മാംഗനീസ് – ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം

മേഘ പി നമ്പ്യാർ

റിസർച്ച് സ്കോളർ, സർ സയ്യിദ് കോളേജ് തളിപ്പറമ്പ്[/author]

ദിവ്യ രഞ്ജിനി

റിസർച്ച് സ്കോളർ സർ സയ്യിദ് കോളേജ്, തളിപ്പറമ്പ്

ലൂക്ക – ആവർത്തനപ്പട്ടികയുടെ 150ാംവാർഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു ദിവസം ഒരു മൂലകം (One day One Element) പംക്തി തുടരുന്നു. ഇന്ന് മാംഗനീസിനെ പരിചയപ്പടാം

1913ൽ വിഭാവനം ചെയ്യപ്പെട്ട ആധുനിക ആവർത്തനപ്പട്ടികയിൽ ഏഴാം ഗ്രൂപ്പിൽ, നാലാം പിരീഡിലെ അംഗമാണ് മാംഗനീസ്. സംക്രമണമൂലകമായ മാംഗനീസ് ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ ഇരുപത്തിയഞ്ചാമത്തെ മൂലകമാണ് (അറ്റോമിക് സംഖ്യ 25). മാംഗനീസ് Mn എന്ന ചിഹ്നത്തിലാണ് അറിയപ്പെടുന്നത്.

പതിനെട്ടാം നൂറ്റാണ്ടിൽ സ്വീഡിഷ്  ശാസ്ത്രജ്ഞനായ കാൾ‌ വിൽ‌ഹെം ഷീലെ (Carl Wilhelm Scheele) മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് (MnO₂) ഉപയോഗിച്ചാണ് ക്ലോറിൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിച്ചിരുന്നത്. മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡിൽ അടങ്ങിയിരുന്ന പുതിയ മൂലകത്തെ ഷീലെ  ഉൾപ്പെടുന്ന ശാസ്ത്രലോകം തിരിച്ചറിഞ്ഞിരുന്നെങ്കിലും അതിനെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ അവർക്ക് കഴിഞ്ഞിരുന്നില്ല. 1774 ൽ സ്വീഡിഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോഹാൻ ഗോറ്റ്‌ലീബ് ഗാൻ( Johan Gottlieb Gahn) കാർബൺ ഉപയോഗിച്ച് മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡിനെ (MnO₂)   നിരോക്സികരണം നടത്തുകയും അങ്ങനെ ആദ്യമായി Mn വേർതിരിച്ചെടുക്കുകയും ചെയ്തു.                     

ഭൂവൽക്കത്തിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ കാണപ്പെടുന്ന മൂലകങ്ങളിൽ പന്ത്രണ്ടാം സ്ഥാനമാണ് മാംഗനീസിന്. മണ്ണിലും സമുദ്രജലത്തിലും അന്തരീക്ഷത്തിലും മാംഗനീസ് അളവ് യഥാക്രമം 440ppm, 10ppm,( 0.01µg/m³ )ആണ്. 

പുരാതനകാലത്ത് ഗുഹാചിത്രനിർമാണത്തിന് മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ്  ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. ഗ്ലാസിന് നിറം നൽകാനും നിറം നീക്കം ചെയ്യാനും മാംഗനീസ് സംയുക്തങ്ങളായിരുന്നു ഗ്ലാസ് നിർമാതാക്കൾ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. 80% മാംഗനീസ് നിക്ഷേപവും ദക്ഷിണാഫ്രിക്കയിൽ ആണ് ഉള്ളത്. ദക്ഷിണാഫ്രിക്കയിലെ നിക്ഷേപങ്ങളിൽ അധികവും വടക്കൻ കേപ്പ് പ്രവിശ്യയിലെ ഹോട്ടാസെലിനടുത്താണ്( Hotazel ). ഇതിനുപുറമേ ഉക്രൈൻ, ചൈന, ഇന്ത്യ, ഓസ്ട്രേലിയ എന്നിവിടങ്ങളിലും മാംഗനീസ് നിക്ഷേപമുണ്ട്

മാംഗനീസിന് ആ പേര്‌ ലഭിച്ചത് എങ്ങനെയെന്ന് നോക്കാം. 

