जस्ता ऑक्साइड (ज़नो): संरचना, गुण, उपयोग, जोखिम - रसायन विज्ञान - 2025

जिंक आक्साइड रासायनिक सूत्र जेडएनओ के साथ एक अकार्बनिक यौगिक है। यह केवल 1: 1 के अनुपात में Zn ²⁺ और O ^2- आयनों से बना है; हालाँकि, इसकी क्रिस्टलीय जाली O ^2- वैकेंसी प्रस्तुत कर सकती है, जो इसके सिंथेटिक क्रिस्टल के रंगों को बदलने में सक्षम संरचनात्मक दोषों को जन्म देती है।

यह व्यावसायिक रूप से एक ख़स्ता सफेद ठोस (निचली छवि) के रूप में प्राप्त किया जाता है, जो सीधे फ्रांसीसी प्रक्रिया द्वारा धातु जस्ता के ऑक्सीकरण से उत्पन्न होता है; या कार्बोनेटिक कमी के लिए जस्ता अयस्कों के अधीन, इस तरह से कि उनके वाष्प फिर ऑक्सीकरण और जमने को समाप्त करते हैं।

जस्ता ऑक्साइड के साथ ग्लास देखें। स्रोत: एडम रडज़िकोव्स्की

ZnO को तैयार करने के अन्य तरीकों में जिंक लवण के जलीय घोल से उसके हाइड्रॉक्साइड, Zn (OH) ₂ को मिलाना है। इसी तरह, ZnO के रूपात्मक रूप से विविध पतली फिल्मों या नैनोकणों को अधिक परिष्कृत तकनीकों द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है जैसे कि इसके वाष्पों का रासायनिक निक्षेपण।

यह धातु ऑक्साइड प्रकृति में खनिज जस्ता के रूप में पाया जाता है, जिनके क्रिस्टल आमतौर पर धातु की अशुद्धियों के कारण पीले या नारंगी होते हैं। ZnO क्रिस्टल को पीजोइलेक्ट्रिक, थर्मोक्रोमिक, ल्यूमिनसेंट, ध्रुवीय होने के साथ-साथ उनके अर्धचालक गुणों में एक बहुत विस्तृत ऊर्जा बैंड होने की विशेषता है।

संरचनात्मक रूप से, यह जस्ता सल्फाइड, ZnS के लिए आइसोमॉर्फ़िक है, क्रमशः वुर्गाइट और मिश्रण के समान हेक्सागोनल और क्यूबिक क्रिस्टल को अपनाते हैं। इनमें Zn ²⁺ और O ^{2- के} बीच की बातचीत में एक निश्चित सहसंयोजक चरित्र है, जो ZnO क्रिस्टल में आवेशों के विषम वितरण का कारण बनता है।

ZnO के गुणों और उपयोगों का अध्ययन भौतिकी, इलेक्ट्रॉनिक्स और बायोमेडिसिन के क्षेत्रों तक विस्तृत है। इसका सरलतम और सबसे रोज़ उपयोग चेहरे की क्रीम और व्यक्तिगत स्वच्छता उत्पादों के संयोजन के साथ-साथ सनस्क्रीन में भी किसी का ध्यान नहीं जाता है।

संरचना

पॅलिमरफ्स

ZnO एक हेक्सागोनल वुरज़ाइट संरचना में सामान्य दबाव और तापमान की स्थिति के तहत क्रिस्टलीकृत होता है। इस संरचना में, Zn ²⁺ और O ^2- आयनों को बारी-बारी से परतों में व्यवस्थित किया जाता है, इस तरह से कि हर एक क्रमशः tetrahedron से घिरा होता है, जिसमें ZnO ₄ या OZn ₄ होते हैं।

इसके अलावा, एक "टेम्पलेट" या क्यूबिक समर्थन का उपयोग करके, ज़नो को जस्ता मिश्रण की एक घन संरचना में क्रिस्टलीकृत करने के लिए बनाया जा सकता है; जो, wurzite की तरह, जस्ता सल्फाइड, ZnS के समरूप संरचना (अंतरिक्ष में समान लेकिन अलग आयनों के साथ) के अनुरूप है।

इन दोनों संरचनाओं (वुरज़ाइट और ब्ली) के अलावा, उच्च दबाव में ZnO (लगभग 10 GPa) रॉक नमक संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है, जो NaCl के समान होता है।

सहभागिता

Zn ²⁺ और O ^{2- के} बीच की बातचीत सहसंयोजन का एक निश्चित चरित्र प्रस्तुत करती है, जिसके लिए आंशिक रूप से Zn-O सहसंयोजक बंधन (सपा ³ संकरण के साथ दोनों परमाणु) होते हैं, और वर्णानुक्रम की विकृति के कारण वे एक पल प्रकट करते हैं द्विध्रुवीय जो ZnO क्रिस्टल के आयनिक आकर्षण में जोड़ता है।

ज़ेनो की ब्लेंडे (बाएं) और वुरज़ाइट (दाएं) संरचना। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

