Historia manganu, właściwości, struktura, użycia

On mangan Jest to element chemiczny, który składa się z metalu przejściowego, reprezentowanego przez symbol MN, a którego liczba atomowa wynosi 25. Jego imię jest spowodowane czarną magnezją, teraz.

Jest to dwunastu najliczniejszy element skorupy ziemskiej, który jest w różnych minerałach, takich jak jony z różnymi stanami utleniania. Spośród wszystkich elementów chemicznych mangan wyróżnia się przedstawieniem w swoich związkach z wieloma stanami utleniania, z których +2 i +7 są najczęstsze.

Metaliczny mangan. Źródło: w. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

W swojej czystej i metalicznej formie nie ma zbyt wielu aplikacji. Można go jednak dodać do stali jako jeden z głównych dodatków, aby uczynić go ze stali nierdzewnymi. Zatem jego historia jest ściśle związana z historią żelaza; Nawet gdy ich związki były obecne w obrazach jaskiniowych i starożytnym szklance.

Jego związki znajdują zastosowania w bateriach, metodach analitycznych, katalizatorach, utlenianiu organicznym, nawozach, zabarwieniu szkła i ceramicznym, suszarce i suplementach odżywczych, aby zaspokoić biologiczne zapotrzebowanie manganu w naszym ciele.

Podobnie związki manganu są bardzo kolorowe; Niezależnie od tego, że występują interakcje z gatunkami nieorganicznymi lub organicznymi (organangan). Jego kolory zależą od liczby lub stanu utleniania, będąc najbardziej reprezentatywnym +7 w środku utleniacza i środka przeciwdrobnoustrojowego KMNO₄.

Oprócz poprzednich zastosowań do manganu, jego nanocząstki i organiczne ramy metalowe są opcjami opracowania katalizatorów, adsorbencyjnych stałych i materiałów urządzeń elektronicznych.

[TOC]

Historia

Początki manganu, takie jak wiele innych metali, są związane z początkami ich najliczniejszych minerałów; W tym przypadku pirolusite, MNO₂, które nazywali czarną magnezją, ze względu na ich kolor i ponieważ został zebrany w Magnezji, Grecja. Jego czarny kolor był używany nawet w francuskich obrazach jaskiniowych.

Jego imię to mangan, podany przez Michele Mercati, a następnie zmienił się na mangan. MNO₂ Był również używany do odbarwiania szkła i, zgodnie z niektórymi dochodzeniami, znaleziono go w mieczach Spartan, które do tego czasu już produkowały własne stale.

Kolory ich związków zostały podziwiane z manganu, ale dopiero w 1771 r. Szwajcarski chemika Carl Wilhelm zaproponował swoje istnienie jako element chemiczny.

Później, w 1774 r., Johan Gottlieb Gahn zdołał zmniejszyć kopalnię₂ do metalicznego manganu za pomocą węgla mineralnego; Obecnie zmniejszone z aluminium lub przekształcone w sól siarczanową, MGSO₄, który kończy się elektroliza.

W dziewiętnastym wieku mangan nabył swoją ogromną wartość handlową, wykazując, że poprawa siły stali bez zmiany jej plastyczności, wytwarzając Ferromanganesos. Również MNO₂ Znalazł użycie jako materiał katodowy w akumulatorach cynkowych i alkalicznych.

Nieruchomości

Wygląd

Metalowy srebrny kolor.

Masa atomowa

54 938 u

Liczba atomowa (z)

25

Temperatura topnienia

1.246 ° C

Punkt wrzenia

2.061 ºC

Gęstość

-W temperaturze pokojowej: 7,21 g/ml.

-W temperaturze topnienia (ciecz): 5,95 g/ml

Fusion Heat

12,91 kJ/mol

Ciepło parowe

221 kJ/mol

Pojemność kaloryczna trzonowa

26,32 J/(mol · k)

Elektronialiczność

1,55 w skali Pauling

Energie jonizacyjne

Pierwszy poziom: 717,3 kJ/mol.

Drugi poziom: 2.150, 9 kJ/mol.

Trzeci poziom: 3.348 kJ/mol.

