Manganhistoria, egenskaper, struktur, användningar

han mangan Det är ett kemiskt element som består av en övergångsmetall, representerad av MN -symbolen, och vars atomnummer är 25. Hans namn beror på svart magnesia, numera.

Det är det tolv vanligaste elementet i jordskorpan, som är i olika mineraler som joner med olika oxidationstillstånd. Av alla kemiska element kännetecknas mangan genom att presentera i dess föreningar med många oxidationstillstånd, varav +2 och +7 är de vanligaste.

Metall mangan. Källa: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

I sin rena och metalliska form har den inte för många applikationer. Det kan dock läggas till stål som ett av de viktigaste tillsatserna för att göra det rostfritt. Således är dess historia nära besläktad med järnens; Även när deras föreningar har varit närvarande i grottmålningar och forntida glas.

Dess föreningar hittar applikationer inom batterier, analysmetoder, katalysatorer, organiska oxidationer, gödselmedel, glas och keramisk färg, torktumlare och näringstillskott för att möta den biologiska efterfrågan hos mangan i våra kroppar.

På samma sätt är manganföreningarna mycket färgglada; Oavsett det finns det interaktioner med oorganiska eller organiska arter (organomangan). Dess färger beror på antalet eller oxidationsstatusen, som är den mest representativa +7 i oxidanten och antimikrobiell medel KMNO₄.

Förutom de tidigare användningsområdena för mangan är dess nanopartiklar och organiska metallramar alternativ för att utveckla katalysatorer, adsorberande fasta ämnen och elektroniska apparater material.

[TOC]

Historia

Manganens början, såsom många andra metaller, är förknippade med de av deras vanligaste mineral; I det här fallet pyrolusiten, mno₂, som de kallade Black Magnesia, för sin färg och för att den samlades i magnesia, Grekland. Dess svarta färg användes även i franska grottmålningar.

Hans förnamn var mangan, givet av Michele Mercati, och bytte sedan till mangan. Mno₂ Det användes också för att missfärgas glas och enligt vissa undersökningar har det hittats i Spartans svärd, som då redan har tillverkat sina egna stål.

Färgerna på deras föreningar beundrades från mangan, men det var först 1771 som den schweiziska kemisten Carl Wilhelm föreslog sin existens som ett kemiskt element.

Senare, 1774, lyckades Johan Gottlieb Gahn minska gruvan₂ till metallisk mangan med mineralkol; för närvarande reducerad med aluminium eller transformerad till ditt sulfat salt, MGSO₄, som hamnar elektrolying.

Under 1800 -talet förvärvade mangan sitt enorma kommersiella värde genom att visa att stålens styrka utan att förändra dess formbarhet och producera ferromanganesos. MNO₂ Han fann användning som ett katodiskt material i zink-kol- och alkaliska batterier.

Egenskaper

Utseende

Metallisk silverfärg.

Atomvikt

54.938 U

Atomantal (z)

25

Smältpunkt

1.246 ºC

Kokpunkt

2.061 ºC

Densitet

-Vid rumstemperatur: 7,21 g/ml.

-Vid smältpunkten (vätska): 5,95 g/ml

Fusionsvärme

12,91 kJ/mol

Förångningsvärme

221 kJ/mol

Molorisk kapacitet

26.32 J/(mol · k)

Elektronnegativitet

1.55 på Pauling -skalan

Joniseringsenergier

Första nivå: 717,3 kJ/mol.

Andra nivå: 2.150, 9 kJ/mol.

Tredje nivå: 3.348 kJ/mol.

Atomradio

Empirisk 127 pm

Värmeledningsförmåga

7.81 W/(M · K)

Elektrisk resistans

1,44 µΩ · m vid 20 ° C

Magnetisk ordning

Paramagnetiskt, lockas svagt av ett elektriskt fält.

Hårdhet

6.0 på Mohs -skalan

Kemiska reaktioner

Mangan är mindre elektronegativ än sina närmaste grannar i det periodiska bordet, vilket gör det mindre reaktivt. Men det kan brinna i luften i närvaro av syre:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃ANTINGEN₄ (S)

Du kan också reagera med kväve vid en ungefärlig temperatur på 1.200 ºC, för att bilda mangan nitruro:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Det kombineras också direkt med bor, kol, svavel, kisel och fosfor; men inte med väte.

Mangan upplöses snabbt i syror och orsakar salter med manganjonen (MN²⁺) och släpper vätgas. Det reagerar också med halogener, men kräver höga temperaturer:

Det kan tjäna dig: natriumbromid (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organokompositer

Mangan kan bilda länkar till kolatomer, MN-C, vilket gör att den kan orsaka en serie organiska föreningar som kallas organomanganesiska.

