मॅग्नेशियम (Magnesium)

मॅग्नेशियम हे आधुनिक आवर्त सारणीतील गट २ मधील धातुरूप मूलद्रव्य असून याचे रासायनिक चिन्ह Mg असे आहे. मॅग्नेशियमचा अणुक्रमांक १२ आणि अणुभार २४·३१२ असा आहे.

इतिहास : नैसर्गिक मॅग्नेशियम सिलिकेटाच्या दगडापासून केलेली भांडी व कारागिरीच्या वस्तू प्राचीन काळापासून माहीत आहेत. ॲस्बेस्टस [CaMg₃ (SiO₃)₄] या खनिजाचा वापर दिव्यांच्या वाती व न जळणारे कापड बनविण्यासाठी ग्रीक व रोमन लोक करीत असत. १६९५ मध्ये एन्. ग्रू यांनी एप्सम (इंग्लंड) येथील खनिज झऱ्यांतून एक लवण मिळवले व त्यास एप्सम सॉल्ट असे नाव दिले. तेच मॅग्नेशियम सल्फेट होय त्याचा औषधी उपयोग माहीत होता.

इ. स. १७५४ मध्ये जोसेफ ब्लॅक यांनी मॅग्नेशिया (मॅग्नेशियमाचे ऑक्साइड) व लाइम (कॅल्शियमाचे ऑक्साइड) हे दोन भिन्न पदार्थ असल्याचे दाखविले, तर हंफ्री डेव्ही यांनी मॅग्नेशिया हे नव्या धातूचे ऑक्साइड असल्याचे दाखविले. १८०८ मध्ये डेव्ही यांनी तप्त मॅग्नेशियम ऑक्साइडावरून पोटॅशियम धातूची वाफ पाठवून मॅग्नेशियम पाऱ्याच्या साहाय्याने पारदमेलाच्या (amalgam) स्वरूपात मिळविले, तसेच त्यांनी मॅग्नेशियम सल्फेटाचे विद्युत् विच्छेदन (विद्युत् प्रवाहाने रेणूचे तुकडे करून घटक अलग करण्याची क्रिया) करून पारदमेल स्वरूपात ही धातू मिळविली. त्यानंतर १८२८ मध्ये ए. ब्यूसी यांनी निर्जल मॅग्नेशियम क्लोराइड व पोटॅशियम एकत्र वितळवून ही धातू मिळविली. १८३३ मध्ये मायकेल फॅराडे यांनी वितळलेल्या मॅग्नेशियम क्लोराइडापासून विद्युत् विच्छेदन पद्धतीने ही धातू तयार करण्यात यश मिळविले. १८५२ मध्ये आर्. बन्सन यांनी मॅग्नेशियम बनविण्यासाठी कार्बनाचे पोकळ ऋणाग्र असलेला नवा विद्युत् विच्छेदन घट बनविला. त्यामुळे संपर्कात आल्यावर होणारे मॅग्नेशियमाचे ज्वलन टाळता येऊ शकते.

आढळ : मॅग्नेशियम अतिविक्रियाशील असल्यामुळे निसर्गात मूलद्रव्याच्या रूपात आढळत नाही परंतु संयुगांच्या रूपात ती सर्वत्र आढळते.

मानवी शरीरातही मॅग्नेशियम असते त्याचे प्रमाण पोटॅशियमाच्या प्रमाणाच्या १/६ असते. मानवी शरीरातील अनेक महत्त्वपूर्ण रासायनिक विक्रियांना चालना देणाऱ्या एंझाइमांपैकी पुष्कळांच्या (उदा., कार्बोहायड्रेटांच्या चयापचयातील-शरीरात सतत होत असणाऱ्या भौतिक व रासायनिक घडामोडींतील-एंझाइमांच्या) विक्रियेत मॅग्नेशियम उत्प्रेरक (विक्रियेत भाग न घेता तिची गती बदलणारा पदार्थ) म्हणून उपयुक्त असते. तसेच डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्ल व रिबोन्यूक्लिइक अम्ल या न्यूक्लिइक अम्लांच्या द्विगुणनामध्ये (तंतोतंत प्रतिकृती निर्मीतीमध्ये) मॅग्नेशियम भाग घेते. त्यामुळे सर्व जीवांच्या आनुवंशिक लक्षणांच्या दृष्टीने मॅग्नेशियमाचे कार्य महत्त्वाचे असते. वनस्पतीतील हरितद्रव्य हे मॅग्नेशियमाचे संयुग आहे. रक्तातील हीमोग्लोबिनाच्या संदर्भात लोहाला जेवढे महत्त्व आहे, तेवढेच महत्त्व हरितद्रव्यामधील मॅग्नेशियमाला आहे.

उत्पादन : मॅग्नेशियमाचे उत्पादन पुढील पद्धतींनी करतात.

(१) विद्युत् विच्छेदन पद्धती : याकरिता वितळलेले मॅग्नेनशियम क्लोराइड हे विद्युत् विच्छेद्य (ज्याचे विद्युत् विच्छेदन करावयाचे तो पदार्थ) म्हणून वापरले जाते. मॅग्नेशियम क्लोराइड मिळविण्यासाठी प्रामुख्याने समुद्राचे पाणी वापरतात. त्याचा वितळबिंदू कमी करण्यासाठी त्याच्यात थोडे सोडियम क्लोराइड मिसळतात. विद्युत् विच्छेदनाकरिता पोलादी घट वापरतात व त्यात धनाग्र म्हणून कार्बनाची कांडी व ऋणाग्र म्हणून घटाचा पोलादी पत्रा उपयोगात येतो. धनाग्रापाशी क्लोरीन वायू निघतो. ऋणाग्रात म्हणजेच घटात मॅग्नेशियम धातू मुक्त होते.

ऋणाग्र :   Mg ²⁺    +     2e^–  →     Mg

धनाग्र :  2 Cl^–  →     Cl₂   +   2e^–

मॅग्नेशियम धातू हलकी असल्याने घटात पृष्ठभागावर तरंगू लागते. विद्युत् विच्छेदन कोळसा वायूच्या (कोल गॅसच्या) उपस्थितीत केले जाते. यामुळे तयार होणाऱ्या मॅग्नेशियमाचे ऑक्सिडीकरण होत नाही व ती जळत नाही.

(२) फेरोसिलिकॉन पद्धती : डोलोमाइट भाजून मिळणाऱ्या कॅल्शियम व मॅग्नेशियम ऑक्साइडांत फेरोसिलिकॉन (लोह व सिलिकॉन यांची मिश्रधातू) मिसळतात.

MgCO₃ → MgO + CO₂

CaCO₃.MgCO₃ → CaO.MgO + 2CO₂

मिश्र ऑक्साइड (CaO.MgO ) भट्टीत तापवून त्याच्या लहान लहान विटा बनवतात व त्या पोलादी बकपात्रात घालून निर्वात स्थितीत सु. १,२००^° से.ला तापवतात.

2CaO + 2MgO + FeSi → 2Mg + Fe + Ca₂SiO₄

येथे मॅग्नेशियम ऑक्साइडाचे सिलिकॉनाने क्षपण होऊन वायुरूपात तयार झालेला मॅग्नेशियम थंड करून स्फटिकरूपात मिळवतात. नंतर त्याला वितळवून मॅग्नेशियमाच्या लगडी तयार करतात.

(३) समुद्री जलापासून मॅग्नेशियमाचे निष्कर्षण : समुद्राच्या पाण्यातील मॅग्नेशियम हा कधीही न संपणारा साठा आहे. समुद्राचे पाणी एका मोठ्या टाकीत घेतात. त्यात लाइम वा कॅल्शियम हायड्रॉक्साइड (कधीकधी ऑयस्टर प्राण्याची भाजलेली कवचे) घालून मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साइड तयार होते. हे गाळून त्याचे हायड्रोक्लोरिक अम्लाने मॅग्नेशियम क्लोराइड बनवतात. हे मॅग्नेशियम क्लोराइड कोरडे करतात. त्याच्या विद्युत् विच्छेदनाने मॅग्नेशियम धातू व क्लोरीन वायू मिळतो. विद्युत् विच्छेदनात मिळणारा क्लोरीन वायू हायड्रोक्लोरिक अम्ल बनविण्यासाठी परत वापरतात.

भौतिक गुणधर्म : मॅग्नेशियमाचे चूर्ण चमकदार करड्या रंगाचे असते. त्याचे स्फटिक षट्कोनी आकाराचे असतात. उष्णता संवाहकता व विद्युत् संवाहकता हे मॅग्नेशियमाचे महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत.

रासायनिक गुणधर्म : (१) मॅग्नेशियमची शुष्क हवेसोबत विक्रिया होत नाही. परंतु आर्द्र हवेच्या संपर्कात मॅग्नेशियमच्या पृष्ठभागावर मॅग्ने‍शियम ऑक्साइडाचा काळपट थर तयार होतो. मॅग्नेशियम ऑक्सिजनच्या संपर्कात तापविला असता शुभ्र झगझगीत प्रकाश पडतो.

2 Mg   +   O₂  → 2 MgO

(२) मॅग्नेशियम व नायट्रोजन एकत्रित तापविले असता त्यांचा संयोग होऊन मॅग्नेशियम नायट्राइड (Mg₃N₂) तयार होते.

3 Mg   +   N₂  →  Mg₃N₂

(३) गंधकाबरोबर मॅग्नेशियम सल्फाइड (MgS) व हायड्रोजनाबरोबर मॅग्नेशियम हायड्राइड (MgH₂) तयार होते.

(४) मॅग्नेशियमाची बहुतेक सर्व अम्लांशी विक्रिया होते. सौम्य हायड्रोक्लोरिक व सौम्य सल्फ्यूरिक अम्लांशी विक्रिया होऊन अनुक्रमे मॅग्नेशियम क्लोराइड (MgCl₂) व मॅग्नेशियम सल्फेट (MgSO₄) तयार होते. तसेच नायट्रिक अम्लासोबत विक्रिया झाली असता मॅग्नेशियम नायट्रेट तयार होते.

Mg + 2HCI → MgCI₂ + H₂
Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂
Mg +  2HNO₃  →   Mg (NO₃)₂ + H₂

संहत सल्फ्यूरिक अम्लांशी विक्रिया होऊन सल्फर डायऑक्साइडची ‍ निर्मिती होते.

Mg + 2H₂SO₄ → MgSO₄ + SO₂ + 2H₂O

(५) थंड पाण्याबरोबर मॅग्नेशियमाची सावकाश विक्रिया होऊन मॅग्नेशियम ऑक्साइड (MgO) तयार होते. उष्ण पाण्यासोबत मॅग्नेशियमाचे अपघटन होते.

Mg + H₂O _(g) → MgO + H₂

(६) मॅग्नेशियम बहुतेक अधातवीय मूलद्रव्यांशी संयोग पावते (उदा., हॅलोजनांची हिच्याशी सहज विक्रिया होते). बऱ्याचशा धातू त्यांच्या ऑक्साइडांचे किंवा लवणांचे मॅग्नेशियमाने ऊष्मीय क्षपण करून मिळवता येतात.

(७) पेटलेल्या मॅग्नेशियमाची आग पाण्याने विझत नाही कारण पाण्याशी हिची विक्रिया होऊन ज्वलनशील हायड्रोजन निर्माण होतो.

उपयोग : (१) उत्कृष्ट यंत्रणक्षमतेमुळे मॅग्नेशियम व त्याच्या मिश्रधातूंवर सर्व प्रकारच्या धातुरूपण पद्धतींनी काम करता येते. त्यामुळे त्यांच्या पट्ट्या, पत्रे, नळ्या, गज, दंड, मुद्रा, मुद्राकारक इ. असंख्य वस्तू बनविता येतात. शिवाय त्यांचे जोडकाम साध्या पद्धतींनी करता येते.

(२) मॅग्नेशियम व त्याच्या मिश्रधातूंचा उपयोग वाहतुकीची साधने, विमाने, हेलिकॉप्टर, प्रक्षेपणास्त्रे, रॉकेटे, अवकाशयाने, मालवाहू पेटारे, माल हाताळणारी साधने, प्रवासी साहित्य, खेळांचे सामान, सुवाह्य विद्युतीय व वातचलित (दाबाखालील हवेच्या साहाय्याने कार्य करणारी) हत्यारे, धारक पकड व छिद्रपाट (jig), छायाचित्रीय व प्रकाशीय उपकरणे इत्यादींमध्ये होतो.

(३) मॅग्नेशियमाची तार जळताना शुभ्र झगझगीत प्रकाश पडतो त्याचा उपयोग छायाचित्रणातील स्फुर दिव्यात, शोभेच्या दारूकामात आणि संदेश पोहोचविण्यासाठी उडविण्यात येणाऱ्या व युद्धोपयोगी दारूगोळ्यात करतात.

(४) मॅग्नेशियम चांगली क्षपणकारी असल्याने लोखंड, निकेल, जस्त, टिटॅनियम, हाफ्नियम, युरेनियम, बेरिलियम, झिर्कोनियम इ. धातू तसेच काही संयुगे यांच्या निर्मितीत मॅग्नेशियमाचा क्षपणक म्हणून उपयोग करतात.

