Birnessite
બિરનેસાઇટ (સામાન્ય રીતે MnO2·nH2O), જેને δ-તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે Na0.7Ca0.3Mn7O14 · 2.8H2O નું રાસાયણિક સૂત્ર ધરાવતું હાઇડ્રસ મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ ખનિજ છે. તે પૃથ્વીની સપાટી પરની મુખ્ય મેંગેનીઝ ખનિજ પ્રજાતિ છે, અને સામાન્ય રીતે જમીન, કાંપ, અનાજ અને ખડકના કોટિંગ્સ (દા. ત., રણ વાર્નિશ), અને દરિયાઈ ફેરોમેન્ગેનીઝ નોડ્યુલ્સ અને ક્રસ્ટ્સમાં બારીક દાણાદાર, નબળી સ્ફટિકીકૃત એકત્રીકરણ તરીકે જોવા મળે છે. તેની શોધ સ્કોટલેન્ડના એબરડિનશાયરના બિરનેસ ખાતે થઈ હતી. રચના ઓક્સિજનયુક્ત જલીય દ્રાવણમાં એમએન (II) ના ઓક્સિડેશનથી થતો તેનો વરસાદ ખનિજ સપાટીઓ પર ગતિશીલ રીતે અવરોધે છે અને ધીમો પડે છે. જૈવિક એમએન (II) ઓક્સિડેશન સામાન્ય રીતે અજૈવિક એમએન (II) ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયાઓની તુલનામાં ઝડપી હોય છે, અને આ કારણોસર મોટાભાગના કુદરતી બર્નેસાઇટ્સ સુક્ષ્મસજીવો, ખાસ કરીને બેક્ટેરિયા, પણ ફૂગ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે તેવું માનવામાં આવે છે. રચના અને માળખું બિરનેસાઇટ એ બિન-સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક સંયોજન છે, જેમાં નજીવા MnO2·nH2O સૂત્રમાં Mn4 + આયનોની ચલ માત્રા ક્યાં તો ખૂટે છે, અથવા મુખ્યત્વે Mn3 + આયનો દ્વારા અને ગૌણ રીતે Mn2 + આયનો દ્વારા બદલવામાં આવે છે. કારણ કે ઘન એકંદર વિદ્યુત તટસ્થ હોય છે, બર્નેસાઇટમાં Mn4 + ખાલી જગ્યાઓ અને હેટેરોવેલેન્ટ Mn અવેજી દ્વારા બનાવવામાં આવેલા ચોખ્ખા નકારાત્મક ચાર્જને સંતુલિત કરવા માટે વિદેશી કેટાયન હોય છે. બે સ્ફટિકીય રચનાઓ જાણીતી છે, ટ્રાઇક્લિનિક બર્નેસાઇટ (ટી. સી. બી. આઈ.) અને ષટ્કોણ બર્નેસાઇટ (એચ. બી. આઈ.). તે બંનેમાં ધાર-વહેંચણી એમ. એન. ઓ. 6 ઓક્ટાહેડ્રાના સ્તરો છે જે પાણીના અણુઓના એક કે બે સ્તરો દ્વારા અલગ પડે છે. એક-પાણીના સ્તરના સંયોજનોમાં એક લાક્ષણિકતા હોય છે જે સ્તરના ઢાળની દિશામાં ~ 7 Å પુનરાવર્તન કરે છે, અને બીજા પાણીના સ્તરનો ઉમેરો સ્તરના અંતરને ~ 10 Å સુધી વિસ્તરે છે. 