Manganhistorie, egenskaper, struktur, bruker

Han mangan Det er et kjemisk element som består av et overgangsmetall, representert av MN -symbolet, og hvis atomnummer er 25. Hans navn skyldes Black Magnesia, nå.

Det er det tolv mest tallrike elementet i jordskorpen, og er i en rekke mineraler som ioner med forskjellige oksidasjonstilstander. Av alle de kjemiske elementene skiller manganen seg ved å presentere i sine forbindelser med mange oksidasjonstilstander, hvorav +2 og +7 er de vanligste.

Metallisk mangan. Kilde: w. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

I sin rene og metalliske form har den ikke for mange applikasjoner. Imidlertid kan det legges til stål som et av de viktigste tilsetningsstoffene for å gjøre det rustfritt. Dermed er historien nært beslektet med jern; Selv når forbindelsene deres har vært til stede i hulemalerier og gammelt glass.

Forbindelsene finner anvendelser innen batterier, analysemetoder, katalysatorer, organiske oksidasjoner, gjødsel, glass og keramisk farge, tørketrommel og kosttilskudd for å møte den biologiske etterspørselen fra mangan i kroppene våre.

På samme måte er manganforbindelser veldig fargerike; Uansett at det er interaksjoner med uorganiske eller organiske arter (organomanganese). Fargene er avhengig av antall eller oksidasjonsstatus, og er den mest representative +7 i oksidant og antimikrobielt middel KMNO₄.

I tillegg til forrige bruksområder til mangan, er dens nanopartikler og organiske metallrammer alternativer for å utvikle katalysatorer, adsorbent faste stoffer og elektroniske enheter materialer.

[TOC]

Historie

Begynnelsen av mangan, som mange andre metaller, er assosiert med de av deres mest tallrike mineral; I dette tilfellet pyrolusitt, MNO₂, som de kalte Black Magnesia, for sin farge og fordi den ble samlet i Magnesia, Hellas. Den svarte fargen ble brukt selv i franske hulemalerier.

Hans fornavn var mangan, gitt av Michele Mercati, og endret deretter til mangan. MNO₂ Det ble også brukt til å misfarge glass, og ifølge visse undersøkelser har det blitt funnet i spartanenes sverd, som da allerede produserte sine egne stål.

Fargene på forbindelsene deres ble beundret fra mangan, men det var først i 1771 at den sveitsiske kjemikeren Carl Wilhelm foreslo sin eksistens som et kjemisk element.

Senere, i 1774, klarte Johan Gottlieb Gahn å redusere gruven₂ til metallisk mangan ved bruk av mineralkull; For tiden redusert med aluminium eller transformert til sulfatsaltet ditt, MGSO₄, som ender opp med å elektrolisere.

På det nittende århundre skaffet manganen sin enorme kommersielle verdi ved å demonstrere som forbedret styrken til stål uten å endre dens formbarhet, og produserte ferromanganesos. Også MNO₂ Han fant bruk som et katodisk materiale i sink-karbon og alkaliske batterier.

Egenskaper

Utseende

Metallisk sølvfarge.

Atomvekt

54.938 u

Atomnummer (z)

25

Smeltepunkt

1.246 ºC

Kokepunkt

2.061 ºC

Tetthet

-Ved romtemperatur: 7,21 g/ml.

-Ved smeltepunktet (væske): 5,95 g/ml

Fusjonsvarme

12,91 kJ/mol

Fordampningsvarme

221 kJ/mol

Molar kalorikapasitet

26,32 J/(mol · K)

Elektronegativitet

1.55 på Pauling -skalaen

Ioniseringsenergier

Første nivå: 717,3 kJ/mol.

Andre nivå: 2.150, 9 kJ/mol.

Tredje nivå: 3.348 kJ/mol.

Atomisk radio

Empirisk kl. 12.00

Termisk ledningsevne

7.81 W/(M · K)

Elektrisk resistivitet

1,44 µω · m ved 20 ° C

Magnetisk ordre

Paramagnetisk, er svakt tiltrukket av et elektrisk felt.

Hardhet

6.0 på MOHS -skalaen

Kjemiske reaksjoner

Mangan er mindre elektronegativ enn de nærmeste naboene i det periodiske bordet, noe som gjør det mindre reaktivt. Imidlertid kan det brenne i luften i nærvær av oksygen:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃ENTEN₄ (S)

Du kan også reagere med nitrogen ved en omtrentlig temperatur på 1.200 ºC, for å danne mangan nitruro:

3 mn (s) +n₂ (S) => MN₃N₂

Det er også direkte kombinert med bor, karbon, svovel, silisium og fosfor; men ikke med hydrogen.

Mangan løses raskt opp i syrer, og forårsaker salter med manganionet (MN²⁺) og frigjøre hydrogengass. Den reagerer også med halogener, men krever høye temperaturer:

Det kan tjene deg: natriumbromid (NABR)

MN (S) +BR₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organokompositter

Mangan kan danne koblinger til karbonatomer, MN-C, slik at den kan forårsake en serie organiske forbindelser kalt organomanganese.

I organomanganesser skyldes interaksjoner MN-C- eller MN-X-koblinger, der X er et halogen, eller på plasseringen av det positive mangansenteret med de elektroniske skyene i π-konjugatesystemene til aromatiske forbindelser.

For eksempler på forego₅H₄Ch₃) -Mn- (CO)₃.

Denne siste organomanganese danner en MN-C-kobling med CO, men samtidig samhandler med den aromatiske skyen av C-ringen₅H₄Ch₃, danner en halv -spattstruktur:

Metylciclopentadienile mangan tricarbonil. Kilde: 31feesh [CC0]

Isotoper

Har bare en stabil isotop ⁵⁵MN med 100 % overflod. De andre isotoper er radioaktive: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶MN og ⁵⁷Mn.

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Manganstrukturen ved romtemperatur er kompleks. Selv om det regnes som kubikk sentrert på kroppen (BCC), har eksperimentelt enhetscellen vist seg å være en forvrengt kube.

Denne første fasen eller alotropiske (i tilfelle av metall som et kjemisk element), kalt α-MN, er stabil opp til 725 ° C; Nådde denne temperaturen, oppstår en overgang til en annen like "sjelden" alotropisk, β-MN. Deretter dominerer alotrope β opp til 1095 ° C når han igjen forvandles til en tredje alotropisk: y-MN.

Y-MN har to differensible krystallinske strukturer. En kubikk sentrert i ansiktet (FCC), og den andre tetragonal sentrert i ansiktet (FCT) Ansiktssentrert tetragonal) i romtemperatur. Og til slutt, ved 1134 ° C, blir y-MN transformert til Δ-Mn alotrope, som krystalliseres i en vanlig BCC-struktur.

Dermed har mangan opptil fire allotropiske former, alt avhengig av temperatur; Og når det gjelder de som er avhengige av presset, er det ikke for mye bibliografiske referanser for å konsultere dem.

I disse strukturene er Mn -atomer forent av en metallbinding styrt av deres valenselektroner, i henhold til deres elektroniske konfigurasjon:

[AR] 3D⁵ 4s²

Oksidasjonsstater

Den elektroniske mangankonfigurasjonen lar oss observere at den har syv valenselektroner; fem i 3D -orbitalen, og to i 4S -orbitalen. Når du mister alle disse elektronene under dannelsen av forbindelsene sine, forutsatt at eksistensen av Mn -kationen⁷⁺, Det sies å skaffe seg et oksidasjonsnummer på +7 eller MN (VII).

KMNO₄ (K⁺Mn⁷⁺ENTEN^2-₄) Det er et eksempel på en forbindelse med Mn (VII), og det er lett å gjenkjenne den for sine lyse lilla farger:

To KMNO4 -løsninger. Det ene konsentratet (til venstre) og det andre utvannes (til høyre). Kilde: Pradana Aumars [CC0]

Mangan kan gradvis miste hver av sine elektroner. Dermed kan oksidasjonstallene også være +1, +2 (MN²⁺, den mest stabile av alle), +3 (MN³⁺), og så videre til +7, allerede nevnt.

Jo mer positive oksidasjonstall, desto større er dens tendens til å få elektroner; Det vil si at dens oksidasjonskraft vil være større, siden elektroner vil "stjele" til andre arter for å redusere og levere elektronisk etterspørsel. Det er grunnen til KMNO₄ Det er et stort oksidasjonsmiddel.

Farger

Alle manganforbindelser er preget av å være fargerike, og årsaken skyldes elektroniske overganger D-D, forskjellige for hver oksidasjonstilstand og deres kjemiske miljøer. Således er Mn -forbindelser (VII) vanligvis fiolett, mens de for Mn (VI) og Mn (V) for eksempel er henholdsvis grønne og blå.

Kalium manganat grønn løsning, K2MnO4. Kilde: Choij [Public Domain]

Mn (ii) Forbindelser ser litt falmet ut, kontrasterer KMNO₄. For eksempel mons₄ og MCL₂ De er solide blekrosa farger, nesten hvite.

Kan tjene deg: sink: historie, egenskaper, struktur, risiko, bruk

Denne forskjellen skyldes stabiliteten til MN²⁺, hvis elektroniske overganger krever mer energi og absorberer derfor knapt stråling av synlig lys ved å reflektere nesten alle.

Hvor er magnesium?

Mineral Pirolusita, den rikeste mangankilden til jordens cortex. Kilde: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC By-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Mangan utgjør 0,1 % av jordskorpen og okkuperer det tolv stedet blant elementene som er til stede i den. De viktigste forekomstene finnes i Australia, Sør -Afrika, Kina, Gabón og Brasil.

Blant de viktigste manganmineralene er følgende:

-Pyrolusite (MNO₂) Med 63% av MN

-Ramsdelita (MNO₂) Med 62% av MN

-Manganita (MN₂ENTEN₃· H₂O) med 62% av MN

-Cryptomelaan (KMN₈ENTEN₁₆) Med 45 - 60% av MN

-Hausmanita (MN · MN₂ENTEN₄) Med 72% av MN

-Braunita (3mn₂ENTEN_{3 ·}Mnsio₃) med 50 - 60% av MN og (MNCO₃) Med 48% av MN.

Bare mineraler som inneholder mer enn 35% mangan anses som kommersielt utnyttbare.

Selv om det er veldig lite mangan (10 s. Også kalt polymetalliske knuter. I disse er det manganklynger og litt jern, aluminium og silisium.

Manganreserven til nodulene er estimert i en mengde som er mye større enn reservatet til metallet på jordens overflate.

Knuter av høy kvalitet inneholder mellom 10 og 20% ​​mangan, med litt kobber, kobolt og nikkel. Imidlertid er det tvil om den kommersielle lønnsomheten til gruveutnyttelsen av knutene.

Mat med mangan

Mangan er et essensielt element i menneskets kosthold, siden det griper inn i utviklingen av beinvev; så vel som i deres dannelse og syntese av proteoglykaner, brusketrenere.

For alt dette er et tilstrekkelig mangan -kosthold nødvendig, og velger maten som inneholder elementet.

Følgende er en liste over matvarer som inneholder mangan, med verdiene uttrykt i mg mangan/100 g mat:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Bringebær og jordbær 0,71 mg/100g

-Fersk banan 0,27 mg/100g

-Kokt spinat 0,90 mg/100g

-0,45 mg/100g søtpotet

-Soja porto 0,5 mg/100g

-Kokt krøllete 0,22 mg/100g

-Brokkoli kokte 0,22 mg/100g

-Hermetisk kikerter 0,54 m/100g

-Kokt quinoa 0,61 mg/100g

-Integrert hvetemel 4,0 mg/100g

-Kokt omfattende ris 0,85 mg/100g

-7.33 mg/100g alle merkevarer

-Chia frø 2,33 mg/100g

-Smakte mandler 2,14 mg/100g

Med disse matvarene er det lett å oppfylle manganbehovene, som er estimert hos menn på 2,3 mg/dag; Mens kvinner trenger å innta 1,8 mg/mangandag.

Biologisk papir

Mangan griper inn i metabolismen av karbohydrater, proteiner og lipider, så vel som i beindannelse og i forsvarsmekanismen mot frie radikaler.

Mangan er en kofaktor for aktiviteten til mange enzymer, inkludert: reduktase superoksyd, ligaer, hydrolaser, kinaser og dekarboksylaser. Manganmangel har vært relatert til vekttap, kvalme, oppkast, dermatitt, vekstforsinkelse og skjelettavvik.

Mangan griper inn i fotosyntesen, spesielt i funksjonen til Fotosystem II, relatert til vanndissosiasjon for å danne oksygen. Samspillet mellom fotosystemer I og II er nødvendig for ATP -syntese.

Mangan anses som nødvendig for å fikse nitrat av planter, nitrogenkilde og en primær ernæringskomponent av planter.

applikasjoner

Stål

Mangan er bare et metall med utilstrekkelige egenskaper for industrielle applikasjoner. Imidlertid, når du er blandet i små proporsjoner med støpejern, noe som resulterer i stål. Denne legeringen, kalt ferromangansk, blir også lagt til andre stål, og er en essensiell komponent for å gjøre den rustfri.

Ikke bare øker det motstanden mot slitasje og styrke, men også Desulfura, Deoxygen og Parasphorila, og fjerner atomene til S, eller og ikke -sistet i stålproduksjon. Materialet som er dannet er så sterkt at det brukes til å lage jernbaner, burbarer i fengsler, hjelmer, safer, hjul osv.

Kan tjene deg: radio: struktur, egenskaper, bruk, skaffe

Manganen kan også legeringe kobber, sink og nikkel; det vil si å produsere ikke -jernholdige legeringer.

Aluminiumsbokser

Mangan brukes også til produksjon av aluminiumslegeringer, som normalt er tildelt for fremstilling av gassbokser eller øl. Disse al-MN-legeringene er motstandsdyktige mot korrosjon.

