ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড

ম্যাঙ্গানিজ (IV) অক্সাইড হল একটি অজৈব যৌগ এবং এর রাসায়নিক সংকেত । এটি কালচে বা বাদামী রঙের কঠিন পদার্থ যা সাধারণভাবে খনিজ পাইরোলসাইট হিসাবে পাওয়া যায়, পাইরোলসাইট ম্যাঙ্গানিজের প্রধান আকরিক এবং ম্যাঙ্গানিজ নোডুলসের একটি উপাদান।  এর মূল ব্যবহার শুষ্ক কোষ ব্যাটারিতে যেমন অ্যালকালাইন ব্যাটারি এবং জিঙ্ক-কার্বন ব্যাটারিতে।   রঞ্জক পদার্থ হিসাবে এবং অন্যান্য ম্যাঙ্গানিজ যৌগ যেমন পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট (KMnO4) এর পূর্ববর্তী যৌগ হিসাবেও ব্যবহৃত হয়। এটি জৈব সংশ্লেষণে বিকারক হিসাবে ব্যবহৃত হয় উদাহরণস্বরূপ, অ্যালিলিক অ্যালকোহল জারণের জন্য। আলফা পলিমর্ফে  ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড অক্টেহেড্রার মধ্যে "টানেল" বা "চ্যানেল "এ বিভিন্ন ধরনের পরমাণু (বিশেষকরে পানির অণু) সংহত করতে পারে। লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির একটি কার্যকর ক্যাথোড হিসাবে  এর যথেষ্ট চাহিদা রয়েছে।

গঠন
MnO2 এর বেশ কয়েকটি পলিমর্ফ এর পাশাপাশি হাইড্রাটেড গঠন রয়েছে। অন্যান্য অনেক ডাইঅক্সাইডের মতো তিন স্থানাঙ্ক বিশিষ্ট অক্সাইড এবং অষ্টতলকীয় ধাতব কেন্দ্রগুলির সাথে MnO2 রুটাইল স্ফটিকাকার কাঠামোতে স্ফটিক গঠন করে (এই পলিমার্ফকে পাইরোলুসাইট বা β-MnO2 বলা হয়)। অক্সিজেনের ঘাটতি হওয়ায় MnO2 অসম যৌগের বৈশিষ্ট্যযুক্ত। এই উপাদানটির জটিল কঠিন-অবস্থার রসায়ন জৈব সংশ্লেষণে "সদ্য প্রস্তুত" MnO2 এর শ্রদ্ধার সাথে প্রাসঙ্গিক। MnO2 এর α-পলিমর্ফটির "চ্যানেল" সহ খুব খোলা গঠন রয়েছে যা ধাতব পরমাণু যেমন সিলভার বা বেরিয়াম সমন্বিত করতে পারে। ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত খনিজগুলির পরে α-MnO2 কে প্রায়শই হল্যান্ডাইট বলা হয়।

উৎপাদন
প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড অবিশুদ্ধ হয় এবং যথেষ্ট পরিমাণে ম্যাঙ্গানিজ (III) অক্সাইড থাকে। কেবলমাত্র সীমিত সংখ্যক খনিতে ব্যাটারি শিল্পের জন্য পর্যাপ্ত পরিমাণে বিশুদ্ধ γ উপযোগী করণকৃত MnO2 রয়েছে।

ব্যাটারি এবং ফেরাইট উৎপাদনে (ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের দুটি প্রাথমিক ব্যবহার) উচ্চ বিশুদ্ধতা বিশিষ্ট ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের প্রয়োজন। ব্যাটারিতে "ইলেক্ট্রোলাইটিক ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড" প্রয়োজন হয় তবে ফেরাইটে "রাসায়নিক ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড" দরকার হয়।

রাসায়নিক ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড
একটি পদ্ধতি প্রাকৃতিক ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড দিয়ে শুরু হয় এবং ডাইনাইট্রোজেন  টেট্রক্সাইড এবং পানি ব্যবহার করে ম্যাঙ্গানিজ(II) নাইট্রেট দ্রবণ তৈরি করা হয়। পানির বাষ্পীভবনের ফলে স্ফটিকাকার নাইট্রেট লবণ উৎপন্ন হয়। ৪০০ ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় লবণ বিশ্লিষ্ট হয়ে N2O4 ত্যাগ করে এবং বিশুদ্ধ ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইডের অধঃক্ষেপ পড়ে।  এই ধাপ দুটিকে সংক্ষেপে বলা যেতে পারে:

  +       

অন্য প্রক্রিয়ায় ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড থেকে কার্বোথার্মিকভাবে ম্যাঙ্গানিজ(II) অক্সাইড হ্রাস করা হয় এবং একে সালফিউরিক অ্যাসিডে দ্রবীভূত করা হয়। পরিস্রুত দ্রবণ অ্যামোনিয়াম কার্বনেট এর সাথে বিক্রিয়া করে MnCO3 এর অধঃক্ষেপ পড়ে। কার্বনেটটিকে বাতাসে ভস্মীকরণ করা হলে ম্যাঙ্গানিজ(II) এবং ম্যাঙ্গানিজ(IV) অক্সাইডের মিশ্রণ পাওয়া যায়। প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণ করার জন্য সালফিউরিক অ্যাসিডে এই উপাদানটির দ্রবণ সোডিয়াম ক্লোরেট দিয়ে বিক্রিয়া করা হয়। সিটু গঠনকারি ক্লোরিক অ্যাসিড যে কোন Mn(III) এবং Mn(II) অক্সাইডগুলিকে ডাইঅক্সাইডে রূপান্তর করে এবং ক্লোরিনকে সহ-উৎপাদ হিসাবে ত্যাগ করে।

তৃতীয় প্রক্রিয়াতে ম্যাঙ্গানিজ হেপ্টোক্সাইড এবং ম্যাঙ্গানিজ মনোঅক্সাইড জড়িত। বিকারক দুটি ১: ৩ অনুপাতে মিলিত হয়ে ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড গঠন করে:
 + 3 MnO → 5 

শেষে ম্যাঙ্গানিজ সালফেট স্ফটিকের উপর পটাশিয়াম পারমঙ্গনেটের ক্রিয়ায় অভিপ্রেত অক্সাইড তৈরি হয়।
2  + 3  + 2 → 5  +  + 2

ইলেক্ট্রোলাইটিক ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড
ইলেক্ট্রোলাইটিক ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড (ইএমডি) দস্তা-কার্বন ব্যাটারিতে জিঙ্ক ক্লোরাইড এবং অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইডের সাথে ব্যবহার করা হয়। ইএমডি সাধারণত জিঙ্ক ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড পুনর্ভরণযোগ্য অ্যালক্যালাইন (Zn র‌্যাম) কোষেও ব্যবহৃত হয়। এই প্রয়োগগুলির জন্য বিশুদ্ধতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ইএমডি ইলেক্ট্রোলাইটিক টাফ পিচ (ইটিপি) কপারে মতো একই কায়দায় উৎপাদিত হয়: ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড সালফিউরিক অ্যাসিডে (কখনো কখনো ম্যাঙ্গানিজ সালফেটের সাথে মিশ্রিত) দ্রবীভূত করা হয় এবং দুটি ইলেক্ট্রোডের মধ্যে বিদ্যুৎ প্রবাহ চালনা করা হয়। MnO2 দ্রবীভূত হয়ে সালফেট হিসাবে দ্রবণ প্রবেশ করে এবং এনোডে জমা হয়।

বিক্রিয়া
MnO2 এর গুরুত্বপূর্ণ বিক্রিয়াসমূহ জারণ এবং বিজারণ উভয়ই ধরনের জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার সাথে জড়িত।

বিজারণ
MnO2 হল ফেরোম্যাঙ্গানিজ এবং এর সাথে সম্পর্কিত অ্যালয়সমূহের প্রধান অগ্রদূত, এটি ইস্পাত শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। কোক ব্যবহার করে কার্বোথার্মাল বিজারণ ঘটিয়ে রূপান্তর করা হয়:
  +  2 C   →  Mn  +  2 CO

ব্যাটারিতে MnO2 এর মূল বিক্রিয়ায় একটি- ইলেক্ট্রনের হ্রাস ঘটে:
  +  e−  +     →  MnO(OH)

MnO2 বেশ কয়েকটি বিক্রিয়া অনুঘটন করে O2 গঠন করে। একটি চিরাচরিত পরীক্ষাগার কার্যপ্রণালীতে পটাশিয়াম ক্লোরেট এবং ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের মিশ্রণ গরম করা হলে অক্সিজেন গ্যাস উৎপাদন হয়। ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড অনুঘটক হিসাবে হাইড্রোজেন পারঅক্সাইডকে বিশ্লিষ্ট করে অক্সিজেন এবং পানি উৎপন্ন করে:
2    →  2   +  

প্রায় ৫৩০ ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের উপরে তাপমাত্রায় ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড বিশ্লিষ্ট হয়ে ম্যাঙ্গানিজ(III) অক্সাইড এবং অক্সিজেন উৎপন্ন করে। ১০০০ °সে. এর কাছাকাছি তাপমাত্রায় মিশ্র-যোজ্যতার যৌগ Mn3O4 গঠিত হয়। উচ্চতর তাপমাত্রায় MnO উৎপন্ন হয়।

উত্তপ্ত গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড MnO2 কে বিজারিত করে ম্যাঙ্গানিজ(II) সালফেটে উৎপন্ন করে:
2  + 2    →   2   +    +  2 

১৭৭৪ সালে কার্ল ভিলহেল্ম শেলে ক্লোরিন গ্যাস উৎপাদনে MnO2 এর সাথে হাইড্রোজেন ক্লোরাইডের বিক্রিয়া ব্যবহার করেছিলেন:
  +  4 HCl  →     +    +  2 

হাইড্রোজেন ক্লোরাইডের উৎস হিসাবে শেলে গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে সোডিয়াম ক্লোরাইড এর বিক্রিয়া ঘটান।
Eo ((s)  +  4   +  2 e−      Mn2+  +  2 ) = +1.23 V
Eo ((g) + 2 e−  2 Cl−) = +1.36 V
অর্ধ বিক্রিয়ার স্ট্যান্ডার্ড ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা নির্দেশ করে যে বিক্রিয়াটি  pH = 0 (1 M [H+]) এ এন্ডোথার্মিক, তবে এটি নিম্ন pH এর পাশাপাশি ক্লোরিন গ্যাসের উৎপত্তি (এবং অপসারণ) দ্বারা সুবিধা লাভ করে।

এই বিক্রিয়াটি বিক্রিয়া চালানোর পর গ্রাউন্ড গ্লাস জয়েন্টগুলি থেকে ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের অধঃক্ষেপ অপসারণের একটি সুবিধাজনক উপায় (যেমন, পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট সহ জারণ)।

জারণ
বাতাসে KOH এবং MnO2 এর মিশ্রণ উত্তপ্ত করা হলে সবুজ রঙের পটাশিয়াম ম্যাঙ্গানেট উৎপন্ন হয়:
2   +  4 KOH  +     →  2   +   2 
পটাশিয়াম ম্যাঙ্গানেট সাধারণ জারণযুক্ত পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেটের পূর্ববর্তী।

ব্যবহার
MnO2 এর প্রধান ব্যবহার শুষ্ক কোষের ব্যাটারিরর উপাদান হিসাবে: অ্যালকেলাইন ব্যাটারি এবং তথাকথিত লেকল্যান্স কোষ বা দস্তা-কার্বন ব্যাটারি। এই খাতে বছরে প্রায় ৫,০০,০০০ টন ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড ব্যবহৃত হয়। অন্যান্য শিল্পখাতের মধ্যে সিরামিক এবং কাচ তৈরিতে অজৈব পিগমেন্ট হিসাবে MnO2 এর ব্যবহৃত হয়।

জৈব সংশ্লেষণ
ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের একটি বিশেষ ব্যবহার অক্সিড্যান্ট হিসাবে জৈব সংশ্লেষণে।  বিকারকের কার্যকারিতা প্রস্তুত প্রণালীর উপর নির্ভর করে, এমন একটি সমস্যা যা অন্যান্য ভিন্নধর্মী বিকারকসমূহের জন্য সাধারণ যেমন পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, অন্যান্য চলকসমূহের মধ্যে একটি উল্লেখযোগ্য কারণ। পাইরোলুসাইট খনিজ একটি দুর্বল বিকারক তৈরি করে। সাধারণত KMnO4 এর জলীয় দ্রবণে Mn(II) লবণ মিশ্রিত করে সাধারণত সালফেটে ব্যবহার করে বিকারক তৈরি করা হয়। MnO2 অ্যালাইলিক অ্যালকোহলকে জারিত করে অনুরূপ অ্যালডিহাইড বা কেটোন উৎপন্ন করে:

cis-RCH=  +    →  cis-RCH=CHCHO  +  MnO  +  

বিক্রিয়াতে ডাবল বন্ড অক্ষুণ্ণ থাকে। সংশ্লিষ্ট এসিটাইলেনিক অ্যালকোহলের মানানসই সাবস্ট্রেট রয়েছে, যদিও ফলস্বরূপ প্রোপারজাইলিক অ্যালডিহাইডগুলি যথেষ্ট সক্রিয় হতে পারে। বেনজাইলিক এবং এমনকি নিষ্ক্রিয় অ্যালকোহলগুলিও ভাল সাবস্ট্রেট। MnO2 ১,২-ডাইঅল কে ভেঙ্গে ডাইঅ্যালডিহাইড বা ডাইকিটোনে পরিনত করে। MnO2 এর অসংখ্য প্রয়োগ আছে, এটি অ্যামিনের জারণ, অ্যারোমাটাইজেশন, অক্সিডেটিভ কাপলিং এবং থাইওল জারণ সহ অনেক ধরনের বিক্রিয়ায় প্রয়োগ করা হয়।

আরও দেখুন
 অজৈব পিগমেন্টের তালিকা

তথ্যসূত্র

উদ্ধৃত উৎস

বহিঃসংযোগ

 রিচ ম্যাঙ্গানিজ কনসোর্টিয়াম 
 জৈব সংশ্লেষণ পদ্ধতি ব্যবহারের তালিকা 
 ম্যাঙ্গানিজ(IV) অক্সাইডের সাথে বিক্রিয়ার উদাহরণ
 জাতীয় দূষণকারী উপকরণ – ম্যাঙ্গানিজ এবং যৌগিসমূহের ফ্যাক্ট শিট
 এর পাবক্যাম সংক্ষিপ্তসার 
 আন্তর্জাতিক রাসায়নিক নিরাপত্তা কার্ড ০১৭৫
এল্ক ব্লডজেট এর ক্ষীণভাবে কাজ করা ম্যাঙ্গানিজের বিষাক্ততা

ম্যাঙ্গানিজ যৌগ
অক্সাইড খনিজ
অজৈব পিগমেন্ট
রূপান্তরিত ধাতব অক্সাইড