आपके पास ZnO संरचनाओं के लिए उल्लिखित टेट्राहेड्रा की कल्पना करने के लिए ऊपरी छवि है।

ब्लेंडा और वर्ज़ाइट संरचनाओं के बीच का अंतर भी ऊपर से देखा जाता है, आयनों को ग्रहण नहीं किया जाता है। उदाहरण के लिए, वूर्जाइट में, सफेद गोले (Zn ²⁺) को लाल गोले (O ^2-) के ठीक ऊपर देखा जाता है । दूसरी ओर, क्यूबिक मिश्रण संरचना में ऐसा नहीं है क्योंकि तीन परतें हैं: ए, बी और सी केवल दो के बजाय।

नैनोपार्टिकल आकृति विज्ञान

हालांकि ZnO क्रिस्टल में हेक्सागोनल वुरज़ाइट संरचनाएं हैं, उनके नैनोकणों की आकृति विज्ञान एक और कहानी है। मापदंडों और संश्लेषण के तरीकों के आधार पर, ये छड़, प्लेट, पत्तियां, गोले, फूल, बेल्ट, सुई, जैसे विभिन्न रूप ले सकते हैं।

गुण

भौतिक उपस्थिति

एक कड़वा स्वाद के साथ गंधहीन, सफेद पाउडर ठोस। प्रकृति में यह क्रिस्टलीय रूप से पाया जा सकता है, जिसमें धातु की अशुद्धियां होती हैं, जैसे जिंकाइट खनिज। यदि ऐसे क्रिस्टल सफेद होते हैं, तो वे थर्मोक्रोमिज्म दिखाते हैं, जिसका अर्थ है कि जब वे गर्म होते हैं तो वे अपना रंग बदलते हैं: सफेद से पीले रंग में।

इसी तरह, इसके सिंथेटिक क्रिस्टल लाल या हरे रंग के रंगों को उनकी स्टोइकोमेट्रिक ऑक्सीजन संरचना के आधार पर प्रस्तुत कर सकते हैं; दूसरे शब्दों में, ओ ^2- आयनों की कमी के कारण अंतराल या रिक्तियां सीधे उस तरीके को प्रभावित करती हैं जिसमें प्रकाश आयनिक नेटवर्क के साथ बातचीत करता है।

अणु भार

81.406 ग्राम / मोल

गलनांक

1974 डिग्री सेल्सियस इस तापमान पर यह जिंक वाष्प और आणविक या गैसीय ऑक्सीजन को छोड़ने वाले थर्मल अपघटन से गुजरता है।

घनत्व

5.1 ग्राम / सेमी ³

जल में घुलनशीलता

ZnO पानी में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील है, शायद ही 18ºC पर 0.0004% की एकाग्रता के साथ समाधानों को जन्म दे रहा है।

Amphotericism

ZnO एसिड और बेस दोनों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। जब यह जलीय घोल में एक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो घुलनशील नमक बनाने से इसकी घुलनशीलता बढ़ जाती है जहां Zn ²⁺ पानी के अणुओं के साथ जटिल होता है: ²⁺ । उदाहरण के लिए, यह सल्फ्यूरिक एसिड के साथ जस्ता सल्फेट का उत्पादन करने के लिए प्रतिक्रिया करता है:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

इसी तरह, यह फैटी एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है ताकि उनके संबंधित लवण, जैसे कि जिंक स्टीयरेट और पामिटेट बन सकें।

और जब यह आधार के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो पानी की उपस्थिति में, जस्ता लवण बनता है:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → ना ₂

ताप क्षमता

40.3 जे / के मोल

डायरेक्ट एनर्जी गैप

३.३ ई.वी. यह मान इसे एक ब्रॉडबैंड सेमीकंडक्टर बनाता है, जो गहन विद्युत क्षेत्रों के तहत काम करने में सक्षम है। इसमें एक एन-प्रकार अर्धचालक होने की विशेषताएं भी हैं, जो यह नहीं बताया गया है कि इसकी संरचना में इलेक्ट्रॉनों की अतिरिक्त आपूर्ति क्यों है।

यह ऑक्साइड अपने ऑप्टिकल, ध्वनिक और इलेक्ट्रॉनिक गुणों द्वारा प्रतिष्ठित है, जिसकी बदौलत यह ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक डिवाइस (सेंसर, लेजर डायोड, फोटोवोल्टिक सेल) के विकास से संबंधित संभावित अनुप्रयोगों के लिए एक उम्मीदवार माना जाता है। ऐसे गुणों का कारण भौतिकी के दायरे से परे है।

अनुप्रयोग

औषधीय

जिंक ऑक्साइड का उपयोग त्वचा की जलन, एक्ने, डर्मेटाइटिस, घर्षण और दरार के उपचार के लिए कई सफ़ेद क्रीमों में एक योज्य के रूप में किया जाता है। इस क्षेत्र में, इसका उपयोग शिशुओं की त्वचा पर डायपर के कारण होने वाली जलन को दूर करने के लिए लोकप्रिय है।