മാഗ്നസ് (magnes) എന്ന ലാറ്റിൻ പദത്തിൽ നിന്നാണ് മാംഗനീസിന് ആ പേര്  ലഭിച്ചത്. മഗ്നീഷ്യ എന്ന സ്ഥലത്തുനിന്നും കണ്ടെത്തിയ രണ്ട്‌ കറുത്ത ധാതുക്കളിൽ ഒന്ന് ഇരുമ്പിനെ ആകർഷിക്കാത്തതാണ്‌. ഇത് പിന്നീട് മഗ്നീഷ്യ (Magnesia) എന്ന് അറിയപ്പെട്ടു. മാംഗനീസിന്റെ നിറം നീക്കം ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിച്ചിരുന്ന ഇവ ഇന്ന് മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ്   എന്ന് അറിയപ്പെടുന്നു. പതിനാറാം നൂറ്റാണ്ടിൽ മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് മാംഗനീസം എന്ന് അറിയപ്പെട്ടു . മഗ്നീഷ്യ നെഗ്ര (magnesia negra) എന്ന കറുത്ത ആയിരിനെ പിന്നീട് മൈക്കിൾ മെർക്കറ്റി (Michele Mercati ) മംഗനേസ എന്ന് വിളിക്കുകയും അതിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുത്ത മൂലകത്തിനു മാംഗനീസ് എന്ന നാമം നൽകുകയും ചെയ്തു.

ഭൗതികഗുണങ്ങളും രാസഗുണങ്ങളും

ചാര നിറത്തോടുകൂടിയതും വളരേ കാഠിന്യമുള്ളതും എളുപ്പത്തിൽ ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്യുന്നതുമായ ലോഹമാണ് മാംഗനീസ്. പൈറോലുസൈറ്റ് (pyrolusite) ഏറ്റവും  പ്രധാനപ്പെട്ട മാംഗനീസ് ആയിരുകളിൽ ഒന്നാണ് . മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് സംയുക്തം ആണ് പ്രധാനമായി പൈറോലുസൈറ്റിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നത്. ഹോസ്മനയിറ്റ് (hausmannite) , റോഡോക്രോസയിറ്റ് (rhodochrosite) എന്നിവയാണ് മറ്റ് പ്രധാനപ്പെട്ട മാംഗനീസ് ആയിരുകൾ.

ഇരുപത്തൊന്ന് ഐസോടോപ്പുകളാണ്  മാംഗനീസിനുള്ളത്. അതിൽ ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ള ഐസോടോപ്പ് ⁵⁵Mn ആണ് (അർദ്ധായുസ്സ്  3.7 ദശലക്ഷം വർഷം). പതിനെട്ട് റേഡിയോ ഐസോടോപ്പുകളിൽ ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ളവ 52Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn എന്നിവയാണ്. .ശുദ്ധരൂപത്തിൽ രാസപ്രവർത്തനശേഷി വളരേ കൂടുതലുള്ള മൂലകമാണ് മാംഗനീസ്. വായുവുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ വരുമ്പോൾ സാവധാനത്തിൽ മാംഗനീസ് ഉപരിതലം മങ്ങുന്നു.

ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസം

മാംഗനീസ് ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസം 1s², 2s², 2p^6, 3s², 3p⁶,4s², 3d⁵ (25 ഇലക്ട്രോൺ) ആണ്. 3d ഓർബിറ്റലിന്റെ   ഊർജ്ജനില ബാഹ്യതമ ഓർബിറ്റലായ 4s-നേക്കാൾ ഉയർന്നതാണ്. അതിനാൽ ആദ്യം ഇലക്ട്രോൺ പ്രവേശിക്കുന്നത് 4s ഓർബിറ്റലിൽ ആണ്. 

 മാംഗനീസിനെ ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ ഇരുപത്തിനാലാം അംഗമായ ക്രോമിയവുമായി ഒന്ന് താരതമ്യം ചെയ്യാം.

                       മാംഗനീസീനും  ക്രോമിയത്തിനും   4s ഓർബിറ്റലിൽ യഥാക്രമം 2, 1 ഇലക്ട്രോൺ ആണ് ഉള്ളത്. ക്രോമിയത്തിന് വളരെ എളുപ്പത്തിൽ ബാഹ്യതമ ഓർബിറ്റലിൽ നിന്ന് ഒരു ഇലക്ട്രോൺ നഷ്ടപ്പെടുത്തി സ്ഥിരതയുള്ള ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസം കൈവരിക്കാൻ സാധിക്കും എന്നതിനാലും മാംഗനീസിനെ അപേക്ഷിച്ച് ന്യൂക്ലിയസിലേക്കുള്ള ആകർഷണം കുറവാണ് എന്നതിനാലും പ്രഥമ  അയോണീകരണോർജ്ജം മാംഗനീസീന് ക്രോമിയത്തെക്കാൾ കൂടുതലാണ്. അടുത്ത ഇലക്‌ട്രോൺ നഷ്ടപ്പെടുത്തിയാൽ മാംഗനീസിന് സ്ഥിരതയുള്ള ഇലക്‌ട്രോൺ വിന്യാസം കൈവരിക്കാൻ സാധിക്കുകയും ക്രോമിയത്തിന് സ്ഥിരതയുള്ള ഇലക്ട്രോണ്‍ വിന്യാസം നഷ്ടപ്പെടുകയും ചെയ്യും .ഈ കാരണങ്ങളാൽ രണ്ടാം അയോണീകരണോർജ്ജം ക്രോമിയത്തിന്  മാംഗനീസിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ആണ്. മൂന്നാമത്തെ ഇലക്‌ട്രോൺ നഷ്ടപ്പെടുത്തേണ്ടത് സ്ഥിരതയുള്ള മാംഗനീസ് ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസത്തിൽ ([Ar]4s⁰3d⁵) നിന്നാണ്. ഈ കാരണത്താൽ മൂന്നാം അയോണീകരണോർജ്ജം മാംഗനീസിന് ക്രോമിയത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ആണ്.

ക്രോമിയത്തെ  മാംഗനീസുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ സ്ഥിരതയുള്ള ഇലക്‌ട്രോൺ വിന്യാസത്തിന് ഒരു ഇലക്‌ട്രോൺ കൂടി വേണം മാത്രവുമല്ല  മാംഗനീസിന് ക്രോമിയത്തേക്കാൾ അറ്റോമിക് റേഡിയസ് കൂടുതൽ ആണ്. ഈ കാരണങ്ങളാൽ ക്രോമിയത്തിന്  മാംഗനീസിനേക്കാൾ ഇലക്ട്രോ നെഗറ്റിവിറ്റി  കൂടുതൽ ആണ്.

സംക്രമണലോഹങ്ങൾ സ്ഥിരതയുള്ള ഒന്നിൽകൂടുതൽ ഓക്സീകരണാവസ്ഥ കാണിക്കാറുണ്ട്. മാംഗനീസ് സംയുക്തങ്ങൾ ഏറ്റവും സാധാരണയായി കാണിക്കുന്ന ഓക്സീകരണാവസ്ഥ +2 മുതൽ +7 വരെ ആണ്. ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ള മാംഗനീസിന്റെ +2 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയ്ക്ക് ഇളം പിങ്ക് നിറമാണ്. MnSO₄, MnO, MnCl₂ എന്നിവയാണ് ആ വിഭാഗത്തിൽ പെടുന്ന മാംഗനീസ് സംയുക്തങ്ങൾ. മാംഗനീസ് അസറ്റേറ്റ് സംയുക്തം +3 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയിൽ കാണപ്പെടുന്നു. എന്നാൽ വളരെ ശക്തമായ ഓക്സികാരിയായ  ഇവ ലായനിയിൽ Mn(II), Mn(IV) എന്നിവയായിമാറുന്നു. +5 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയിലുള്ള സംയുക്തങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നത് മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഉരുകിയ സോഡിയം നൈട്രേറ്റിൽ ലയിപ്പിച്ചുകൊണ്ടാണ്. +6 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയിലുള്ള മാംഗനീസ് ലവണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നത് വായൂസമ്പർക്കത്തിൽ ഉരുകിയ ക്ഷാരത്തിൽ മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് ലയിപ്പിച്ചിട്ടാണ്. പർപ്പിൾ നിറമുള്ള +7 ഓക്സീകരണാവസ്ഥയിലുള്ള പെർമാംഗനേറ്റ് സംയുക്തങ്ങൾ ഗ്ലാസിന് വയലറ്റ് നിറം നൽകുന്നു.

പ്രയോജനങ്ങൾ 

• ലോഹസംസ്‌കരണ പ്രക്രീയയയില്‍ മാംഗനീസിന് പകരക്കാരനില്ല. ഇരുമ്പ്, ഉരുക്ക് എന്നിവയുടെ ഉദ്പാദനത്തിന് മാംഗനീസ് അത്യന്താപേക്ഷിതമായ വസ്തുവാണ്. ഇത് ആദ്യമായി മനസിലാക്കിയത് റോബർട്ട് ഫോസ്റ്റർ മഷെദ്  (Robert Forester Mushet ) ആണ്.  തുരുമ്പ് പിടിക്കാത്ത ഉരുക്ക് അഥവാ ക്രോമിയം അംശം കൂടുതലുള്ള ഉരുക്കിലേയും പ്രധാന ഘടകം മാംഗനീസ് തന്നെ. മാംഗനീസിന്റെ ഓക്‌സൈഡായ മാംഗനീസ് ഡയോക്‌സൈഡ്  കാർബണിക രസതന്ത്രത്തി  നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഗ്ലാസ്സ് നിർമാണത്തിലും മാംഗനീസ്  ഉപയോഗിക്കുന്നു
• അലൂമിനിയത്തിന്റെ ലോഹസങ്കരം നിർമ്മിക്കാൻ  പ്രധാനമായും മാംഗനീസ് ആണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. 1.5% മാംഗനീസ്. ഉള്ള അലൂമിനിയം തുരുമ്പിനെ പ്രതിരോധിക്കാൻ ശേഷി ഉള്ളതാണ്. ശീതളപാനീയ കാനുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ മാംഗനീസ്. അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന അലൂമിനിയം ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. ചെമ്പിന്റെ ലോഹസങ്കരത്തിലും മാംഗനീസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ലോഹസങ്കരത്തെ നിരോക്സികരിക്കുന്നതിനും അതിന്റ കാസ്റ്റബിലിറ്റി  വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും വേണ്ടിയാണ് മാംഗനീസ് നേരിയ അളവിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ടൈറ്റാനിയം, സിങ്ക്, മഗ്നീഷ്യം എന്നിവയുടെ  ലോഹസങ്കരത്തിലും നേരിയ തോതിൽ മാംഗനീസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു
• പ്രകാശസംശ്ലേഷണപ്രക്രിയയിൽ മാംഗനീസ് ഒരു പ്രധാന ഘടകം ആണ്. ഓക്സിജൻ പുറന്തള്ളുന്ന സമുച്ചയം(Oxygen evolving complex) ഫോട്ടോസിസ്റ്റം II ന്റെ ഭാഗം ആണ്. പ്രകാശസംശ്ലേഷണത്തിന്റെ പ്രകാശപ്രതിപ്രവർത്തന സമയത്ത് ജലത്തിന്റെ ടെർമിനൽ ഫോട്ടോ ഓക്സിഡേഷന് കാരണമാകുന്ന ഓക്സിജൻ പുറന്തള്ളുന്ന സമുച്ചയത്തിന് (OEC) നാല് മാംഗനീസ് ആറ്റങ്ങൾ അടങ്ങിയ മെറ്റലോ എൻസൈം കോർ ഉണ്ട്.

• മനുഷ്യഭക്ഷണത്തിലെ പ്രധാന ഘടകമായ മാംഗനീസ് അസ്ഥിരൂപീകരണം, മാക്രോ ന്യൂട്രിയന്റ് മെറ്റബോളിസം തുടങ്ങി നിരവധി ജീവശാസ്ത്ര പ്രക്രിയകളിലെ ഒരു കോ-എൻസൈം ആണ്.
• ശുദ്ധ രൂപത്തിലുള്ള മാംഗനീസ് ആണ് ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഇതിൽ മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് കാഥോഡായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഡ്രൈ സെൽ ബാറ്ററികളിൽ ഡീപോളറൈസർ  ആയി മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നു . മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് ഹൈഡ്രജനെ ഓക്സികരണം ചെയ്ത് ജലമാക്കി മാറ്റുന്നു. 1868 ൽ  നിർമ്മിച്ച ലെക്ലാൻഷെ സെല്ലിലും (Leclanche cell) ഡീപോളറൈസർ ആയി ഉപയോഗിക്കുന്നത് മാംഗനീസ് ഡൈ ഓക്സൈഡ് തന്നെ.
• വൈദ്യശാസ്ത്രരംഗത്തും പാരിമാണിക അപഗ്രഥന ത്തിലും(Quantitative analysis) പൊട്ടാസിയം  പെർമാംഗനേറ്റ് ഒരു ഓക്സികാരിയായ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. മാംഗനീസ്  ക്ലോറൈഡിന്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള ഇൻഫ്യൂഷൻ അടക്കമുള്ള ഗുണങ്ങള്‍ കൊണ്ട്   കാർഡിയോവാസ്‌ക്യൂലർ മാഗ്നെറ്റിക് റെസൊണൻസിനായി(cardio vascular magnetic resonance) വളരെ സുരക്ഷിതമായി ഉപയോഗിച്ച് വരുന്നു.

സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ മാഗ്നെറ്റ് (single molecule magnet)

                ലോഹ കാർബണിക സംയുക്തമായ സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ മാഗ്നെറ്റ് (single molecule magnet) ബ്ലോക്കിങ് താപനിലയ്ക്ക് താഴെ സൂപർ പാരാമാഗ്നെറ്റിക് സ്വഭാവം കാണിക്കുന്നു. ഇവ സാധാരണ കാന്തത്തേക്കാളും മോളിക്യൂൾ ബേസ്ഡ് മാഗ്‌നെറ്റിനെക്കാളും ഗുണമേന്മയിൽ മുൻപന്തിയിലാണ്. സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ മാഗ്നെറ്റ് എന്ന പദം ആദ്യമായി പരാമർശിക്കപ്പെടുന്നത് 1996ൽ ആണ്. ആദ്യത്തെ സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ മാഗ്നെറ്റ്  [Mn₁₂O₁₂(OAc)₁₆(H₂O)₄] 1996ലാണ് രേഖപ്പെടുത്തിയത്. ഹാർഡ് ഡിസ്‌ക്കുകളിൽ കോട്ടിങിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന നേരിയ കാന്തിക ഫിലിമുകൾ ഉണ്ടാക്കുവാൻ  സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ മാഗ്നെറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ‘Quantum mechanics’ പഠനത്തിൽ  സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ മാഗ്നെറ്റ് പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.

പ്രധാന വസ്തുതകൾ 

Happy

0 0 %

Sad

0 0 %

Excited

1 50 %

Sleepy

0 0 %

Angry

0 0 %

Surprise

1 50 %