10 Å સ્વરૂપને બુસેરાઇટ કહેવામાં આવે છે. TcBiની સ્તર રચના સામાન્ય રીતે Mn4 + 0.69Mn3 + 0.31 હોય છે. Mn3 + O6 અને Mn4 + O6 ઓક્ટાહેડ્રાને MnO2 સ્તરોમાં કાચા રંગમાં સંપૂર્ણપણે ક્રમબદ્ધ કરવામાં આવે છે, જેમ કે દરેક Mn3 + સમૃદ્ધ પંક્તિ બે Mn4 + સમૃદ્ધ rows.10 સાથે વારાફરતી આવે છે, 11 સ્તર ચાર્જને આલ્કલાઇન અને આલ્કલી-અર્થ કેટાયન (દા. ત., Na, K, Ca, BA) દ્વારા પાણીના અણુઓ સાથે ઇન્ટરલેયર પ્રદેશમાં સરભર કરવામાં આવે છે, અને તેથી TcBi પાસે કેટાયન-વિનિમય ક્ષમતા છે. Na-વિનિમયિત TcBiનું લાક્ષણિક રાસાયણિક સૂત્ર Na0.31 (Mn 4+0.69 Mn 3+0.31) O2· 0.4H2O છે. ઓક્ટાહેડ્રલ એમએન 4 + ખાલી જગ્યાઓ (વેક) ની હાજરી દ્વારા એચબીઆઈનું સ્તર માળખું ટીસીબીઆઈથી અલગ છે. કૃત્રિમ HBiનું રાસાયણિક સૂત્ર pH પર આધારિત છે. સામાન્ય સૂત્ર H + x Mn3 + y Mn2 + z (Mn4 + u Mn3 + vVacw) O2 છે, જ્યારે તટસ્થતા માટે x + 3y + 2z = v + 4w છે. એમ. એન. ઓ. 2 સ્તરો સમયાંતરે કૃત્રિમ ત્રિકોણીય અને ષટ્કોણીય બર્નેસાઇટ સ્ફટિકોમાં ગોઠવવામાં આવે છે. જોકે, કુદરતી પદાર્થોમાં એવું ભાગ્યે જ જોવા મળે છે. રાસાયણિક રીતે જટિલ હોવા ઉપરાંત, કુદરતી બર્નેસાઇટ સ્ફટિકો સ્તરના સ્ટેકિંગ અને સ્તરોની સપાટતાના સંદર્ભમાં માળખાકીય રીતે અવ્યવસ્થિત છે. કુદરતી બર્નેસાઇટ સ્ફટિકમાં માત્ર થોડા સ્તરો હોઈ શકે છે, અને તે ઘણીવાર વળેલા હોય છે અને હંમેશા રજિસ્ટ્રીની દિશા અને અનુવાદની ખોટ સાથે અપૂર્ણ રીતે ભરેલા હોય છે. જ્યારે સ્તરો સંપૂર્ણપણે અવ્યવસ્થિત રીતે લક્ષી હોય ત્યારે સ્ટેકિંગ ડિસઓર્ડરને "ટર્બોસ્ટ્રેટિક" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ટર્બોસ્ટ્રેટિકલી સ્ટેક્ડ સ્તરો સાથે કુદરતી બર્નેસાઇટને વર્નાડાઇટ નામ આપવામાં આવ્યું છે, અને કૃત્રિમ એનાલોગને δ-MnO2 નામ આપવામાં આવ્યું છે. વર્નાડાઇટના સ્તરનું અંતર પણ ~ 7 Å અથવા ~ 10 Å હોઈ શકે છે, અને ક્વાર્ટઝ કોટિંગ્સ અને ફેરોમેન્ગેનીઝ ક્રસ્ટ્સમાં બે પ્રકારના સ્તરોનું આંતરસ્તર વર્ગીકરણ જોવા મળ્યું છે. સપાટીની પ્રતિક્રિયાત્મકતા ખાલી જગ્યાના + 4 ચાર્જ ડેફિસિટને ખાલી જગ્યાની ઉપર અને નીચે આંતરિક-ગોળાકાર સંકુલ (દા. ત., Ca, Cu, Zn, Pb, Cd, Tl) બનાવતા વિવિધ પ્રકારના ઇન્ટરલેયર કેટાયન દ્વારા સંતુલિત કરી શકાય છે. ઇન્ટરલેયર કેટાયનની સાપેક્ષ સ્થિરતાનું મૂલ્યાંકન સપાટીના જટિલતા મોડેલિંગ અને કોમ્પ્યુટેશનલ રસાયણશાસ્ત્ર દ્વારા પ્રાયોગિક અને સૈદ્ધાંતિક રીતે કરવામાં આવ્યું છે. પી. બી. 2 + એચ. બી. આઈ. સપાટી પર સૌથી વધુ સ્થિરતા ધરાવે છે, અને બર્નેસાઇટ માટે પી. બી. 2 + નું ઉચ્ચ ભૂ-રાસાયણિક આકર્ષણ કદાચ દરિયાઈ પાણીની તુલનામાં દરિયાઈ ફેરોમેન્ગેનીઝ થાપણોમાં તેના અબજો ગણા સંવર્ધનને સમજાવે છે, જે અન્ય તમામ તત્વોને વટાવી જાય છે. જ્યારે તેમની અસરકારક આયનીય ત્રિજ્યા Mn4 + (r = 0.53 Å) ની નજીક હોય ત્યારે ખાલી જગ્યાઓ પર સોર્બ કરેલા સંક્રમણ ધાતુના કેટાયન પણ અંતર્ગત ખાલી જગ્યાઓમાં પ્રવેશતા જોવા મળ્યા હતા અને MnO2 સ્તરમાં સમાવિષ્ટ થઈ ગયા હતા. ઉદાહરણ તરીકે, Zn2 + (r = 0.74 Å) ને ખાલી જગ્યા સ્થળ દાખલ કરવા માટે ક્યારેય જોવામાં આવ્યું ન હતું, જ્યારે Ni2 + (r = 0.69 Å) અંશતઃ પ્રવેશ કરે છે, અને Co3 + (r = 0.54 Å) હંમેશા કરે છે. ઓક્ટાહેડ્રલ હાઇ-સ્પિન Co2 + (r = 0.74 Å) ખાલી જગ્યા પર સોર્ડ કરવામાં આવે છે જે ઓક્ટાહેડ્રલ Mn ખાલી જગ્યામાં પ્રવેશવા માટે નાના ટેટ્રાહેડ્રલ કોમ્પ્લેક્સ (r = 0.58 Å) માં રૂપાંતરિત થાય છે, અને ત્યારબાદ Mn4 + દ્વારા Co3 + માં ઓક્સિડાઇઝ થાય તે પહેલાં લો-સ્પિન સ્થિતિમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે ઘટાડીને Mn3 + કરવામાં આવે છે. કો નું સપાટી-ઉત્પ્રેરક, રેડોક્સ-સંચાલિત ગ્રહણ પણ દરિયાઈ પાણીની તુલનામાં દરિયાઈ ફેરોમેન્ગેનીઝ થાપણોમાં એક અબજ ગણો સંવર્ધન તરફ દોરી જાય છે. ફેરોમેંગેનીઝ થાપણો અને દરિયાઈ પાણી વચ્ચે Co નું ભૂ-રાસાયણિક વિભાજન એ Pb2 + પછી તમામ તત્વોમાં બીજા ક્રમનું સૌથી વધુ વિભાજન છે. ગુણધર્મો અને ઉપયોગો પ્રકૃતિમાં, પ્રકાશસંશ્લેષક સજીવો ફોટોસિસ્ટમ II પટલ પ્રોટીન સંકુલ દ્વારા પાણીને પરમાણુ ઓક્સિજનમાં ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે બર્નેસાઇટ-પ્રકાર Mn4CaO5 સમૂહની ઉચ્ચ ઓક્સિડેટીવ ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરે છે. તેમના અર્ધચાલક ગુણધર્મોને કારણે, બર્નેસાઇટ-પ્રકારની સામગ્રીનો ઉપયોગ વિવિધ ક્ષેત્રોમાં થાય છે, જેમાં ઉત્પ્રેરક અને વિદ્યુતરાસાયણિક ઊર્જા સંગ્રહ (બેટરી અને સ્યુડોકેપેસિટર્સ) નો સમાવેશ થાય છે. ટ્રાઇક્લિનિક બર્નેસાઇટમાં Mn3 + કેટાયનનો ક્રમ અને ષટ્કોણ બર્નેસાઇટમાં Mn4 + ખાલી જગ્યાઓ, બંને બેન્ડ ગેપને ઘટાડે છે, અને તેથી વિદ્યુત વાહકતામાં વધારો કરે છે. એમએનઓ2 નેનોશીટ્સ માટે એમએન ખાલી જગ્યાઓ સાથે અર્ધ-ધાતુની વર્તણૂક જોવા મળી હતી, જે તેમને સ્પિન્ટ્રોનિક્સમાં અરજીઓ માટે આશાસ્પદ ઉમેદવારોને પ્રસ્તુત કરે છે. બિરનેસાઇટ ઓક્સિડેશન દ્વારા પ્રિયોનને તોડવામાં સક્ષમ છે. પ્રયોગશાળાની બહાર આ પ્રક્રિયા કેટલી સારી રીતે કામ કરે છે તે અસ્પષ્ટ છે. આ પણ જુઓ અન્ય મેંગેનીઝ ઓક્સાઇડઃ બુસેરાઇટ પાયરોલ્યુસાઇટ સિલોમેલેન ટોડોરોકાઇટ રેમ્સડેલેઇટ સંદર્ભો સોડિયમ ખનિજો કેલ્શિયમ ખનિજો પોટેશિયમ ખનિજો મેંગેનીઝ (III, IV) ખનિજો હાઇડ્રોક્સાઇડ ખનિજો મોનોક્લિનિક ખનિજો અવકાશ જૂથમાં ખનિજો 12