मॅग्नेशियम (Mg): रासायनिक गुणधर्म आणि अभिक्रिया
रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन
मॅग्नेशियम (Mg) हा अल्कधर्मी मृदा धातू असून तो आवर्त सारणीच्या गट 2 आणि आवर्त 3 मध्ये स्थित आहे.
- अभिक्रियाशीलता श्रेणीतील स्थान: Mg हा एक सक्रिय धातू आहे, जो अभिक्रियाशीलता श्रेणीमध्ये हायड्रोजनच्या वर ठेवलेला आहे. हे आम्ल आणि पाण्यामधून (विशिष्ट परिस्थितीत) हायड्रोजनला विस्थापित करण्याची त्याची तीव्र प्रवृत्ती दर्शवते.
- विद्युत ऋणता (Electronegativity): त्याची विद्युत ऋणता कमी आहे (पॉलिंग स्केल: 1.31), जी त्याचे धातूचे वैशिष्ट्य आणि स्थिर Mg²⁺ आयन तयार करण्यासाठी त्याचे दोन संयुजा इलेक्ट्रॉन सहज गमावण्याची प्रवृत्ती दर्शवते.
- सामान्य अभिक्रियाशीलता: मॅग्नेशियम हा एक बऱ्यापैकी अभिक्रियाशील धातू आहे. दमट हवेत मॅग्नेशियम ऑक्साईड आणि हायड्रॉक्साईडचा पातळ, संरक्षक थर तयार झाल्यामुळे तो हळूहळू काळवंडतो. हवा किंवा ऑक्सिजनमध्ये प्रज्वलित केल्यावर तो चमकदार पांढऱ्या ज्योतीने जळतो.
हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया
गरम केल्यावर मॅग्नेशियम हवेसोबत सहज अभिक्रिया करतो.
1. ऑक्सिजनसोबतची अभिक्रिया (ज्वलन)
मॅग्नेशियमची फीत ऑक्सिजनमध्ये तेजस्वी पांढऱ्या ज्योतीने जळून मॅग्नेशियम ऑक्साईड तयार करते.
2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)
2. नायट्रोजनसोबतची अभिक्रिया
मॅग्नेशियम हवेत जळत असताना, तो नायट्रोजनसोबत अभिक्रिया करून मॅग्नेशियम नायट्राइड देखील तयार करतो, जरी ही अभिक्रिया ऑक्सिजनसोबतच्या अभिक्रियेपेक्षा हळू होते.
3Mg(s) + N₂(s) → Mg₃N₂(s)
मॅग्नेशियम नायट्राइड पाण्याची अभिक्रिया करून मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईड आणि अमोनिया तयार करतो:
Mg₃N₂(s) + 6H₂O(l) → 3Mg(OH)₂(s) + 2NH₃(g)
पाणी आणि वाफेची क्रिया
मॅग्नेशियम पाणी आणि वाफेशी अभिक्रिया करतो, अभिक्रियेची तीव्रता तापमानावर अवलंबून असते.
1. थंड पाण्यासोबतची अभिक्रिया
मॅग्नेशियम थंड पाण्यासोबत खूप हळू अभिक्रिया करून मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो. अभिक्रिया हळू होते कारण तयार झालेले अविद्राव्य Mg(OH)₂ धातूच्या पृष्ठभागावर आवरण तयार करते, ज्यामुळे पुढील अभिक्रिया थांबते.
Mg(s) + 2H₂O(l) → Mg(OH)₂(s) + H₂(g)
2. उकळत्या पाण्यासोबतची अभिक्रिया
उकळत्या पाण्यासोबत अभिक्रिया वेगाने होते कारण उच्च तापमानावर Mg(OH)₂ चा थर कमी चिकट असतो आणि वाढलेली गतिज ऊर्जा अभिक्रियेला प्रोत्साहन देते.
Mg(s) + 2H₂O(l) → Mg(OH)₂(s) + H₂(g)
3. वाफेशी अभिक्रिया
मॅग्नेशियम वाफेशी (लाल तापमानावर) तीव्रतेने अभिक्रिया करून मॅग्नेशियम ऑक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो. येथे, उच्च तापमानावर Mg(OH)₂ हे उत्पादन MgO मध्ये विघटित होते.
Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g)
आम्ल आणि आम्लारी (बेस) ची क्रिया
1. विरल आम्लांसोबतची अभिक्रिया
मॅग्नेशियम विरल हायड्रोक्लोरिक आम्ल आणि सल्फ्यूरिक आम्लासारख्या विरल आम्लांसोबत सहज अभिक्रिया करून मॅग्नेशियम क्षार आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो.
- विरल हायड्रोक्लोरिक आम्लासोबत (HCl):
Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g) - विरल सल्फ्यूरिक आम्लासोबत (H₂SO₄):
Mg(s) + H₂SO₄(aq) → MgSO₄(aq) + H₂(g) - विरल नायट्रिक आम्लासोबत (HNO₃): मॅग्नेशियम एक शक्तिशाली क्षपणकारक आहे. अतिविरल नायट्रिक आम्लासोबत तो अमोनियम नायट्रेट तयार करतो.