Radio atomowe

Empiryczne 127 PM

Przewodność cieplna

7,81 W/(M · K)

Rezystancja

1,44 µΩ · m w 20 ° C

Zakon magnetyczny

Paramagnetyczne, słabo pociąga pole elektryczne.

Twardość

6.0 w skali MOHS

Reakcje chemiczne

Mangan jest mniej elektroonywalny niż jego najbliżsi sąsiedzi w stole okresowym, co czyni go mniej reaktywnym. Może jednak spalić w powietrzu w obecności tlenu:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃ALBO₄ (S)

Możesz także reagować z azotem w przybliżonej temperaturze 1.200 ° C, tworząc mangan nitrruro:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Jest również bezpośrednio w połączeniu z boru, węglem, siarką, krzemem i fosforem; ale nie z wodorem.

Mangan rozpływa się szybko w kwasach, powodując sole z jonem manganu (Mn²⁺) i uwalnianie gazu wodorowego. Reaguje również z halogenami, ale wymaga wysokich temperatur:

Może ci służyć: bromek sodu (NABR)

Mn (S) +Br₂ (g) => Mnbr₂ (S)

Organokompozyty

Mangan może tworzyć powiązania z atomami węgla, MN-C, pozwalając mu powodować serię związków organicznych zwanych organomanganami.

W organomanżnikach interakcje są spowodowane połączeniami Mn-C lub Mn-X, gdzie x jest halogenem lub pozycjonowaniem dodatniego centrum manganu z chmurami elektronicznymi układów koniugatowych π związków aromatycznych.

Przykłady powyższego₅H₄Ch₃) -Mn- (co)₃.

Ten ostatni organangan tworzy łącze MN-C z CO, ale jednocześnie oddziałuje z aromatyczną chmurą pierścienia C₅H₄Ch₃, tworząc pół -Sandwich Struktura:

Metarbonil Methiclopentadienle. Źródło: 31Feesh [CC0]

Izotopy

Ma tylko stabilny izotop ⁵⁵Mn ze 100 % obfitością. Pozostałe izotopy są radioaktywne: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn i ⁵⁷Mn.

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Struktura manganu w temperaturze pokojowej jest złożona. Chociaż uważa się go za sześcienne skupione na ciele (BCC), eksperymentalnie jego komórka jednostkowa okazała się zniekształcona kostka.

Ta pierwsza faza lub alotropowa (w przypadku metalu jako element chemiczny), zwany α-Mn, jest stabilny do 725 ° C; Osiągnęła tę temperaturę, przejście zachodzi do innego równie „rzadkiego” alotropowego, β-mn. Następnie alotrope β dominuje do 1095 ° C, gdy ponownie przekształca się w trzeci alotropowy: γ-mn.

Γ-mn ma dwie różniczne struktury krystaliczne. Sześcien wyśrodkowany na twarzy (FCC), a drugi tetragonalny wyśrodkowany na twarzy (FCT) Tetragonalny) w temperaturze pokojowej. I wreszcie, w 1134 ° C γ-mn jest przekształcany w alotrope δ-mn, który krystalizuje się w zwykłej strukturze BCC.

Zatem mangan ma do czterech form alotropowych, wszystkie zależne od temperatury; A jeśli chodzi o osoby zależne od presji, nie ma zbyt wielu odniesień bibliograficznych, aby się z nimi skonsultować.

W tych strukturach Atomy MN są połączone wiązaniem metalicznym zarządzanym przez ich elektronami walencyjnymi, zgodnie z ich konfiguracją elektroniczną:

[AR] 3D⁵ 4s²

Stany utleniania

Elektroniczna konfiguracja manganu pozwala nam zauważyć, że ma siedem elektronów walencyjnych; pięć w 3D Orbital i dwa w Orbital 4S. Podczas utraty wszystkich tych elektronów podczas tworzenia ich związków, zakładając istnienie kationu MN⁷⁺, Mówi się, że nabywa liczbę utleniania +7 lub MN (VII).

Kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺ALBO^2-₄) Jest przykładem związku z MN (VII) i łatwo go rozpoznać dla swoich jasnych fioletowych kolorów:

Dwa rozwiązania KMNO4. Jeden koncentrat (po lewej) i drugi rozcieńczony (po prawej). Źródło: Pradana Aumars [CC0]

Mangan może stopniowo stracić każdy ze swoich elektronów. Zatem jego liczby utleniania mogą również wynosić +1, +2 (Mn²⁺, najbardziej stabilny ze wszystkich), +3 (Mn³⁺) i tak dalej, aż do +7, już wspomniane.

Im bardziej dodatnia liczba utleniania, tym większa jego tendencja do zdobywania elektronów; Oznacza to, że jego moc utleniająca będzie większa, ponieważ elektrony „ukradną” inne gatunki, aby zmniejszyć i zaspokoić zapotrzebowanie elektroniczne. Dlatego KMNO₄ To świetny środek utleniający.

Zabarwienie

Wszystkie związki manganu charakteryzują się kolorami, a przyczyną jest przejścia elektroniczne D-D, różne dla każdego stanu utleniania i ich środowisk chemicznych. Zatem związki Mn (VII) są zwykle fioletowe, podczas gdy związki Mn (VI) i Mn (V), na przykład, są odpowiednio zielone i niebieskie.

Zielony roztwór manganianu potasu, K2MNO4. Źródło: Choij [domena publiczna]

Związki Mn (II) wyglądają trochę wyblakłe, kontrastując KMNO₄. Na przykład Mons₄ i McL₂ Są to solidne jasnoróżowe kolory, prawie białe.

Może ci służyć: cynk: historia, właściwości, struktura, ryzyko, użycia

Ta różnica wynika ze stabilności MN²⁺, których przejścia elektroniczne wymagają większej energii, a zatem ledwo pochłania promieniowanie światła widzialnego, odbijając prawie wszystkie.

Gdzie jest magnez?

Mineral Pirolusita, najbogatsze źródło manganu kory Ziemi. Źródło: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Mangan stanowi 0,1 % skorupy Ziemi i zajmuje dwanaście miejsca wśród obecnych elementów. Jego główne depozyty znajdują się w Australii, Afryce Południowej, Chinach, Gabón i Brazylii.

Wśród głównych minerałów manganu są następujące:

-Pirolusit (Mno₂) Z 63% MN

-Ramsdelita (Mno₂) Z 62% MN

-Manganita (Mn₂ALBO₃· H₂O) z 62% Mn

-Cryptomelaan (Kmn₈ALBO₁₆) Z 45 - 60% MN

-Hausmanita (mn · mn₂ALBO₄) Z 72% MN

-Braunita (3mn₂ALBO_{3 ·}Mnsio₃) z 50 - 60% MN i MNCO₃) Z 48% MN.

Tylko minerały zawierające ponad 35% manganu są uważane za wykorzystywane komercyjnie.

Chociaż w wodzie morskiej znajduje się bardzo mało manganu (10 ppm), na podłodze dnie morskiej znajdują się długie obszary pokryte guzkami manganu; Zwane także guzkami polimetalicznymi. W nich znajdują się klastry manganu i niektóre żelazo, aluminium i krzem.

Rezerwa manganu guzków jest szacowana w ilości znacznie większej niż rezerwa metalu na powierzchni Ziemi.

Guzki wysokiej jakości zawierają od 10 do 20% manganu, z miedzią, kobaltem i niklem. Istnieją jednak wątpliwości co do komercyjnej rentowności wykorzystywania guzków.

Pokarmy z manganem

Mangan jest niezbędnym elementem diety człowieka, ponieważ interweniuje w rozwoju tkanki kostnej; a także w tworzeniu i syntezie proteoglikanów, trenerów chrząstki.

Mimo to konieczna jest odpowiednia dieta manganu, wybierając żywność zawierającą element.

Poniżej znajduje się lista żywności zawierających mangan, z wartościami wyrażonymi w mg manganu/100 g żywności:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Malina i Strawberry 0,71 mg/100 g

-Świeży banan 0,27 mg/100 g

-Gotowany szpinak 0,90 mg/100G

-0,45 mg/100 g słodkich ziemniaków

-Soja Porto 0,5 mg/100G

-Gotowane kręcone 0,22 mg/100G

-Brokuły gotowane 0,22 mg/100 g

-Ciecierzyca w puszkach 0,54 m/100G

-Gotowana komosy ryżowe 0,61 mg/100G

-Integralna mąka pszenna 4,0 mg/100G

-Gotowany kompleksowy ryż 0,85 mg/100G

-7,33 mg/100g wszystkie zboża marki

-Nasiona Chia 2,33 mg/100G

-Smakowie migdałów 2,14 mg/100G

Dzięki tym pokarmom łatwo jest spełnić wymagania manganu, które zostały oszacowane u mężczyzn w ciągu 2,3 ​​mg/dzień; Podczas gdy kobiety muszą spożywać 1,8 mg/dzień manganu.

Artykuł biologiczny

Mangan interweniuje w metabolizmie węglowodanów, białek i lipidów, a także w tworzeniu kości oraz w mechanizmie obronnym przeciwko wolnym rodnikom.

Mangan jest kofaktorem dla aktywności licznych enzymów, w tym: nadtlenek reduktazy, ligi, hydrolazy, kinazy i dekarboksylazy. Niedobór manganu jest związany z utratą masy ciała, nudności, wymiotami, zapaleniem skóry, opóźnieniem wzrostu i nieprawidłowościami szkieletowymi.

Mangan interweniuje w fotosyntezy, szczególnie w funkcjonowaniu fotosystemu II, związanego z dysocjacją wody w celu tworzenia tlenu. Interakcja między fotosystemami I i II jest niezbędna do syntezy ATP.

Mangan jest uważany za niezbędny do ustalania azotanu przez rośliny, źródło azotu i pierwotny składnik żywieniowy roślin.

Aplikacje

Stale

Mangan to tylko metal o niewystarczających nieruchomościach do zastosowań przemysłowych. Jednak po zmieszaniu w małych proporcjach z żeliwa, wynikowe stale. Ten stop, zwany ferromanganese, jest również dodawany do innych stali, będąc niezbędnym elementem, aby uczynić go ze stali nierdzewnymi.

Nie tylko zwiększa odporność na zużycie i wytrzymałość, ale także Desulfura, Deoksygen i Parasphorila, usuwając atomy S, a także nieodpisane w produkcji stali. Utworzony materiał jest tak silny, że jest używany do tworzenia kolei, klatek w więzieniach, kaskach, sejfach, kołach itp.

Może ci służyć: radio: struktura, właściwości, użycia, uzyskiwanie

Mangan może również stopić miedź, cynk i nikiel; to znaczy, aby produkować stopy nieżelazne.

Puszki aluminiowe

Mangan jest również wykorzystywany do produkcji stopów aluminium, które zwykle są przydzielane do produkcji puszek lub piw gazowych. Te stopy Al-Mn są odporne na korozję.

Nawozy

Ponieważ mangan jest korzystny dla roślin, jako MNO₂ lub MGSO₄ Znajdź zastosowanie w formułowaniu nawozów, aby gleby były wzbogacone w ten metal.

Środek utleniający

Mn (vii), wyraźnie jako kmno₄, Jest to silny środek utleniający. Jego działanie jest takie, że pomaga dezynfekować wody, ponieważ zniknięcie jego fioletowego koloru wskazuje, że zneutralizowało obecne drobnoustroje.

Służy również jako tytuł w analitycznych reakcjach redoks; Na przykład w określeniu żelaza żelaza, siarków i nadtlenków wodoru. Ponadto odczynnik jest odczynnikiem przeprowadzania pewnych utleniania organicznego, przez większość czasu syntezy kwasów karboksylowych; Wśród nich kwas benzoesowy.

Szkło

Szkło naturalnie przedstawia zielony kolor ze względu na zawartość tlenku żelaza lub krzemiany żelazne. Jeśli dodaje się związek, który może w jakiś sposób reagować z żelazem i odizolować go z materiału, wówczas szkło zostanie odbarwione lub straci charakterystyczny zielony kolor.

Kiedy mangan jest dodawany jako MNO₂ W tym celu i nic więcej, przezroczyste szkło kończy się na ładowaniu różowych, fioletowych lub niebieskawowych tonach; Powód, dla którego inne jony metali są zawsze dodawane w celu przeciwdziałania takiego efektu i utrzymania bezbarwnego szkła, jeśli tak jest pragnienie.

Z drugiej strony, jeśli istnieje nadmiar mojego₂, Szkło jest uzyskiwane z brązowymi, a nawet czarnymi niuansami.

Suszarki

Sole manganu, zwłaszcza MNO₂, Mn₂ALBO₃, MSSO₄, MNC₂ALBO₄ (szczawian), a inne są używane do suszania nasion lnianych lub niskich temperatur.

Nanocząstki

Podobnie jak inne metale, ich kryształy lub agregaty mogą być tak małe, aż do osiągnięcia skal nanometrycznych; Są to, nanocząstki manganu (NPS-MN), zarezerwowane do zastosowań poza stalami.

NPS-MN zapewnia większą reaktywność, gdy radzą sobie z reakcjami chemicznymi, w których metaliczny mangan może interweniować. Podczas gdy metoda syntezy jest zielona, ​​przy użyciu wyciągów roślin lub mikroorganizmu, bardziej przyjazne będą twoje potencjalne zastosowania w środowisku.

Niektóre z jego zastosowań to:

-Oczyszczają ścieki

-Zapotrzebowanie na żywienie manganu

-Służą jako środek przeciwdrobnoustrojowy i przeciwgrzybiczy

-Degradują barwniki

-Są częścią super jon litowo -jonowych

-Katalizują epoksydację olefiny

-Ekstrakty DNA oczyszczają

Spośród tych zastosowań nanocząstki ich tlenków (NPS MNO) mogą również uczestniczyć, a nawet zastępować metaliczne.

Organiczne ramy metalowe

Jony manganu mogą oddziaływać z matrycą organiczną w celu ustanowienia organicznej ramy metalowej (MOF: Struktura metaliczno - organiczna). W ramach porosowości lub szczeliny tego rodzaju stałego, z kierunkowymi powiązaniami i strukturami dobrze zdefiniowanymi, reakcje chemiczne można wytwarzać i katalizować.

Na przykład, zaczynając od MNCL₂· 4H₂Lub, kwas benzenotrykboksylowy i N, N-imimetyloformamid, te dwie cząsteczki organiczne są skoordynowane z MN²⁺ Aby utworzyć MOF.

Ten MOF-MN jest w stanie katalizować utlenianie alkanów i alkenów, takich jak: cykloheksen, rozciąganie, cyklooocteno, adamantano i etylobenzen, przekształcając je w epoksydy, alkohole lub ketony. Utlenianie występują wewnątrz stałych i jego skomplikowanych sieci krystalicznych (lub amorficznych).

Bibliografia

1. M. Spoiny i inne. (1920). Mangan: Używanie, przygotowanie, koszty wydobycia i produkcja żelaza. Odzyskane z: Digicoll.Manoa.Hawaje.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangan. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. J. Bradley i J. Thewlis. (1927). Struktura krystaliczna α-Mangańczyka. Pobrano z: RoyalsoCietYplishing.org
4. Fullilove f. (2019). Mangan: fakty, zastosowania i korzyści. Badanie. Odzyskane z: Study.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Tabela okresu: mangan. Odzyskane z: RSC.org
6. Vahid h. & Nasser g. (2018). Zielona synteza nanocząstek manganu: zastosowania i przyszła perspektywa-przegląd. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology Tom 189, strony 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangan. Odzyskane z: chemguide.współ.Wielka Brytania
8. FARZANEH & L. Hamidipour. (2016). Mn-metalowe ramy organiczne jako heterogenny katalizator do utleniania alkanów i alkanów. Journal of Sciences, Islamska Republika Iranu 27 (1): 31–37. University of Teheran, ISSN 1016-1104.
9. National Center for Biotechnology Information. (2019). Mangan. Baza danych Pubchem. CID = 23930. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov