મેગ્નેશિયમ (Mg): રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મોનું વિહંગાવલોકન

મેગ્નેશિયમ (Mg) એ આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ છે, જે આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 2 અને આવર્ત 3 માં સ્થિત છે.

• પ્રતિક્રિયાત્મકતા શ્રેણીમાં સ્થાન: Mg એક સક્રિય ધાતુ છે, જે પ્રતિક્રિયાત્મકતા શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનથી ઉપર સ્થાન ધરાવે છે. આ એસિડ અને પાણીમાંથી (વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓમાં) હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરવાની તેની મજબૂત વૃત્તિ દર્શાવે છે.
• ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી: તેની ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી ઓછી છે (પૉલિંગ સ્કેલ: 1.31), જે તેના ધાતુના ગુણધર્મ અને સ્થિર Mg²⁺ આયનો બનાવવા માટે તેના બે સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન સરળતાથી ગુમાવવાની વૃત્તિને પ્રતિબિંબિત કરે છે.
• સામાન્ય પ્રતિક્રિયાત્મકતા: મેગ્નેશિયમ એકદમ પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ છે. ભેજવાળી હવામાં મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોક્સાઇડના પાતળા, રક્ષણાત્મક સ્તરના નિર્માણના કારણે તે ધીમે ધીમે ઝાંખું પડે છે. હવા અથવા ઓક્સિજનમાં પ્રજ્વલિત થાય ત્યારે તે ચમકતી સફેદ જ્યોત સાથે બળે છે.

હવા અને ઓક્સિજનની ક્રિયા

ગરમ કરવાથી મેગ્નેશિયમ હવા સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.

1. ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયા (દહન)

મેગ્નેશિયમ રિબન ઓક્સિજનમાં તેજસ્વી સફેદ જ્યોત સાથે બળીને મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)

2. નાઇટ્રોજન સાથેની પ્રતિક્રિયા

જ્યારે મેગ્નેશિયમ હવામાં બળે છે, ત્યારે તે નાઇટ્રોજન સાથે પણ પ્રતિક્રિયા કરીને મેગ્નેશિયમ નાઇટ્રાઇડ બનાવે છે, જોકે આ પ્રતિક્રિયા ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયા કરતાં ધીમી હોય છે.

3Mg(s) + N₂(g) → Mg₃N₂(s)

મેગ્નેશિયમ નાઇટ્રાઇડ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને મેગ્નેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને એમોનિયા બનાવે છે:

Mg₃N₂(s) + 6H₂O(l) → 3Mg(OH)₂(s) + 2NH₃(g)

પાણી અને વરાળની ક્રિયા

મેગ્નેશિયમ પાણી અને વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, પ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા તાપમાન પર આધાર રાખે છે.

1. ઠંડા પાણી સાથેની પ્રતિક્રિયા

મેગ્નેશિયમ ઠંડા પાણી સાથે ખૂબ જ ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા કરીને મેગ્નેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. પ્રતિક્રિયા ધીમી હોય છે કારણ કે બનતું અદ્રાવ્ય Mg(OH)₂ ધાતુની સપાટી પર કોટિંગ બનાવે છે, જે વધુ પ્રતિક્રિયા અટકાવે છે.

Mg(s) + 2H₂O(l) → Mg(OH)₂(s) + H₂(g)

2. ઉકળતા પાણી સાથેની પ્રતિક્રિયા

ઉકળતા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા વધુ ઝડપી હોય છે કારણ કે ઉચ્ચ તાપમાને Mg(OH)₂ સ્તર ઓછું સંલગ્ન હોય છે, અને વધેલી ગતિ ઊર્જા પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપે છે.

Mg(s) + 2H₂O(l) → Mg(OH)₂(s) + H₂(g)

3. વરાળ સાથેની પ્રતિક્રિયા

મેગ્નેશિયમ વરાળ (લાલ ગરમી પર) સાથે જોરદાર પ્રતિક્રિયા કરીને મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. અહીં, Mg(OH)₂ ઉત્પાદન ઉચ્ચ તાપમાને MgO માં વિઘટિત થાય છે.

Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g)

એસિડ અને બેઝની ક્રિયા

1. મંદ એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા

મેગ્નેશિયમ મંદ એસિડ જેમ કે હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને મેગ્નેશિયમ ક્ષાર અને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.

• મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) સાથે:

  Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)
  

• મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂SO₄) સાથે:

  Mg(s) + H₂SO₄(aq) → MgSO₄(aq) + H₂(g)
  

• મંદ નાઈટ્રિક એસિડ (HNO₃) સાથે: મેગ્નેશિયમ એક પ્રબળ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ છે. ખૂબ જ મંદ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે તે એમોનિયમ નાઈટ્રેટ ઉત્પન્ન કરે છે.

  4Mg(s) + 10HNO₃(dilute) → 4Mg(NO₃)₂(aq) + NH₄NO₃(aq) + 3H₂O(l)
  

  સાધારણ મંદ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે, તે ઘણીવાર નાઈટ્રસ ઓક્સાઇડ (N₂O) અથવા નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડ (NO) ઉત્પન્ન કરે છે.

