશુદ્ધિ સંયોજનો રૂપે દૂર થાય છે.
આ રીતે મળતા ZnOનું સમક્ષિતિજ (બેલ્જિયન પદ્ધતિ) અથવા ઊભા રિટોર્ટ (ન્યૂજર્સી પદ્ધતિ), વાપરી વીજતાપી (electrothermic) ભઠ્ઠી અથવા વાતભઠ્ઠી(blast furnace)માં કાર્બન વડે અપચયન કરવામાં આવે છે. તમામ તાપધાતુકર્મી (pyrometallurgical) ક્રિયાઓમાં ઝિંકયુક્ત પદાર્થ અને અપચયનકારી બળતણ(reduction fuel)નું (ઘણું કરીને કોલસા અને કોકના મિશ્રણનું) તાપમાન 1000° સે. કરતાં ઊંચું લઈ જવામાં આવે છે. આથી કાર્બન વડે ઝિંક ઑક્સાઇડનું અપચયન થઈ ઝિંક ધાતુ ઉત્પન્ન થાય છે :
ZnO + C = Zn + CO ↑
ભઠ્ઠીમાંનું તાપમાન ઝિંકના ઉ.બિં કરતાં ઊંચું હોઈ તે બાષ્પ રૂપે મળે છે. ધાતુનું પુન:ઉપચયન (oxidation) ન થાય તે માટે કાર્બનનું પ્રમાણ એટલું હોવું જોઈએ કે કાર્બનમૉનૉક્સાઇડનું વાતાવરણ જળવાઈ રહે.
વિદ્યુતવિભાજકીય (electrolytic) પદ્ધતિ : વિશ્વમાં મોટાભાગે ઝિંક આ પદ્ધતિ વડે મેળવાય છે. તેમાં સંકેન્દ્રિત-ઝિંકનું સલ્ફ્યૂરિક ઍસિડ વડે નિક્ષાલન (leach) કરી ઝિંકને ઝિંક સલ્ફેટમાં ફેરવવામાં આવે છે. આ દ્રાવણને વિદ્યુતવિભાજન માટે વાપરતાં પહેલાં તેને બે કે તેથી વધુ વાર શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. વિદ્યુતવિભાજન માટેના કોષમાં લેડ-સિલ્વર ઍનોડ અને ઍલ્યુમિનિયમ કૅથોડ વાપરવામાં આવે છે. કૅથોડ ઉપર જમા થતા શુદ્ધ ઝિંકનું અવારનવાર નિર્લેપન (stripping) કરી, પિગાળી, તેના ઢાળકા પાડવામાં આવે છે.
આ રીતે મળેલું ઝિંક જસત ઓપ આપવામાં, પિત્તળ બનાવવામાં તેમજ ઘડતર ઝિંક તરીકે ચાલે, પણ ડાઇકાસ્ટિંગ મિશ્રધાતુમાં વાપરવા માટે તેનું શુદ્ધીકરણ જરૂરી છે. આ માટે તેનું વિભાગીય નિસ્યંદન કરવામાં આવે છે. આ સંયંત્રમાં ત્રણ સ્તંભો બે લેડ-સ્તંભો અને એક કૅડમિયમ સ્તંભ હોય છે. લેડ-સ્તંભ લેડ, આયર્ન અને અન્ય ઊંચા ઉ.બિં.વાળી ધાતુઓને નીચેના ભાગમાં એકઠી કરે છે, જ્યારે ઝિંક, કૅડમિયમ અને અન્ય નીચા ઉ.બિં.વાળી ધાતુઓને ઉપરના ભાગમાંથી કૅડમિયમ સ્તંભમાં ધકેલે છે. કૅડમિયમ સ્તંભના ઉપરના ભાગમાંથી કૅડમિયમ અને નીચેના ભાગમાંથી શુદ્ધ (99.995 %) ઝિંક કાઢી લેવામાં આવે છે.
ગુણધર્મો : શુદ્ધ ઝિંક ચાંદી જેવી સફેદ, ચળકતી, સ્ફટિકમય ધાતુ છે. પૉલિશ કરવાથી તે ધાત્વિક ચળકાટ ધારણ કરે છે. પણ હવાની અસર થતાં થોડા સમયમાં તે ઝાંખી (ભૂરાશ પડતા રાખોડી રંગની) બની જાય છે. સામાન્ય તાપમાને તે કઠણ અને બરડ હોય છે. પણ 100oથી 150o સે. વચ્ચે તે ટિપાઉ (malleable) અને પ્રતન્ય (ductile) હોય છે. તેના ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે પ્રમાણે છે :
| પરમાણુ ક્રમાંક | 30 |
| ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના | [Ar]3d10 4s2 |
| પરમાણુભાર | 65.39 |
| કુદરતી સમસ્થાનિકો | 65, 66, 67, 68, 70 |
| વિદ્યુત ઋણતા | 1.6 |
| ગ. બિં. (° સે.) | 419.5 |
| ઉ. બિં. (° સે.) | 907 |
| ઘનતા (ગ્રા./ઘ.સેમી) | 7.14 |
| કઠિનતા (મોઝ, Mohz) | 2.5 |
| આયનીકરણ વિભવ (eV) | |
| પ્રથમ ઇલેક્ટ્રૉન | 9.39 |
| દ્વિતીય ઇલેક્ટ્રૉન | 17.9 |
| ઑક્સિડેશન અવસ્થા | +2 |
| આયનિક ત્રિજ્યા (ને.મી. Zn2+) | 0.072 |
| ઑક્સિડેશન વિભવ (E°) (વોલ્ટ) | |
| Zn ↔ Zn22+ + 2e, | 0.76 |
| Zn + 4OH– ↔ ZnO22 – + 2H2O + 2e | 1.22 |
રાસાયણિક ર્દષ્ટિએ તે 12મા સમૂહનું તત્વ છે અને તેના ગુણધર્મો કૅડમિયમને વધુ મળતા આવે છે. તેના ઉપર ભેજ અને કાર્બન- ડાયૉક્સાઇડ વિનાની હવાની અસર થતી નથી; પરંતુ ભેજવાળી હવામાં તેનું ઑક્સિડેશન થઈ તેના ઉપર બેઝિક કાર્બોનેટનું ભૂખરું પડ જામી જાય છે. તેથી વધુ પ્રક્રિયા થતી અટકે છે.
4Zn + 2O2 + 3H2O + CO2 = Zn4CO3(OH)6 અથવા
ZnCO3·3Zn(OH)2
વીજરાસાયણિક શ્રેણીમાં તે હાઇડ્રોજનની ઉપરના સ્થાને આવેલું હોવાથી ઍસિડમય દ્રાવણોમાંથી હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે; દા.ત.,
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ નાના પાયે હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે.
ઝિંક ઉભયગુણી હોવાથી ઍસિડ ઉપરાંત આલ્કલી સાથે પણ પ્રક્રિયા કરે છે. ઝિંકના ક્ષારમાં આલ્કલી ઉમેરતાં પ્રથમ અદ્રાવ્ય હાઇડ્રૉક્સાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે :
ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2NaCl
વધુ આલ્કલી ઉમેરતાં ઝિંક હાઇડ્રૉક્સાઇડ દ્રાવ્ય થઈ ઝિંકેટ સંયોજનો બનાવે છે :
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O અથવા
Na2Zn(OH)4
સંયોજનો : સંયોજનોમાં ઝિંક ઑક્સાઇડ અગત્યનો છે. ઝિંકનું હવામાં ઑક્સિડેશન કરી અથવા ઝિંકની ખનિજ અને કાર્બનના મિશ્રણને હવાના પ્રવાહમાં ગરમ કરી તે મેળવાય છે.
2Zn + O2 = 2ZnO
ZnO રબરનાં ટાયરમાં પ્રબલક (reinforcing agent) તરીકે તથા ઝિંક વ્હાઇટ અથવા ચાઇનીઝ સફેદ વર્ણક તરીકે વપરાય છે. ઝિંક કાર્બોનેટ પણ વર્ણક તરીકે તેમજ દવામાં અને સિરેમિક ઉદ્યોગમાં વપરાય છે.
ઝિંક, ઝિંક ઑક્સાઇડ અથવા ઝિંક કાર્બોનેટ ઉપર સલ્ફ્યૂરિક ઍસિડની પ્રક્રિયાથી ઝિંક સલ્ફેટ મેળવાય છે. તે રંગબંધક (mordant) તરીકે તેમજ ચામડાં કમાવવામાં, સિરેમિક ઉદ્યોગમાં (અને વિસ્કૉસ રેયૉનના ઉત્પાદનમાં) વપરાય છે. લિથોપોન તરીકે ઓળખાતો વર્ણક બેરિયમ સલ્ફાઇડ અને ઝિંક સલ્ફેટમાંથી બનાવાય છે.
BaS + ZnSO4 = ZnS + BaSO4
તેની આચ્છાદનશક્તિ સારી હોય છે અને હવામાં કાળો પડતો નથી.
ઝિંક ક્લોરાઇડ (ZnCl2) ભેજગ્રાહી પદાર્થ છે. તે દાહક તરીકે દવામાં તેમજ લાકડાને જીવાતરોધક બનાવવા માટે વપરાય છે. તેનાં ગરમ દ્રાવણ સેલ્યુલોઝને ઓગાળી ચીકણો પારદર્શક કાગળ બનાવવા વપરાય છે. ZnCl2નાં સાંદ્ર દ્રાવણોની ZnO સાથે પ્રક્રિયા થતાં મિશ્રણ ઠરી જઈ સિમેન્ટ જેવો પદાર્થ બને છે. પીગળેલા ZnCl2માં ધાતુના ઑક્સાઇડ ઓગળતા હોવાથી રેણ કરવા માટે પણ તેનો ઉપયોગ થાય છે. ઝિંક ક્લોરાઇડ અને એમોનિયમ ક્લોરાઇડનું મિશ્રણ (ZnCl2+ 3NH4 Cl) શુષ્ક વિદ્યુતકોષોમાં અને રેણ-પ્રવાહક(soldering flux)માં વપરાય છે.
ઝિંક સાયનાઇડનો ઉપયોગ જસતનો ઢોળ ચડાવવામાં થાય છે, જ્યારે ઝિંક પાયરોફૉસ્ફેટ (Zn2P2O7) દંતવિદ્યામાં સિમેન્ટ તરીકે વપરાય છે. ઝિંક સ્ટીઅરેટનું ઝિંક ઑક્સાઇડ અને ઝિંક પામિટેટ સાથેનું મિશ્રણ સૌંદર્ય-પ્રસાધનો(cosmetics)માં તેમજ દવામાં વપરાય છે. ઝિંક સલ્ફાઇડ પ્રસ્ફુરક (fluorescent) દીવામાં તથા કૅથોડ-નળીમાં સંદીપક (phosphor) તરીકે અને સફેદ વર્ણક તરીકે વપરાય છે. સફેદ વર્ણક તરીકે હવે તેને સ્થાને ટાઇટેનિયમ ડાયૉક્સાઇડ વધુ વપરાય છે. ઝિંક ફૉસ્ફાઇડ (Zn3P2) કૃન્તક(rodent)નાશક તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
ઝિંકના સામાન્ય ક્ષારોની વિષાલુતા (toxicity) ઓછી છે. માનવી અને વનસ્પતિ માટે તે અલ્પ પ્રમાણમાં ઉપયોગી તત્વ ગણાય છે. તેની ઊણપને લીધે વિકાસ અને પ્રૌઢતા અથવા પરિપક્વતાને અસર થાય છે. કેટલાક ઉત્સેચકોમાં તે હાજર હોય છે; દા.ત., લાલ રક્તકણોની કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડની ચયાપચયની ક્રિયા સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાને અસર કરતા ઉત્સેચક કાર્બોનિક એન્હાઇડ્રેઝમાં અને જઠરાંત્ર(gastrointestinal)નળીમાં પ્રોટીનનું પાચન કરતા ઉત્સેચકમાં, ઇન્સ્યુલિનના સંગ્રહમાં સ્વાદુપિંડ(pancreas)માંનું ઝિંક મદદ કરે છે. સામાન્ય ફળો તથા કાષ્ઠફળો (nuts) ધરાવતાં વૃક્ષોમાં તેની ઊણપથી અલ્પવિકસિત અને કર્બુરિત (mottled) પર્ણો તથા ગુચ્છરોગ (rosette) જેવા રોગો જોવા મળે છે.
વિશ્લેષણ : જથ્થાત્મક રીતે ઝિંકનું એમોનિયમ ઑર્થેફૉસ્ફેટ (Zn NH4PO4) તરીકે અવક્ષેપન કરી, અવક્ષેપનું દહન કરી ઝિંક પાયરોફૉસ્ફેટ (Zn4 P2O7) તરીકે તેનું વજન કરવામાં આવે છે. કદમિતીય પદ્ધતિમાં ઝિંકનું EDTA વડે એરિયોક્રોમ બ્લૅક T સૂચક વાપરી અનુમાપન કરવામાં આવે છે. દરિયાના પાણીમાં ઝિંકનું નિર્ધારણ એકાકી-પ્રસર્પ (Single-sweep) કૅથોડ-કિરણ પોલેરોગ્રાફ વડે ppb (parts per billion)માં કરી શકાય છે.
ઉપયોગો : ધાતુ તરીકે ઝિંકના બે મુખ્ય ઉપયોગો છે : (1) લોખંડ અને પોલાદનું ક્ષારણ (corrosion) ન થાય તે માટે તેમના પર જસતનું પડ ચડાવવા અને (2) મિશ્રધાતુઓ બનાવવા. આ ઉપરાંત 5 % જેટલું ઝિંક શુષ્ક કોષ (dry cell) બૅટરીની ખોળીઓ બનાવવામાં વપરાય છે. પુનર્વીજપાત્ર (rechargable) Ni–Zn બૅટરીમાં પણ તે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. આ બૅટરી ઊંચી ઊર્જા-ઘનતા ધરાવે છે. ફેનિલ (foamed) ઝિંકનો ઉપયોગ ઍરોપ્લેન અને અવકાશયાનમાં સૂચવાયો છે. લિથોગ્રાફિક પ્લેટમાં પણ ઝિંક વપરાય છે.
મુખ્ય મિશ્રધાતુઓમાં પિત્તળ(3 %થી 45 % Zn, બાકીનું કૉપર)ને ગણાવી શકાય. ડાઇ-ઢાળવાની મિશ્રધાતુ
96 % Zn, 4 % Al અને અલ્પ પ્રમાણમાં Mg (તથા Cu) ધરાવે છે. ઇંજેક્શન મોલ્ડિંગ દ્વારા ચોક્કસ માપવાળા ધાત્વિક ઘટકો (components) બનાવવા તે વપરાય છે.
ઝિંકનો પાઉડર શુષ્ક હોય તો પ્રજ્વલનશીલ છે. તેનો ઉપયોગ દારૂખાનું બનાવવામાં તથા ઉદ્દીપક અને અપચયનકર્તા તરીકે થાય છે. રેડિયોસક્રિય 65Zn ટ્રેસર તરીકે વપરાય છે.
જ. દા. તલાટી