मध्यम विरल नायट्रिक आम्लासोबत, तो अनेकदा नायट्रस ऑक्साईड (N₂O) किंवा नायट्रिक ऑक्साईड (NO) तयार करतो.4Mg(s) + 10HNO₃(dilute) → 4Mg(NO₃)₂(aq) + NH₄NO₃(aq) + 3H₂O(l)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. संहत आम्लांसोबतची अभिक्रिया
- संहत सल्फ्यूरिक आम्लासोबत (H₂SO₄): मॅग्नेशियम संहत सल्फ्यूरिक आम्लाचे सल्फर डायऑक्साईडमध्ये क्षपण करतो.
Mg(s) + 2H₂SO₄(conc) → MgSO₄(aq) + SO₂(g) + 2H₂O(l) - संहत नायट्रिक आम्लासोबत (HNO₃): मॅग्नेशियम संहत नायट्रिक आम्लाचे नायट्रोजन डायऑक्साईडमध्ये क्षपण करतो.
Mg(s) + 4HNO₃(conc) → Mg(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
3. आम्लारी (अल्कली) सोबतची अभिक्रिया
मॅग्नेशियम धातू सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) किंवा पोटॅशियम हायड्रॉक्साईड (KOH) सारख्या मजबूत आम्लारीच्या थंड किंवा गरम द्रावणांशी अभिक्रिया करत नाही. याचे कारण Mg(OH)₂ हे एक दुर्बळ आम्लारी आहे आणि ते जास्त आम्लारीमध्ये विरघळत नाही.
Mg²⁺ आयनसाठी महत्त्वाच्या प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळख अभिक्रिया
मॅग्नेशियम आयन (Mg²⁺) ची क्षार विश्लेषणात खालील चाचण्या वापरून ओळख केली जाते:
1. सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) सोबतची अभिक्रिया
जेव्हा Mg²⁺ आयन असलेल्या द्रावणात NaOH द्रावण मिसळले जाते, तेव्हा मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईडचा पांढरा अवक्षेप तयार होतो. हा अवक्षेप जास्त NaOH मध्ये अविद्राव्य असतो.
Mg²⁺(aq) + 2NaOH(aq) → Mg(OH)₂(s) + 2Na⁺(aq)
Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Mg(OH)₂(s) (White precipitate)
2. अमोनियम हायड्रॉक्साईड (NH₄OH) सोबतची अभिक्रिया
- अमोनियम क्लोराईड (NH₄Cl) च्या अनुपस्थितीत: जर Mg²⁺ च्या द्रावणात NH₄OH मिसळले, तर Mg(OH)₂ चा पांढरा अवक्षेप तयार होतो.
Mg²⁺(aq) + 2NH₄OH(aq) → Mg(OH)₂(s) + 2NH₄⁺(aq) - अमोनियम क्लोराईड (NH₄Cl) च्या उपस्थितीत: NH₄Cl च्या उपस्थितीत NH₄OH मिसळले असता Mg(OH)₂ चा कोणताही अवक्षेप तयार होत नाही. हे सामान्य आयन प्रभावामुळे (common ion effect) होते: NH₄Cl NH₄OH च्या विघटनास दाबून टाकते, ज्यामुळे OH⁻ आयनची सांद्रता Mg(OH)₂ च्या विद्राव्यता गुणोत्तर (Ksp) पेक्षा कमी होते आणि त्याचा अवक्षेपण (precipitation) टाळला जातो. ग्रुप IIIB कॅटायन्स (Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺) या परिस्थितीत अवक्षेपित होतात, त्यांच्यापासून हे एक महत्त्वाचे वेगळेपण आहे.
3. फॉस्फेट चाचणी (मॅग्नेशियम अमोनियम फॉस्फेट चाचणी)
Mg²⁺ आयनसाठी ही एक निश्चित चाचणी आहे, जी अमोनियायुक्त माध्यमात (NH₄OH/NH₄Cl बफर) केली जाते. जेव्हा Mg²⁺ आयन असलेल्या द्रावणात NH₄Cl आणि NH₄OH च्या उपस्थितीत डायसोडियम हायड्रोजन फॉस्फेट (Na₂HPO₄) मिसळले जाते, तेव्हा मॅग्नेशियम अमोनियम फॉस्फेटचा पांढरा स्फटिकासारखा अवक्षेप तयार होतो.
Mg²⁺(aq) + NH₄⁺(aq) + HPO₄²⁻(aq) → MgNH₄PO₄(s) + H⁺(aq)
पर्यायी, सोप्या पद्धतीने:
Mg²⁺(aq) + NH₄OH(aq) + Na₂HPO₄(aq) → MgNH₄PO₄(s) + 2Na⁺(aq) + H₂O(l)
(पांढरा स्फटिकासारखा अवक्षेप, अनेकदा हळूहळू दिसतो)
4. मॅग्नेसॉन अभिकर्मक चाचणी (अधिशोषण सूचक चाचणी)
मॅग्नेसॉन अभिकर्मक (4-(p-nitrophenylazo)resorcinol) एक सेंद्रिय रंगद्रव्य आहे. Mg²⁺ आयन आणि आम्लारीयुक्त माध्यमात (उदा. NaOH) Mg(OH)₂ तयार होते, जे मॅग्नेसॉन रंगद्रव्याचे अधिशोषण करून वैशिष्ट्यपूर्ण निळा अवक्षेप किंवा