  4Mg(s) + 10HNO₃(moderately dilute) → 4Mg(NO₃)₂(aq) + N₂O(g) + 5H₂O(l)
  

  3Mg(s) + 8HNO₃(moderately dilute) → 3Mg(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
  

2. સાંદ્ર એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા

• સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂SO₄) સાથે: મેગ્નેશિયમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડને સલ્ફર ડાયોક્સાઇડમાં રિડ્યુસ કરે છે.

  Mg(s) + 2H₂SO₄(conc) → MgSO₄(aq) + SO₂(g) + 2H₂O(l)
  

• સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ (HNO₃) સાથે: મેગ્નેશિયમ સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડને નાઈટ્રોજન ડાયોક્સાઇડમાં રિડ્યુસ કરે છે.

  Mg(s) + 4HNO₃(conc) → Mg(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
  

3. બેઝ (આલ્કલી) સાથેની પ્રતિક્રિયા

મેગ્નેશિયમ ધાતુ સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) અથવા પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) જેવા પ્રબળ આલ્કલીના ઠંડા કે ગરમ દ્રાવણ સાથે પ્રતિક્રિયા આપતી નથી. આ એટલા માટે છે કારણ કે Mg(OH)₂ એક નબળો બેઝ છે અને વધારાના આલ્કલીમાં ઓગળતો નથી.

Mg²⁺ આયનો માટે મુખ્ય લેબોરેટરી પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

નીચેના પરીક્ષણોનો ઉપયોગ કરીને ક્ષાર વિશ્લેષણમાં મેગ્નેશિયમ આયનો (Mg²⁺) ઓળખવામાં આવે છે:

1. સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) સાથેની પ્રતિક્રિયા

જ્યારે Mg²⁺ આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં NaOH દ્રાવણ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે મેગ્નેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો સફેદ અવક્ષેપ બને છે. આ અવક્ષેપ વધારાના NaOH માં અદ્રાવ્ય છે.

Mg²⁺(aq) + 2NaOH(aq) → Mg(OH)₂(s) + 2Na⁺(aq)

Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Mg(OH)₂(s) (White precipitate)

2. એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NH₄OH) સાથેની પ્રતિક્રિયા

• એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (NH₄Cl) ની ગેરહાજરીમાં: જો Mg²⁺ ના દ્રાવણમાં NH₄OH ઉમેરવામાં આવે છે, તો Mg(OH)₂ નો સફેદ અવક્ષેપ બને છે.

  Mg²⁺(aq) + 2NH₄OH(aq) → Mg(OH)₂(s) + 2NH₄⁺(aq)
  

• એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (NH₄Cl) ની હાજરીમાં: NH₄Cl ની હાજરીમાં NH₄OH ઉમેરવામાં આવે ત્યારે Mg(OH)₂ નો કોઈ અવક્ષેપ બનતો નથી. આ સામાન્ય આયન અસરને કારણે છે: NH₄Cl NH₄OH ના વિયોજનને દબાવી દે છે, જેનાથી OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા Mg(OH)₂ ના દ્રાવ્યતા ગુણનફળ (Ksp) થી નીચે ઘટી જાય છે, જે તેના અવક્ષેપને અટકાવે છે. આ ગુણધર્મ ગ્રુપ IIIB ના કેશન (Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺) થી મહત્વપૂર્ણ તફાવત દર્શાવે છે, જે આ પરિસ્થિતિઓમાં અવક્ષેપિત થાય છે.

3. ફોસ્ફેટ પરીક્ષણ (મેગ્નેશિયમ એમોનિયમ ફોસ્ફેટ પરીક્ષણ)

આ Mg²⁺ આયનો માટે એક નિશ્ચિત પરીક્ષણ છે, જે એમોનિયાકલ માધ્યમમાં (NH₄OH/NH₄Cl બફર) કરવામાં આવે છે. જ્યારે NH₄Cl અને NH₄OH ની હાજરીમાં Mg²⁺ આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં ડાયસોડિયમ હાઇડ્રોજન ફોસ્ફેટ (Na₂HPO₄) ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે મેગ્નેશિયમ એમોનિયમ ફોસ્ફેટનો સફેદ સ્ફટિકમય અવક્ષેપ બને છે.

Mg²⁺(aq) + NH₄⁺(aq) + HPO₄²⁻(aq) → MgNH₄PO₄(s) + H⁺(aq)

વૈકલ્પિક રીતે, સરળ રીતે:

Mg²⁺(aq) + NH₄OH(aq) + Na₂HPO₄(aq) → MgNH₄PO₄(s) + 2Na⁺(aq) + H₂O(l)

(સફેદ સ્ફટિકમય અવક્ષેપ, ઘણીવાર ધીમે ધીમે દેખાય છે)

4. મેગ્નેસન રિએજન્ટ પરીક્ષણ (એડસોર્પ્શન ઇન્ડિકેટર પરીક્ષણ)

મેગ્નેસન રિએજન્ટ (4-(p-nitrophenylazo)resorcinol) એક કાર્બનિક રંગ છે. Mg²⁺ આયનો અને આલ્કલાઇન માધ્યમ (દા.ત., NaOH) ની હાજરીમાં, Mg(OH)₂ બને છે, જે મેગ્નેસન રંગને શોષીને લાક્ષણિક વાદળી અવક્ષેપ અથવા “લેક” ઉત્પન્ન કરે છે.

Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Mg(OH)₂(s)

Mg(OH)₂(s) + મેગ્નેસન રિએજન્ટ → વાદળી અવક્ષેપ / લેક