इसी तरह, यह सनस्क्रीन का एक घटक है, क्योंकि टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोपार्टिकल्स, टीआईओ _{2 के} साथ मिलकर यह सूर्य के पराबैंगनी विकिरण को अवरुद्ध करने में मदद करता है। इसी तरह, यह एक मोटा एजेंट के रूप में कार्य करता है, यही कारण है कि यह कुछ हल्के मेकअप में पाया जाता है। लोशन, एनामेल्स, पाउडर और साबुन।

दूसरी ओर, ZnO जस्ता का एक स्रोत है जिसका उपयोग आहार की खुराक और विटामिन उत्पादों के साथ-साथ अनाज में भी किया जाता है।

जीवाणुरोधी

अपने नैनोकणों के आकारिकी के अनुसार, ZnO को हाइड्रोजन पेरोक्साइड या प्रतिक्रियाशील प्रजातियों को उत्पन्न करने के लिए पराबैंगनी विकिरण के तहत सक्रिय किया जा सकता है जो सूक्ष्मजीवों के सेल झिल्ली को कमजोर करते हैं।

जब ऐसा होता है, तो शेष ZnO नैनोपार्टिकल्स साइटोप्लाज्म को फुर्र कर लेते हैं और बायोमोलेक्यूलस के सेल के साथ बातचीत करने लगते हैं, जिससे कोशिका बनती है, जिसके परिणामस्वरूप उनका एपोप्टोसिस हो जाता है।

यही कारण है कि सभी नैनोकणों का उपयोग सनस्क्रीन रचनाओं में नहीं किया जा सकता है, लेकिन केवल उन है कि जीवाणुरोधी गतिविधि की कमी है।

इस प्रकार के ZnO वाले उत्पादों को संक्रमण, घाव, अल्सर, बैक्टीरिया और यहां तक ​​कि मधुमेह के इलाज के लिए, घुलनशील बहुलक सामग्री के साथ लेपित किया जाता है।

पिगमेंट और कोटिंग्स

सफेद जस्ता के रूप में जाना जाने वाला वर्णक ZnO है, जो धातु की सतहों की रक्षा के लिए विभिन्न पेंट्स और कोटिंग्स में जोड़ा जाता है जहां उन्हें जंग से लागू किया जाता है। उदाहरण के लिए, जोड़ा हुआ ZnO के साथ कोटिंग्स का उपयोग जस्ती लोहा की रक्षा के लिए किया जाता है।

दूसरी ओर, इन कोटिंग्स का उपयोग खिड़की के शीशे पर भी किया जाता है ताकि गर्मी को मर्मज्ञ (अगर यह बाहर है) या प्रवेश (यदि यह अंदर है) से रोका जा सके। इसी तरह, यह कुछ पॉलिमर और कपड़ा सामग्रियों को सौर विकिरण और गर्मी की कार्रवाई के कारण खराब होने से बचाता है।

Bioimages

ZnO नैनोकणों के luminescence बायोइमेजिंग में उपयोग के लिए अध्ययन किया गया है, इस प्रकार कोशिकाओं की आंतरिक संरचनाओं का अध्ययन नीले, हरे या नारंगी रोशनी के माध्यम से किया जाता है जो विकिरण करते हैं।

additive

ZnO भी अपने कम पिघलने बिंदु के कारण, घिसने वाले, सीमेंट, डेंटिफ़्रेसेस, ग्लास और सिरेमिक में एक योजक के रूप में उपयोग करता है और इसलिए, एक फ्लक्सिंग एजेंट के रूप में व्यवहार करता है।

हाइड्रोजन सल्फाइड रिमूवर

ZnO H ₂ S की अप्रिय गैसों को हटाता है, कुछ गैस धुएं को हटाने में मदद करता है:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

जोखिम

जस्ता ऑक्साइड जैसे कि एक गैर विषैले और हानिरहित यौगिक है, इसलिए इसकी ठोस की विवेकपूर्ण हैंडलिंग किसी भी जोखिम का प्रतिनिधित्व नहीं करती है।

समस्या, हालांकि, इसके धुएं में निहित है, क्योंकि हालांकि यह उच्च तापमान पर विघटित हो जाता है, जस्ता वाष्प फेफड़ों को दूषित करने और एक प्रकार का "धातु बुखार" पैदा करता है। इस बीमारी में खांसी, बुखार, छाती में जकड़न की भावना और मुंह में लगातार धातु स्वाद के लक्षणों की विशेषता है।

यह कार्सिनोजेनिक भी नहीं है, और इसमें मौजूद क्रीम को त्वचा में जस्ता के अवशोषण को बढ़ाने के लिए नहीं दिखाया गया है, इसलिए ZnO- आधारित सनस्क्रीन सुरक्षित माना जाता है; जब तक एलर्जी की प्रतिक्रिया न हो, उस स्थिति में इसका उपयोग बंद कर देना चाहिए।

बैक्टीरिया से निपटने के लिए डिज़ाइन किए गए कुछ नैनोकणों के बारे में, ये नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं यदि उन्हें कार्रवाई की अपनी साइट पर सही तरीके से नहीं ले जाया जाता है।

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