मँगनीजची ओळख
मँगनीज (Mn) हा आवर्त सारणीतील गट 7, आवर्त 4 मध्ये आढळणारा एक चांदी-राखाडी धातूचा मूलद्रव्य आहे. तो निसर्गात स्वतंत्र मूलद्रव्य म्हणून आढळत नाही, तर विविध खनिजांमध्ये आढळतो. संक्रमण धातू म्हणून, मँगनीज जैविक प्रणाली आणि औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतो. भारतामध्ये मँगनीज खनिजाचे मोठे साठे आहेत, ज्यात ओडिशा, मध्य प्रदेश आणि महाराष्ट्र यांसारख्या राज्यांमध्ये प्रमुख खाणकाम चालते, जे जागतिक उत्पादनात लक्षणीय योगदान देतात, प्रामुख्याने पोलाद निर्मितीसाठी.
मँगनीजचे मूलभूत अणू कण
मँगनीजची अणू रचना त्याच्या अणुअंक आणि वस्तुमान संख्येने परिभाषित केली जाते. सर्वात सामान्य समस्थानिकासाठी, मँगनीज-55 ($^{55}$Mn), ही मूल्ये त्याच्या उपअणू कणांची संख्या ठरवतात.
प्रोटॉन
मँगनीजचा अणुअंक (Z) 25 आहे. हे मूल्य प्रत्येक मँगनीज अणूच्या केंद्रकात असलेल्या प्रोटॉनच्या संख्येशी थेट संबंधित आहे. त्यामुळे, प्रत्येक मँगनीज अणूत 25 प्रोटॉन असतात. प्रोटॉनची संख्या मूलद्रव्याची ओळख निश्चित करते.
इलेक्ट्रॉन
उदासीन अणूमध्ये, इलेक्ट्रॉनची संख्या प्रोटॉनच्या संख्येएवढी असते. तटस्थ मँगनीज अणूमध्ये 25 प्रोटॉन असल्याने, त्यात केंद्रकाभोवती फिरणारे 25 इलेक्ट्रॉन देखील असतात. हे इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती विशिष्ट ऊर्जा स्तरांमध्ये किंवा कवचांमध्ये असतात.
न्यूट्रॉन
मँगनीजच्या सर्वात सामान्य समस्थानिकाची वस्तुमान संख्या (A) 55 आहे. वस्तुमान संख्या केंद्रकातील प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनची एकूण संख्या दर्शवते. न्यूट्रॉनची संख्या निश्चित करण्यासाठी, अणुअंक (प्रोटॉनची संख्या) वस्तुमान संख्येतून वजा केला जातो:
न्यूट्रॉनची संख्या = वस्तुमान संख्या - अणुअंक न्यूट्रॉनची संख्या = 55 - 25 = 30
अशा प्रकारे, एका सामान्य मँगनीज-55 अणूमध्ये 30 न्यूट्रॉन असतात.
मँगनीजची इलेक्ट्रॉन संरचना
इलेक्ट्रॉन संरचना केंद्रकाभोवतीच्या अणू कक्षांमध्ये इलेक्ट्रॉनची मांडणी दर्शवते. ऑफबाऊ तत्त्व, हंडचा नियम आणि पॉलीच्या अपवर्जन तत्त्वानुसार, मँगनीजची (25 इलेक्ट्रॉनसह) इलेक्ट्रॉन संरचना अशी आहे:
$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^5$
ही संरचना दर्शवते:
- 1s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन
- 2s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन
- 2p उपकवचामध्ये 6 इलेक्ट्रॉन
- 3s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन
- 3p उपकवचामध्ये 6 इलेक्ट्रॉन
- 4s उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन
- 3d उपकवचामध्ये 5 इलेक्ट्रॉन
मागील उत्कृष्ट वायू, आर्गॉन ([Ar]) वापरून संक्षिप्त नोटेशन देखील वापरले जाऊ शकते:
$[Ar] 4s^2 3d^5$
हे संक्षिप्त रूप गाभ्याच्या इलेक्ट्रॉनला ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$) आर्गॉनच्या संरचनेप्रमाणे दर्शवते, ज्यामुळे बाहेरील इलेक्ट्रॉनचे प्रतिनिधित्व सोपे होते.
मँगनीजचे संयुजा इलेक्ट्रॉन
संयुजा इलेक्ट्रॉन हे अणूच्या सर्वात बाहेरील कवचात असलेले इलेक्ट्रॉन असतात आणि ते प्रामुख्याने रासायनिक बंधात भाग घेतात. मँगनीजसारख्या संक्रमण धातूंसाठी, संयुजा इलेक्ट्रॉनमध्ये सामान्यतः सर्वात बाहेरील ‘s’ उपकवचातील आणि उपअंतिम कवचातील अंशतः भरलेल्या ‘d’ उपकवचातील इलेक्ट्रॉन समाविष्ट असतात.
मँगनीजच्या बाबतीत ($[Ar] 4s^2 3d^5$), सर्वात बाहेरील कवच हे 4थे कवच आहे, ज्यामध्ये $4s$ उपकवचामध्ये 2 इलेक्ट्रॉन असतात. याव्यतिरिक्त, $3d$ उपकवच, तिसऱ्या कवचाचे असले तरी, पूर्णपणे भरलेले नाही आणि त्याचे इलेक्ट्रॉन $4s$ इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जेच्या जवळ असतात, जे रासायनिक अभिक्रियांमध्ये सक्रियपणे भाग घेतात.
म्हणून, मँगनीजमध्ये एकूण 7 संयुजा इलेक्ट्रॉन असतात (4s मधून 2 आणि 3d मधून 5). या मोठ्या संख्येतील संयुजा इलेक्ट्रॉनमुळे मँगनीजमध्ये +2 ते +7 पर्यंत अनेक ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवण्याची क्षमता येते. उदाहरणार्थ, भारतात उत्पादित सामान्य कोरड्या सेल बॅटरीमध्ये, मँगनीज डायऑक्साइड (MnO$_2$) डीपोलरायझर म्हणून कार्य करतो, जिथे मँगनीज +4 ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवतो. पोटॅशियम परमँगनेट (KMnO$_4$) हे आणखी एक महत्त्वाचे संयुग आहे, जे भारतीय घरांमध्ये आणि पाणी शुद्धीकरणासाठी अँटिसेप्टिक आणि जंतुनाशक म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते, तेथे मँगनीज +7 ऑक्सिडेशन अवस्थेत दिसते।