Gjødsel

Fordi mangan er gunstig for planter, som MNO₂ eller MGSO₄ Finn bruk i formuleringen av gjødsel, slik at jordsmonnene er beriket i dette metallet.

Oksidasjonsmiddel

Mn (vii), uttrykkelig som kmno₄, Det er et kraftig oksidasjonsmiddel. Handlingen er slik at den hjelper til.

Det fungerer også som en tittel i analytiske redoksreaksjoner; For eksempel ved bestemmelse av jernholdig jern, sulfitter og hydrogenperoksider. Og i tillegg er det et reagens å utføre visse organiske oksidasjoner, mesteparten av tidssyntesen av karboksylsyrer; Blant dem, benzosyre.

Glass

Glass presenterer naturlig en grønn farge på grunn av sitt jernoksydinnhold eller jernholdige silikater. Hvis det legges til en forbindelse som på en eller annen måte kan reagere med jern og isolere den fra materialet, vil glasset bli misfarget eller mistet sin karakteristiske grønne farge.

Når mangan blir lagt til som en MNO₂ Med dette formålet, og ikke noe mer, ender det gjennomsiktige glasset å lade rosa, fiolette eller blålige toner; Årsak til at andre metallioner alltid blir lagt til for å motvirke slik effekt og opprettholde fargeløst glass, hvis det er ønsket.

På den annen side, hvis det er et overskudd av meg₂, Glass oppnås med brune eller til og med svarte nyanser.

Tørketrommel

Manganalter, spesielt MNO₂, Mn₂ENTEN₃, MSSO₄, MNC₂ENTEN₄ (oksalat), og andre, brukes til å tørre linfrø eller lave temperaturer.

Nanopartikler

Som andre metaller kan krystaller eller aggregater være så små til de når de nanometriske skalaene; Dette er mangan nanopartikler (NPS-MN), reservert for applikasjoner utenfor stål.

NPS-MN gir større reaktivitet når de håndterer kjemiske reaksjoner der metallisk mangan kan gripe inn. Mens syntesemetoden din er grønn, vil du bruke planter eller mikroorganismeekstrakter, mer vennlig vil være dine potensielle applikasjoner med miljøet.

Noen av bruken er:

-De renser avløpsvann

-Mangan ernæringsmessig krav til forsyning

-De fungerer som et antimikrobielt og soppdrepende middel

-De ødelegger fargestoffer

-De er en del av litiumion super c fornset

-De katalyserer olefin epoksydering

-DNA -ekstrakter renset

Blant disse applikasjonene kan nanopartiklene til oksydene (NPS MNO) også delta eller til og med erstatte metallisk.

Organiske metallrammer

Manganioner kan samhandle med en organisk matrise for å etablere en organisk metallramme (MOF: Metall organisk rammeverk). Innenfor porøsitetene eller mellomrommene av denne typen faste stoffer, med retningsbestemte koblinger og godt definerte strukturer, kan kjemiske reaksjoner produseres og katalyseres.

For eksempel fra MNCL₂· 4H₂Eller, benzenotricarboxylic acid og n, n-imimethylformamid, disse to organiske molekylene er koordinert med MN²⁺ Å danne en mof.

Denne MOF-Mn er i stand til å katalysere oksidasjonen av alkaner og alkener, for eksempel: cyclohexen, strekk, cyclooocteno, adamantano og etylbenzen, og transformerer dem til epoksider, alkoholer eller ketoner. Oksidasjoner forekommer inne i det faste og dets intrikate krystallinske (eller amorfe) nettverk.

Referanser

1. M. Sveis og andre. (1920). Mangan: bruk, forberedelse, gruvedrift og produksjon av ferro-legeringer. Gjenopprettet fra: Digicoll.Manoa.Hawaii.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangan. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). Krystallstrukturen til α-manganesisk. Hentet fra: Royalsocietypublishing.org
4. Fullilove f. (2019). Mangan: Fakta, bruksområder og fordeler. Studere. Gjenopprettet fra: Studie.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Periodebord: mangan. Gjenopprettet fra: RSC.org
6. Vahid h. & Nasser g. (2018). Grønn syntese av mangan nanopartikler: applikasjoner og fremtidig perspektiv-en gjennomgang. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology Volume 189, side 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangan. Gjenopprettet fra: Chemguide.co.Storbritannia
8. Farzaneh & l. Hamidipour. (2016). MN-metall organiske rammer som heterogen katalysator for oksidasjon av alkaner og alkener. Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran 27 (1): 31 - 37. University of Teheran, ISSN 1016-1104.
9. Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon. (2019). Mangan. PubChem -database. CID = 23930. Gjenopprettet fra: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov