Plik mangan jest pierwiastkiem chemicznym, który składa się z metalu przejściowego, oznaczonego symbolem Mn i którego liczba atomowa wynosi 25. Jego nazwa pochodzi od czarnej magnezji, obecnie mineralnego piroluzytu, który był badany w Magnezji, regionie Grecji.
Jest dwunastym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, występującym w różnych minerałach jako jony o różnych stopniach utlenienia. Spośród wszystkich pierwiastków chemicznych mangan wyróżnia się obecnością w swoich związkach o wielu stopniach utlenienia, z których najczęściej występuje +2 i +7..
W swojej czystej i metalicznej postaci nie ma wielu zastosowań. Jednak może być dodawany do stali jako jeden z głównych dodatków do stali nierdzewnej. Zatem jego historia jest ściśle związana z historią żelaza; mimo że jego związki były obecne w malowidłach naskalnych i starożytnym szkle.
Jego związki znajdują zastosowanie w bateriach, metodach analitycznych, katalizatorach, utlenianiu organicznym, nawozach, barwieniu szkieł i ceramiki, suszarkach i suplementach diety, aby zaspokoić biologiczne zapotrzebowanie na mangan w naszym organizmie..
Ponadto związki manganu są bardzo kolorowe; niezależnie od tego, czy zachodzą interakcje z formami nieorganicznymi czy organicznymi (organomangan). Jego kolory zależą od liczby lub stopnia utlenienia, będąc najbardziej reprezentatywnym +7 w środku utleniającym i przeciwdrobnoustrojowym KMnO4.
Oprócz powyższych środowiskowych zastosowań manganu, jego nanocząstek i metalowych struktur organicznych stanowią opcje do opracowania katalizatorów, adsorbentów stałych i materiałów do urządzeń elektronicznych..
Indeks artykułów
Początki manganu, podobnie jak wielu innych metali, są związane z początkami jego najobficiej występującego minerału; w tym przypadku piroluzyt, MnOdwa, którą nazwali czarną magnezją ze względu na jej kolor i dlatego, że została zebrana w Magnezji w Grecji. Jego czarny kolor był nawet używany we francuskich malowidłach jaskiniowych.
Jego pierwsza nazwa brzmiała Mangan, nadana przez Michele Mercati, a następnie zmieniła się na Mangan. MnOdwa Używano go również do odbarwiania szkła, a według niektórych badań znaleziono go w mieczach Spartan, którzy już wtedy wytwarzali własną stal..
Mangan był podziwiany ze względu na kolorystykę jego związków, ale dopiero w 1771 roku szwajcarski chemik Carl Wilhelm zaproponował jego istnienie jako pierwiastek chemiczny.
Później, w 1774 roku, Johan Gottlieb Gahn zdołał zredukować MnOdwa do metalicznego manganu przy użyciu węgla mineralnego; obecnie zredukowany glinem lub przekształcony w jego sól siarczanową, MgSO4, który kończy się elektrolizą.
W XIX wieku mangan zyskał ogromną wartość handlową, gdy wykazano, że poprawił wytrzymałość stali bez zmiany jej plastyczności, wytwarzając żelazomangan. Podobnie MnOdwa znalazł zastosowanie jako materiał katodowy w bateriach cynkowo-węglowych i alkalicznych.
Kolor srebrny metalik.
54938 u
25
1246 ° C
2061 ºC
-W temperaturze pokojowej: 7,21 g / ml.
-W temperaturze topnienia (ciecz): 5,95 g / ml
12,91 kJ / mol
221 kJ / mol
26,32 J / (mol K)
1,55 w skali Paulinga
Poziom pierwszy: 717,3 kJ / mol.
Drugi poziom: 2150,9 kJ / mol.
Trzeci poziom: 3348 kJ / mol.
Empiryczne 127 pm
7,81 W / (m · K)
1,44 µΩ · m przy 20 ºC
Paramagnetyczny, jest słabo przyciągany przez pole elektryczne.
6,0 w skali Mohsa
Mangan jest mniej elektroujemny niż jego najbliżsi sąsiedzi w układzie okresowym, dzięki czemu jest mniej reaktywny. Jednak może palić się w powietrzu w obecności tlenu:
3 Mn (s) + 2 Odwa (g) => Mn3LUB4 (s)
Może również reagować z azotem w temperaturze około 1200 ° C, tworząc azotek manganu:
3 Mn (s) + Ndwa (s) => Mn3Ndwa
Łączy się również bezpośrednio z borem, węglem, siarką, krzemem i fosforem; ale nie z wodorem.
Mangan szybko rozpuszcza się w kwasach, tworząc sole z jonem manganu (Mndwa+) i uwolnienie wodoru. Reaguje jednakowo z halogenami, ale wymaga wysokich temperatur:
Mn (s) + Brdwa (g) => MnBrdwa (s)
Mangan może tworzyć wiązania z atomami węgla, Mn-C, umożliwiając mu powstanie szeregu związków organicznych zwanych organomanganem.
W organomanganie interakcje są spowodowane albo wiązaniami Mn-C lub Mn-X, gdzie X jest halogenem, albo pozycjonowaniem dodatniego środka manganu z chmurami elektronowymi sprzężonych układów π związków aromatycznych.
Przykładami powyższego są związki jodek fenylomanganu, PhMnI i trikarbonylometylocyklopentadienylomanganu (C5H.4CH3) -Mn- (CO)3.
Ten ostatni organomangan tworzy wiązanie Mn-C z CO, ale jednocześnie oddziałuje z aromatyczną chmurą pierścienia C.5H.4CH3, tworząc w środku strukturę przypominającą kanapkę:
Ma pojedynczy stabilny izotop 55Mn ze 100% obfitością. Pozostałe izotopy są radioaktywne: 51Mn, 52Mn, 53Mn, 54Mn, 56Mn i 57Mn.
Struktura manganu w temperaturze pokojowej jest złożona. Chociaż jest uważany za sześcienny centrowany na ciele (bcc), eksperymentalnie wykazano, że jego komórka elementarna jest zniekształconym sześcianem.
Ta pierwsza faza lub alotrop (w przypadku metalu jako pierwiastka chemicznego), zwany α-Mn, jest stabilny do 725 ° C; Po osiągnięciu tej temperatury następuje przejście do innego równie „rzadkiego” alotropu, β-Mn. Następnie β allotrop dominuje do 1095 ° C, kiedy to ponownie staje się trzecim alotropem: γ-Mn.
Γ-Mn ma dwie różniczkowalne struktury krystaliczne. Jeden centrowany sześcienny (fcc), a drugi tetragonalny centrowany na powierzchni (fct) czworokątny centrowany na twarzy) w temperaturze pokojowej. I wreszcie, w 1134 ° C γ-Mn przekształca się w alotrop δ-Mn, który krystalizuje w zwykłej strukturze bcc.
Zatem mangan ma do czterech form alotropowych, wszystkie zależne od temperatury; a jeśli chodzi o osoby uzależnione od presji, nie ma zbyt wielu odniesień bibliograficznych, aby się z nimi zapoznać.
W tych strukturach atomy Mn są połączone wiązaniem metalicznym, na które wpływają ich elektrony walencyjne, zgodnie z ich konfiguracją elektroniczną:
[Ar] 3d5 4sdwa
Elektroniczna konfiguracja manganu pozwala nam zaobserwować, że ma on siedem elektronów walencyjnych; pięć na orbicie 3d i dwa na orbicie 4s. Utrata wszystkich tych elektronów podczas tworzenia jego związków, zakładając istnienie kationu Mn7+, mówi się, że osiąga stopień utlenienia +7 lub Mn (VII).
KMnO4 (K.+Mn7+LUBdwa-4) jest przykładem związku z Mn (VII) i łatwo go rozpoznać po jego jasnofioletowych kolorach:
Mangan może stopniowo tracić każdy ze swoich elektronów. Zatem ich stopnie utlenienia mogą również wynosić +1, +2 (Mndwa+, najbardziej stabilny), +3 (Mn3+) i tak dalej, aż do +7, już wspomniano.
Im bardziej dodatnie wartości utleniania, tym większa ich skłonność do pozyskiwania elektronów; to znaczy, ich moc utleniająca będzie większa, ponieważ będą „kraść” elektrony innym gatunkom, aby się zredukować i zaspokoić zapotrzebowanie na elektronikę. Dlatego KMnO4 to świetny środek utleniający.
Wszystkie związki manganu charakteryzują się barwą, a przyczyną tego są przejścia elektronowe d-d, różne dla każdego stopnia utlenienia i ich środowiska chemicznego. Tak więc związki Mn (VII) mają zwykle kolor purpurowy, podczas gdy na przykład związki Mn (VI) i Mn (V) są odpowiednio zielone i niebieskie..
Związki Mn (II) wyglądają na nieco wyprane, w przeciwieństwie do KMnO4. Na przykład MnSO4 i MnCldwa są blado różowawymi, prawie białymi ciałami stałymi.
Ta różnica wynika ze stabilności Mndwa+, których przejścia elektroniczne wymagają więcej energii i dlatego ledwo pochłaniają widzialne promieniowanie świetlne, odbijając prawie wszystkie z nich.
Mangan stanowi 0,1% skorupy ziemskiej i zajmuje dwunaste miejsce wśród występujących w niej pierwiastków. Jego główne złoża znajdują się w Australii, RPA, Chinach, Gabonie i Brazylii.
Do głównych minerałów manganu należą:
-Piroluzyt (MnOdwa) z 63% Mn
-Ramsdelite (MnOdwa) z 62% Mn
-Manganit (MndwaLUB3H.dwaO) z 62% Mn
-Cryptomelane (KMn8LUB16) z 45 - 60% Mn
-Hausmanit (MnMndwaLUB4) z 72% Mn
-Braunite (3MndwaLUB3 ·MnSiO3) z 50 - 60% Mn i (MnCO3) z 48% Mn.
Tylko minerały zawierające więcej niż 35% manganu są uważane za nadające się do wykorzystania komercyjnego.
Chociaż w wodzie morskiej jest bardzo mało manganu (10 ppm), na dnie morskim znajdują się długie obszary pokryte bryłkami manganu; zwane również guzkami polimetalicznymi. W nich gromadzi się mangan i trochę żelaza, aluminium i krzemu.
Szacuje się, że rezerwa manganu w guzkach jest znacznie większa niż rezerwa metalu na powierzchni ziemi..
Wysokiej jakości guzki zawierają 10-20% manganu, z niewielką ilością miedzi, kobaltu i niklu. Istnieją jednak wątpliwości co do komercyjnej opłacalności wydobywania guzków..
Mangan jest podstawowym pierwiastkiem w diecie człowieka, ponieważ wpływa na rozwój tkanki kostnej; a także w jej tworzeniu i syntezie proteoglikanów, substancji tworzących chrząstkę.
Do tego wszystkiego niezbędna jest odpowiednia dieta manganowa, wybierając pokarmy zawierające ten pierwiastek.
Poniżej znajduje się lista produktów spożywczych zawierających mangan, z wartościami wyrażonymi w mg manganu / 100 g produktu:
-Ananas 1,58 mg / 100 g
-Malina i truskawka 0,71 mg / 100g
-Świeży banan 0,27 mg / 100g
-Gotowany szpinak 0,90 mg / 100g
-Słodki ziemniak 0,45 mg / 100 g
-Soja 0,5 mg / 100g
-Gotowana jarmuż 0,22mg / 100g
-Gotowane brokuły 0,22 mg / 100g
-Ciecierzyca w puszce 0,54 m / 100g
-Komosa ryżowa gotowana 0,61 mg / 100g
-Mąka pełnoziarnista 4,0 mg / 100g
-Gotowany brązowy ryż 0,85 mg / 100g
-Wszystkie zboża marki 7,33 mg / 100 g
-Nasiona chia 2,33 mg / 100g
-Migdały prażone 2,14 mg / 100g
Dzięki tym pokarmom łatwo jest zaspokoić zapotrzebowanie na mangan, które u mężczyzn oszacowano na 2,3 mg / dzień; podczas gdy kobiety muszą przyjmować 1,8 mg manganu dziennie.
Mangan bierze udział w metabolizmie węglowodanów, białek i lipidów, a także w tworzeniu kości i mechanizmie obronnym przed wolnymi rodnikami.
Mangan jest kofaktorem aktywności wielu enzymów, w tym: reduktazy ponadtlenkowej, ligaz, hydrolaz, kinaz i dekarboksylaz. Niedobór manganu jest powiązany z utratą wagi, nudnościami, wymiotami, zapaleniem skóry, opóźnieniem wzrostu i nieprawidłowościami szkieletu..
Mangan bierze udział w fotosyntezie, a konkretnie w działaniu fotosystemu II, związanym z dysocjacją wody do tlenu. Interakcja między fotosystemami I i II jest niezbędna do syntezy ATP.
Uważa się, że mangan jest niezbędny do wiązania azotanów przez rośliny, jest źródłem azotu i podstawowym składnikiem pokarmowym roślin.
Sam mangan jest metalem o niewystarczających właściwościach do zastosowań przemysłowych. Jednak po zmieszaniu w małych proporcjach z żeliwem powstają stale. Ten stop, zwany żelazomanganem, jest również dodawany do innych stali, będąc niezbędnym składnikiem, aby uczynić ją nierdzewną..
Nie tylko zwiększa jego odporność na zużycie i wytrzymałość, ale także odsiarcza, odtlenia i defosforyluje, usuwając niepożądane atomy S, O i P w produkcji stali. Uformowany materiał jest tak mocny, że służy do wykonywania torów kolejowych, kratownic, kasków, sejfów, kół itp..
Mangan można również łączyć z miedzią, cynkiem i niklem; tj. do produkcji stopów nieżelaznych.
Mangan jest również używany do produkcji stopów aluminium, które są zwykle używane do produkcji puszek po napojach gazowanych lub piwa. Te stopy Al-Mn są odporne na korozję.
Ponieważ mangan jest korzystny dla roślin, tak jak MnOdwa lub MgSO4 znajduje zastosowanie w formułowaniu nawozów, w taki sposób, że gleby są wzbogacane tym metalem.
Mn (VII), wyraźnie jako KMnO4, jest silnym utleniaczem. Jego działanie jest takie, że pomaga dezynfekować wody, a zanikanie jej fioletowego koloru wskazuje, że zneutralizował obecne drobnoustroje.
Służy również jako titrant w analitycznych reakcjach redoks; na przykład przy oznaczaniu żelaza (II), siarczynów i nadtlenków wodoru. Ponadto jest odczynnikiem do przeprowadzania pewnych utleniaczy organicznych, w większości przypadków syntezy kwasów karboksylowych; wśród nich kwas benzoesowy.
Szkło ma naturalnie zielony kolor ze względu na zawartość tlenku żelaza lub krzemianów żelazawych. Jeśli doda się związek, który może w jakiś sposób reagować z żelazem i izolować je od materiału, wówczas szkło odbarwi się lub straci swój charakterystyczny zielony kolor..
Gdy mangan jest dodawany jako MnOdwa w tym celu i nic więcej, przezroczyste szkło przyjmuje odcienie różu, fioletu lub niebieskiego; powód, dla którego zawsze dodaje się inne jony metali, aby przeciwdziałać temu efektowi i zachować bezbarwność szkła, jeśli jest to pożądane.
Z drugiej strony, jeśli występuje nadmiar MnOdwa, uzyskuje się szkło o brązowych lub nawet czarnych odcieniach.
Sole manganu, zwłaszcza MnOdwa, MndwaLUB3, MnSO4, MnCdwaLUB4 (szczawian) i inne służą do suszenia siemienia lnianego lub olejów w niskich lub wysokich temperaturach.
Podobnie jak inne metale, jego kryształy lub agregaty mogą być tak małe, jak skale nanometryczne; są to nanocząstki manganu (NPs-Mn), zarezerwowane do zastosowań innych niż stale.
NPs-Mn zapewniają większą reaktywność podczas reakcji chemicznych, w których może interweniować metaliczny mangan. Tak długo, jak Twoja metoda syntezy jest ekologiczna, przy użyciu ekstraktów roślinnych lub mikroorganizmów, tym bardziej przyjazne dla środowiska będą Twoje potencjalne zastosowania..
Niektóre z jego zastosowań to:
-Oczyszczają ścieki
-Spełnij zapotrzebowanie żywieniowe na mangan
-Służy jako środek przeciwbakteryjny i przeciwgrzybiczy
-Degraduj barwniki
-Są częścią superkondensatorów i akumulatorów litowo-jonowych
-Katalizują epoksydację olefin
-Oczyszczaj ekstrakty DNA
Wśród tych zastosowań nanocząstki ich tlenków (NPs MnO) mogą również uczestniczyć, a nawet zastępować metaliczne..
Jony manganu mogą wchodzić w interakcje z matrycą organiczną, tworząc strukturę organicznego metalu (MOF: Struktura metaliczno - organiczna). W obrębie porowatości lub szczelin tego typu ciał stałych, z wiązaniami kierunkowymi i dobrze określonymi strukturami, reakcje chemiczne mogą być wytwarzane i katalizowane niejednorodnie..
Na przykład zaczynając od MnCldwa4HdwaO, kwas benzenotrikarboksylowy i N, N-dimetyloformamid, te dwie cząsteczki organiczne koordynują się z Mndwa+ w celu utworzenia MOF.
Ten MOF-Mn jest zdolny do katalizowania utleniania alkanów i alkenów, takich jak: cykloheksen, styren, cyklookten, adamantan i etylobenzen, przekształcając je w epoksydy, alkohole lub ketony. Utleniania zachodzą w ciele stałym i jego skomplikowanych krystalicznych (lub bezpostaciowych) sieciach.
Jeszcze bez komentarzy