I organomanganesser beror interaktioner på Mn-C eller Mn-X-länkar, där X är en halogen eller på placeringen av det positiva mangancentret med de elektroniska molnen i π-konjugatet för aromatiska föreningar.

För exempel på grunden₅H₄Ch₃) -Mn- (co)₃.

Denna sista organomanganes bildar en MN-C-länk till CO, men samtidigt interagerar med det aromatiska molnet i C-ringen₅H₄Ch₃, bildar en halv -sandwich -struktur:

Metylciclopentadienil mangan trikarbonil. Källa: 31Feesh [CC0]

Isotoper

Har bara en stabil isotop ⁵⁵MN med 100 % överflöd. De andra isotoperna är radioaktiva: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn och ⁵⁷Mn.

Elektronisk struktur och konfiguration

Manganstrukturen vid rumstemperatur är komplex. Även om det betraktas som kubiskt centrerat på kroppen (BCC), har dess enhet cell visat sig vara en förvrängd kub.

Denna första fas eller alotropiska (i fallet med metall som ett kemiskt element), kallad a-Mn, är stabil upp till 725 ° C; Nådde denna temperatur, en övergång inträffar till en annan lika "sällsynt" alotropisk, p-MN. Sedan dominerar alotropen ß upp till 1095 ° C när den återvandlas till en tredje alotropik: y-MN.

Y-MN har två differentierbara kristallina strukturer. En kubik centrerad i ansiktet (FCC) och den andra tetragonal centrerad i ansiktet (FCT) Ansiktscentrerad tetragonal) vid rumstemperatur. Och slutligen, vid 1134 ° C, transformeras y-Mn till Δ-Mn-alotropen, som kristalliseras i en vanlig BCC-struktur.

Således har mangan upp till fyra allotropiska former, alla beroende av temperatur; Och när det gäller de som är beroende av trycket finns det inte för mycket bibliografiska referenser för att konsultera dem.

I dessa strukturer förenas Mn -atomer av en metallbindning som styrs av deras valenselektroner, enligt deras elektroniska konfiguration:

[AR] 3D⁵ 4S²

Oxidationstillstånd

Den elektroniska mangankonfigurationen gör att vi kan observera att den har sju valenselektroner; fem i 3D -omloppet och två i 4s orbital. När man förlorar alla dessa elektroner under bildningen av sina föreningar, förutsatt att Mn -katjonen finns⁷⁺, Det sägs förvärva ett oxidationsnummer +7 eller MN (VII).

Kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺ANTINGEN^2-₄) Det är ett exempel på en förening med MN (VII), och det är lätt att känna igen det för sina ljusa lila färger:

Två kmno4 -lösningar. En koncentrat (vänster) och den andra utspädda (höger). Källa: Pradana Aumars [CC0]

Mangan kan gradvis förlora var och en av sina elektroner. Således kan dess oxidationsnummer också vara +1, +2 (MN²⁺, den mest stabila av alla), +3 (MN³⁺), och så vidare tills +7, redan nämnt.

Ju mer positiv oxidationsnumren, desto större är dess tendens att få elektroner; Det vill säga att dess oxiderande kraft kommer att bli större, eftersom elektroner kommer att "stjäla" till andra arter för att minska och tillföra elektronisk efterfrågan. Det är därför KMNO₄ Det är ett bra oxidationsmedel.

Färger

Alla manganföreningar kännetecknas av att vara färgglada, och orsaken beror på elektroniska övergångar D-D, olika för varje oxidationstillstånd och deras kemiska miljöer. Således är Mn -föreningar (VII) vanligtvis violetta, medan de för Mn (VI) och Mn (V) till exempel är gröna respektive blå, respektive.

Kaliummanganatgrön lösning, k2mno4. Källa: Choij [Public Domain]

Mn (ii) föreningar ser lite blekna ut och kontrasterar kmno₄. Till exempel Mons₄ och mcl₂ De är solida ljusrosa färger, nästan vita.

Kan tjäna dig: zink: historia, egenskaper, struktur, risker, användningar

Denna skillnad beror på MN: s stabilitet²⁺, vars elektroniska övergångar kräver mer energi och tar därför knappt ut strålning av synligt ljus genom att reflektera nästan alla.

Var är magnesium?

Mineral Pirolusita, den rikaste manganskällan till jordens cortex. Källa: Rob Lavinsky, irocks.com-cc-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Mangan utgör 0,1 % av jordskorpan och upptar den tolv platsen bland de element som finns i den. Dess huvudsakliga insättningar finns i Australien, Sydafrika, Kina, Gabón och Brasilien.