(५) तांब्याच्या व निकेलाच्या मिश्रधातूंतील ऑक्सिजन व गंधक यांचा अंश कमी करण्यासाठी शुद्ध मॅग्नेशियम वापरतात. मॅग्नेशियमची ऑक्सिजन व नायट्रोजन यांच्याशी विक्रिया होत असल्याने इलेक्ट्रॉन नलिकांसारख्या नलिकांतील अत्यल्प हवा काढून टाकण्यासाठी मॅग्नेशियमाची पट्टी वा तार वापरतात.

(६) शुष्क विद्युत् घटांत जस्ताऐवजी मॅग्नेशियम वापरतात. जमिनीत पुरलेल्या टाक्या, नळ, केबल, स्तंभ यांच्यालगत मॅग्नेशियमाचे तुकडे ठेवतात किंवा त्यांच्याशी विद्युतीय दृष्ट्या जोडतात. त्यामुळे या वस्तू गंजत नाहीत. जहाजाच्या नौकापृष्ठावरही अशा प्रकारे मॅग्नेशियमाच्या पट्ट्या गंजरोधक म्हणून बसविलेल्या असतात.

मिश्रधातू : बांधकामात वापरल्या जाणाऱ्या धातूंपैकी मॅग्नेशियम ही सर्वांत हलकी धातू असून हिच्या मिश्रधातूही हलक्या असतात. मॅग्नेशियम धातू तेवढी बलवान नसली, तरी तिच्या मिश्रधातूंचे बल चांगले असते व त्या अनेक अभियांत्रिकीय कामांत वापरल्या जातात. ॲल्युमिनियम, मॅंगॅनीज, तांबे, शिसे, जस्त, निकेल, कथिल, लिथियम, थोरियम, झिर्कोनियम, कॅडमियम इ. धातूंबरोबर मॅग्नेशियमाच्या मिश्रधातू बनतात. मॅग्नेशियमामुळे मिश्रधातूंची गुणवत्ता वाढते. उदा., गंजरोध, उष्णता संस्करणक्षमता, ताणबल, कठिनता इ. गुणधर्मांत चांगली सुधारणा होते.

ड्युरॅलियम : यामध्ये ॲल्युमिनियम ९५%, तांबे ४%, मँगॅनीज ०.५% आणि मॅग्नेशियम ०.५ % असते. ड्युरॅलियम वजनाने हलके व टिकाऊ असल्याने याचा वापर वैमानिकी तसेच स्वयंचल वाहतुकीच्या साधनांचे भाग बनविण्यासाठी वापरतात.

मॅग्नॅलियम : यामध्ये १०% मॅग्नेशियम व ९०% ॲल्युमिनियम असते. मॅग्नॅलियम वजनाने हलके, कठिण व टिकाऊ असते.

मॅग्नॉक्स : यामध्ये ९९% मॅग्नेशियम व १ % ॲल्युमिनियम असते.  हा मिश्रधातू अणू-ऊर्जा केंद्रामध्ये वापरतात.

इलेक्ट्रॉन (Elektron) : यामध्ये ९५ % मॅग्नेशियम व ५% जस्त असते.

अभिज्ञान : मॅग्नेशियम अमोनियम फॉस्फेट परीक्षा : मॅग्नेशियमाच्या आयनांचे (विद्युत् भारित अणूंचे) अस्तित्व या परीक्षेने ओळखतात. मॅग्नेशियम क्लोराइडामध्ये अमोनिया व अमोनियम क्लोराइड घालून त्यात सोडियम फॉस्फेट घातल्यास मॅग्नेशियम अमोनियम फॉस्फेटाचे पांढरे स्फटिक मिळतात. यावरून मॅग्नेशियमाचे अस्तित्व कळते.

मॅग्नेशियम लवणाच्या किंचित अम्ल विद्रावात पॅरा-नायट्रोबेंझीन-ॲझोरिसॉर्सिनॉलाच्या (मॅग्नेसॉनाच्या) ०·५% विद्रावाचे थोडे थेंब टाकून ते सोडियम हायड्रॉक्साइडाने क्षारीय केल्यावर निळा रंग किंवा निळ्या रंगाचा साखा मॅग्नेशियमाचे अस्तित्व दर्शवितो. मॅग्नेशियमाचे परिमाणात्मक विगणन मॅग्नेशियम पायरोफॉस्फेटाद्वारा [Mg₂P₂O₇] करतात.

https://www.youtube.com/watch?v=FKkWdizutxI

संदर्भ :

• Emley, E. F. Principles of Magnesium Technology, Oxford, 1966.

• Parkes, G. D. Mellor’s Modern Inorganic Chemistry, London, 1961.

• Partington, J. R. General and Inorganic Chemistry, London, 1966.

• Roberts, C. S. Magnesium And Its Alloys, New York, 1960.