Bland de viktigaste manganmineralerna är följande:

-Pyrolusite (MNO₂) Med 63% av MN

-Ramsdelita (mno₂) Med 62% av MN

-Manganita (MN₂ANTINGEN₃· H₂O) med 62% av MN

-Cryptomelaan (kmn₈ANTINGEN₁₆) Med 45 - 60% av MN

-Hausmanita (MN · MN₂ANTINGEN₄) Med 72% av MN

-Braunita (3mn₂ANTINGEN_{3 ·}Mnsio₃) med 50 - 60% av MN och (MNCO₃) Med 48% av MN.

Endast mineraler som innehåller mer än 35% mangan betraktas som kommersiellt exploaterbara.

Även om det finns väldigt lite mangan (10 ppm) i havsvattnet, på havsbotten finns det långa områden täckta med manganknölar; Kallas också polymetalliska knölar. I dessa finns mangankluster och lite järn, aluminium och kisel.

Nodulernas mangan reserver uppskattas till en mängd mycket större än metallens reserv på jordens yta.

Noduler med hög kvalitet innehåller mellan 10 och 20% mangan, med lite koppar, kobolt och nickel. Det finns emellertid tvivel om den kommersiella lönsamheten för gruvutnyttjandet av nodulerna.

Mat med mangan

Mangan är ett väsentligt element i människans diet, eftersom den ingriper i utvecklingen av benvävnad; liksom i deras bildning och syntes av proteoglykaner, brosktränare.

För allt detta är en adekvat manganskiet nödvändig, att välja de livsmedel som innehåller elementet.

Följande är en lista över livsmedel som innehåller mangan, med värdena uttryckta i mg mangan/100 g mat:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Hallon och jordgubbe 0,71 mg/100 g

-Färsk banan 0,27 mg/100 g

-Kokt spenat 0,90 mg/100 g

-0,45 mg/100 g sötpotatis

-Soja Porto 0,5 mg/100g

-Kokt lockigt 0,22 mg/100g

-Broccoli kokta 0,22 mg/100 g

-Konserverad kikärter 0,54 m/100 g

-Kokt quinoa 0,61 mg/100g

-Integrerat vetemjöl 4,0 mg/100 g

-Kokt omfattande ris 0,85 mg/100 g

-7,33 mg/100 g alla varumärkesspannmål

-Chiafrön 2,33 mg/100g

-Smakade mandlar 2,14 mg/100 g

Med dessa livsmedel är det lätt att uppfylla mangankraven, som har uppskattats hos män på 2,3 mg/dag; Medan kvinnor behöver äta 1,8 mg/mangan dag.

Biologiskt papper

Manganen ingriper i metabolismen av kolhydrater, proteiner och lipider, såväl som i benbildning och i försvarsmekanismen mot fria radikaler.

Mangan är en kofaktor för aktiviteten hos många enzymer, inklusive: reduktas superoxid, ligor, hydrolaser, kinaser och dekarboxylaser. Manganbrist har varit relaterad till viktminskning, illamående, kräkningar, dermatit, tillväxtfördröjning och skelettavvikelser.

Manganen ingriper i fotosyntes, särskilt i funktionen av fotosystem II, relaterad till vattendissociation för att bilda syre. Interaktionen mellan fotosystem I och II är nödvändig för ATP -syntes.

Mangan anses nödvändig för att fixa nitrat av växter, kvävekälla och en primär näringskomponent i växter.

Ansökningar

Stål

Mangan är bara en metall med otillräckliga egenskaper för industriella tillämpningar. Men när de blandas i små proportioner med gjutjärn, resulterande stål. Denna legering, kallad ferromanganes, läggs också till andra stål, som är en väsentlig komponent för att göra den rostfritt.

Det ökar inte bara sitt motstånd mot slitage och styrka, utan också Desulfura, Deoxygen och Parasphorila, som tar bort Atomerna i S, eller och undsisted i stålproduktion. Det bildade materialet är så starkt att det används för att skapa järnvägar, burstänger i fängelser, hjälmar, kassaskåp, hjul, etc.

Kan tjäna dig: radio: struktur, egenskaper, användningar, erhålla

Mangan kan också legering koppar, zink och nickel; det vill säga att producera icke -järnlegeringar.

Aluminiumburkar

Mangan används också för produktion av aluminiumlegeringar, som normalt tilldelas för tillverkning av gasburkar eller öl. Dessa al-Mn-legeringar är resistenta mot korrosion.

Gödningsmedel

Eftersom mangan är fördelaktig för växter, som en MNO₂ eller mgso₄ Hitta användning i formuleringen av gödselmedel, så att jordarna är berikade i denna metall.

Oxiderande medel

MN (vii), uttryckligen som kmno₄, Det är ett kraftfullt oxiderande medel. Dess handling är sådan att det hjälper till att desinficera vattnet, att vara försvinnandet av dess violetta färgindikativ att den neutraliserade mikroberna närvarande.

Det fungerar också som en titel i analytiska redoxreaktioner; Till exempel vid bestämning av järn, sulfiter och väteperoxider. Och dessutom är det ett reagens att utföra vissa organiska oxidationer, för det mesta syntes av karboxylsyror; Bland dem, bensoesyra.

Glas

Glas presenterar naturligtvis en grön färg på grund av dess järnoxidinnehåll eller järnhaltiga silikater. Om en förening läggs till som på något sätt kan reagera med järn och isolera det från materialet, kommer glaset att missfärgas eller förloras sin karakteristiska gröna färg.

När mangan läggs till som en MNO₂ Med detta ändamål, och inget mer, slutar det transparenta glaset som laddar rosa, violetta eller blåaktiga toner; Anledning till att andra metalljoner alltid läggs till för att motverka en sådan effekt och upprätthålla färglöst glas, om det är önskan.

Å andra sidan, om det finns ett överskott av mig₂, Glas erhålls med bruna eller till och med svarta nyanser.

Torktumlare

Manganssalter, särskilt MnO₂, Mn₂ANTINGEN₃, MSSO₄, Mnc₂ANTINGEN₄ (oxalat) och andra används för att torka linfrön eller låga temperaturer.

Nanopartiklar

Liksom andra metaller kan deras kristaller eller aggregat vara så små tills de når de nanometriska skalorna; Dessa är, mangan nanopartiklar (NPS-MN), reserverade för applikationer utanför stål.

NPS-MN ger större reaktivitet när de hanterar kemiska reaktioner där metall mangan kan ingripa. Medan din syntesmetod är grön, använder du växter eller mikroorganismutdrag, är mer vänliga dina potentiella applikationer med miljön.

Några av dess användning är:

-De rena avloppsvatten

-Mangan näringsmässiga krav levererar

-De fungerar som ett antimikrobiellt och svampdödande medel

-De förnedrar färgämnen

-De är en del av litiumjonen Super C Fornset

-De katalyserar olefinepoxidation

-DNA -extrakt Rengöring

Bland dessa applikationer kan nanopartiklarna i deras oxider (NPS MNO) också delta eller till och med ersätta metalliska.

Organiska metallramar

Manganjoner kan interagera med en organisk matris för att skapa en organisk metallram (MOF: Metallorganisk ram). Inom porositeterna eller mellanrummen i denna typ av fasta ämnen, med riktningsförbindelser och väldefinierade strukturer, kan kemiska reaktioner produceras och katalyseras.

Till exempel från MNCL₂· 4h₂Eller, bensenotricarboxylsyra och N, N-imimetylformamid, dessa två organiska molekyler samordnas med MN²⁺ För att bilda en MOF.

Denna MOF-MN kan katalysera oxidationen av alkaner och alkener, såsom: cyklohexen, stretch, cyklooocteno, adamantano och etylbensen, förvandla dem till epoxider, alkoholer eller ketoner. Oxidationer förekommer i det fasta och dess intrikata kristallina (eller amorfa) nätverk.

Referenser

1. M. Weld & andra. (1920). Mangan: Användning, förberedelser, gruvkostnader och produktion av ferro-legeringar. Återhämtat sig från: digicoll.Manoa.Hawaii.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangan. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). Kristallstrukturen hos a-mankanesiska. Hämtad från: RoyalSocietypublishing.org
4. Fullilove f. (2019). Mangan: Fakta, användningar och fördelar. Studie. Återhämtat sig från: studie.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Period Tabell: Mangan. Återhämtat sig från: rsc.org
6. Vahid h. & Nasser g. (2018). Grön syntes av mangan nanopartiklar: applikationer och framtida perspektiv-en recension. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology Volume 189, sid 234-243.
7. Clark j. (2017). Mangan. Återhämtat sig från: Chemguide.co.Storbritannien
8. Farzaneh & l. Hamidipur. (2016). MN-Metal Organic Framework som heterogen katalysator för oxidation av alkaner och alkener. Journal of Sciences, Islamiska republiken Iran 27 (1): 31 - 37. University of Teheran, ISSN 1016-1104.
9. Nationellt centrum för bioteknikinformation. (2019). Mangan. Pubchemdatabas. CID = 23930. Återhämtat sig från: pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov