Mangaangeschiedenis, eigenschappen, structuur, gebruik

Hij mangaan Het is een chemisch element dat bestaat uit een overgangsmetaal, weergegeven door het MN -symbool, en waarvan het atoomnummer 25 is. Zijn naam is te wijten aan Black Magnesia, tegenwoordig.

Het is het twaalf meest voorkomende element van de korst van de aarde, die zich in verschillende mineralen bevindt, zoals ionen met verschillende oxidatietoestanden. Van alle chemische elementen wordt het mangaan onderscheiden door zich in zijn verbindingen te presenteren met veel oxidatietoestanden, waarvan +2 en +7 de meest voorkomende zijn.

Metaalmangaan. Bron: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

In zijn pure en metaalachtige vorm heeft het niet te veel toepassingen. Het kan echter aan staal worden toegevoegd als een van de belangrijkste additieven om het roestvrij te maken. De geschiedenis is dus nauw verwant aan die van ijzer; Zelfs wanneer hun verbindingen aanwezig zijn geweest in grotschilderingen en oud glas.

De verbindingen vinden toepassingen binnen batterijen, analytische methoden, katalysatoren, organische oxidaties, meststoffen, glas en keramische kleuring, drogers en voedingssupplementen om te voldoen aan de biologische vraag van mangaan in ons lichaam in ons lichaam.

Evenzo zijn mangaanverbindingen erg kleurrijk; Hoe dan ook, er zijn interacties met anorganische of organische soorten (organomanganees). De kleuren zijn afhankelijk van het aantal of de oxidatiestatus, zijn de meest representatieve +7 in het oxidatiemiddel en antimicrobiële middel kmno₄.

Naast het vorige gebruik van mangaan, zijn de nanodeeltjes en organische metaalframes opties om katalysatoren, adsorbens vaste stoffen en elektronische apparatenmaterialen te ontwikkelen.

[TOC]

Geschiedenis

Het begin van mangaan, zoals vele andere metalen, wordt geassocieerd met die van hun meest voorkomende mineraal; In dit geval, de pyrolusiet, mno₂, die ze zwarte magnesia noemden, vanwege hun kleur en omdat het werd verzameld in Magnesia, Griekenland. De zwarte kleur werd zelfs in Franse grotschilderijen gebruikt.

Zijn voornaam was mangaan, gegeven door Michele Mercati, en vervolgens veranderd in mangaan. De MNO₂ Het werd ook gebruikt om glas te verkleuren en volgens bepaalde onderzoeken is het gevonden in de Swords van de Spartanen, die toen al hun eigen staals hebben vervaardigd.

De kleuren van hun verbindingen werden bewonderd van het mangaan, maar het was pas in 1771 dat de Zwitserse chemicus Carl Wilhelm zijn bestaan ​​als chemisch element voorstelde.

Later, in 1774, slaagde Johan Gottlieb Gahn erin de mijn te verminderen₂ voor metaalmangaan met behulp van minerale kolen; Momenteel gereduceerd met aluminium of getransformeerd naar uw sulfaatzout, MGSO₄, die uiteindelijk elektrolieert.

In de negentiende eeuw verwierf het mangaan zijn enorme commerciële waarde door aan te tonen dat de sterkte van staal verbeterde zonder de kneedbaarheid te veranderen, waardoor ferromanganesos wordt geproduceerd. Ook de MNO₂ Hij vond gebruik als een kathodisch materiaal in de zink-koolstof- en alkalische batterijen.

Eigenschappen

Verschijning

Metaalachtige zilveren kleur.

Atoomgewicht

54.938 u

Atoomnummer (z)

25

Smeltpunt

1.246 ºC

Kookpunt

2.061 ºC

Dikte

-Bij kamertemperatuur: 7,21 g/ml.

-Op het smeltpunt (vloeistof): 5,95 g/ml

Fusiewarmte

12,91 kJ/mol

Verdampingswarmte

221 kJ/mol

Molaire caloriecapaciteit

26.32 J/(mol · k)

Elektronegativiteit

1.55 op de Pauling -schaal

Ionisatie -energieën

Eerste niveau: 717,3 kJ/mol.

Tweede niveau: 2.150, 9 kJ/mol.

Derde niveau: 3.348 kJ/mol.

Atomaire radio

Empirisch 127 uur

Warmtegeleiding

7.81 w/(m · k)

Elektrische weerstand

1,44 µω · m bij 20 ° C

Magnetische volgorde

Paramagnetisch, wordt zwak aangetrokken door een elektrisch veld.

Hardheid

6.0 op de mohs -schaal

Chemische reacties

Mangaan is minder elektronegatief dan zijn naaste buren in het periodiek systeem, waardoor het minder reactief is. Het kan echter in de lucht branden in aanwezigheid van zuurstof:

3 Mn (s) +2 O₂ (g) => mn₃OF₄ (S)

U kunt ook reageren met stikstof bij een geschatte temperatuur van 1.200 ºC, om mangaan Nituroo te vormen:

3 Mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Het wordt ook direct gecombineerd met boor, koolstof, zwavel, silicium en fosfor; Maar niet met waterstof.

Mangaan lost snel op in zuren en veroorzaakt zouten met het mangaanion (Mn²⁺) en het vrijgeven van waterstofgas. Het reageert ook met halogenen, maar vereist hoge temperaturen:

Het kan u van dienst zijn: natriumbromide (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organocomposieten

Mangaan kan links vormen naar koolstofatomen, MN-C, waardoor het een reeks organische verbindingen kan veroorzaken die Organomanganese worden genoemd.

In organomanganesos zijn de interacties te wijten aan de MN-C- of MN-X-verbindingen, waarbij X een halogeen is, of aan de positionering van het positieve mangaancentrum met de elektronische wolken van de π conjugaatsystemen van aromatische verbindingen.

Voor voorbeelden van het voorgaande₅H₄Ch₃) -Mn- (co)₃.

Dit laatste organomanganese vormt een MN-C-link met CO, maar interageert tegelijkertijd met de aromatische wolk van de C-ring₅H₄Ch₃, Een half -sandwich structuur vormen:

Methylciclopentadienile mangaan tricarbonil. Bron: 31Feesh [CC0]

Isotopen

Heeft alleen een stabiele isotoop ⁵⁵Mn met 100 % overvloed. De andere isotopen zijn radioactief: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn en ⁵⁷Mn.

Elektronische structuur en configuratie

De mangaanstructuur bij kamertemperatuur is complex. Hoewel het wordt beschouwd als kubus gecentreerd op het lichaam (BCC), is experimenteel bewezen dat de eenheidscel een vervormde kubus is.

Deze eerste fase of alotrope (in het geval van metaal als chemisch element), α-Mn genoemd, is stabiel tot 725 ° C; Bereikte deze temperatuur, een overgang vindt plaats naar een andere even eval "zeldzame" alotrope, de β-mn. Vervolgens overheerst de alotrope β tot 1095 ° C wanneer opnieuw verandert in een derde alotrope: de γ-mn.

De γ-MN heeft twee differentiële kristallijne structuren. Een kubiek gecentreerd op het gezicht (FCC) en het andere tetragonaal gecentreerd op het gezicht (FCT) Gezichtsgericht tetragonaal) op kamertemperatuur. En ten slotte, bij 1134 ° C wordt de γ-Mn getransformeerd in de δ-Mn alotrope, die wel kristalliseert in een gewone BCC-structuur.

Mangaan heeft dus maximaal vier allotrope vormen, allemaal afhankelijk van de temperatuur; En wat betreft die afhankelijk van de druk, zijn er niet teveel bibliografische verwijzingen om ze te raadplegen.

In deze structuren worden MN -atomen verenigd door een metalen binding die wordt bepaald door hun valentie -elektronen, volgens hun elektronische configuratie:

[AR] 3D⁵ 4S²

Oxidatietoestanden

Met de elektronische mangaanconfiguratie kunnen we zien dat het zeven valentie -elektronen heeft; vijf in het 3D -orbitaal, en twee in de 4s orbital. Bij het verliezen van al deze elektronen tijdens de vorming van hun verbindingen, uitgaande van het bestaan ​​van het Mn -kation⁷⁺, Er wordt gezegd dat het een oxidatienummer van +7 of Mn (vii) verwerft.

De kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺OF^2-₄) Het is een voorbeeld van een verbinding met Mn (vii), en het is gemakkelijk om het te herkennen vanwege zijn heldere paarse kleuren:

Twee kmno4 -oplossingen. Het ene concentraat (links) en het andere verdund (rechts). Bron: Pradana Aumars [CC0]

Mangaan kan geleidelijk elk van zijn elektronen verliezen. De oxidatienummers kunnen dus ook +1, +2 zijn (Mn²⁺, de meest stabiele van allemaal), +3 (Mn³⁺), enzovoort tot +7, al genoemd.

Hoe positiever de oxidatienummers, hoe groter de neiging om elektronen te winnen; Dat wil zeggen, het oxiderende vermogen zal groter zijn, omdat elektronen naar andere soorten zullen "stelen" om de elektronische vraag te verminderen en te voorzien. Dat is de reden waarom de kmno₄ Het is een geweldig oxidatiemiddel.

Kleuren

Alle mangaanverbindingen worden gekenmerkt door kleurrijk te zijn, en de reden is te wijten aan elektronische overgangen D-D, verschillend voor elke oxidatietoestand en hun chemische omgevingen. Mn -verbindingen (VII) zijn dus meestal violet, terwijl die van Mn (VI) en Mn (V) bijvoorbeeld respectievelijk groen en blauw zijn.

Kaliummanganaatgroene oplossing, K2MnO4. Bron: Choij [Public Domain]

Mn (ii) Verbindingen zien er een beetje vervaagd uit, in tegenstelling tot de kmno₄. Bijvoorbeeld de mons₄ en MCL₂ Het zijn solide lichtroze kleuren, bijna wit.

Kan u van dienst zijn: zink: geschiedenis, eigenschappen, structuur, risico's, gebruik

Dit verschil is te wijten aan de stabiliteit van de MN²⁺, wiens elektronische overgangen meer energie vereisen en daarom nauwelijks straling van zichtbaar licht absorbeert door bijna alles te reflecteren.

Waar is magnesium?

Mineral Pirolusita, de rijkste mangaanbron van de cortex van de aarde. Bron: Rob Lavinsky, irocks.com-cc-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

Mangaan vormt 0,1 % van de korst van de aarde en neemt de twaalf plaats in onder de elementen die erin aanwezig zijn. De belangrijkste deposito's zijn te vinden in Australië, Zuid -Afrika, China, Gabón en Brazilië.

Onder de belangrijkste mangaan -mineralen zijn de volgende:

-Pyrolusite (MNO₂) Met 63% van Mn

-Ramsdelita (MNO₂) Met 62% van Mn

-Manganita (Mn₂OF₃· H₂O) met 62% van Mn

-Cryptomelaan (kmn₈OF₁₆) Met 45 - 60% van Mn

-Hausmanita (Mn · Mn₂OF₄) Met 72% van Mn

-Braunita (3mn₂OF_{3 ·}Mnsio₃) met 50 - 60% van Mn en de (MNCO₃) Met 48% van Mn.

Alleen mineralen met meer dan 35% mangaan worden als commercieel exploiteerbaar beschouwd.

Hoewel er heel weinig mangaan (10 ppm) in het zeewater is, zijn er op de vloer van de zeebodem lange gebieden bedekt met mangaanknobbeltjes; Ook wel polymetallische knobbeltjes genoemd. Hierin zijn er mangaanclusters en wat ijzer, aluminium en silicium.

De mangaanreserve van de knobbeltjes wordt geschat in een veel groter bedrag dan de reserve van het metaal op het aardoppervlak.

Hoogwaardige knobbeltjes bevatten tussen 10 en 20% mangaan, met wat koper, kobalt en nikkel. Er zijn echter twijfels over de commerciële winstgevendheid van de mijnbouwexploitatie van de knobbeltjes.

Voedsel met mangaan

Mangaan is een essentieel element in het dieet van de mens, omdat het tussenbeide komt bij de ontwikkeling van botweefsel; evenals in hun vorming en synthese van proteoglycanen, kraakbeentrainers.

Voor dit alles is een adequaat mangaan -dieet noodzakelijk, het selecteren van het voedsel dat het element bevat.

Het volgende is een lijst met voedingsmiddelen die mangaan bevatten, met de waarden uitgedrukt in mg mangaan/100 g voedsel:

-Ananá 1,58 mg/100 g

-Raspberry en Strawberry 0,71 mg/100 g

-Verse banaan 0,27 mg/100 g

-Gekookte spinazie 0,90 mg/100 g

-0,45 mg/100 g zoete aardappel

-SOJA PORTO 0,5 mg/100 g

-Gekookte krullende 0,22 mg/100 g

-Broccoli gekookt 0,22 mg/100 g

-Ingeblikte kikkererwten 0,54 m/100 g

-Gekookte quinoa 0,61 mg/100 g

-Integrale tarwebloem 4,0 mg/100 g

-Gekookte uitgebreide rijst 0,85 mg/100 g

-7.33 mg/100 g alle merkgranen

-Chia -zaden 2,33 mg/100 g

-Proef amandelen 2,14 mg/100 g

Met deze voedingsmiddelen is het gemakkelijk om aan de mangaanvereisten te voldoen, die zijn geschat bij mannen op 2,3 mg/dag; Terwijl vrouwen 1,8 mg/mangaandag moeten innemen.

Biologisch papier

Mangaan komt tussenbeide in het metabolisme van koolhydraten, eiwitten en lipiden, evenals in botvorming en in het afweermechanisme tegen vrije radicalen.

Mangaan is een cofactor voor de activiteit van talloze enzymen, waaronder: reductase -superoxide, competities, hydrolasen, kinasen en decarboxylasen. Mangaangebied is gerelateerd aan gewichtsverlies, misselijkheid, braken, dermatitis, groeifertinratis en skeletafwijkingen.

Mangaan komt tussenbeide in fotosynthese, met name bij het functioneren van fotosysteem II, gerelateerd aan waterdissociatie om zuurstof te vormen. De interactie tussen fotosystemen I en II is noodzakelijk voor ATP -synthese.

Mangaan wordt noodzakelijk geacht om nitraat te bevestigen door planten, stikstofbron en een primaire voedingscomponent van planten.

Toepassingen

Staal

Mangaan is slechts een metaal met onvoldoende eigenschappen voor industriële toepassingen. Wanneer het echter in kleine verhoudingen wordt gemengd met gietijzer, resulterend staal. Deze legering, genaamd Ferromanganese, wordt ook toegevoegd aan andere staals.

Het verhoogt niet alleen zijn weerstand tegen slijtage en sterkte, maar ook desulfura, deoxygen en parasforila, waarbij de atomen van S worden verwijderd, of niet in de staalproductie. Het gevormde materiaal is zo sterk dat het wordt gebruikt voor het creëren van spoorwegen, kooibars in gevangenissen, helmen, kluizen, wielen, enz.

Kan u van dienst zijn: radio: structuur, eigenschappen, gebruik, verkrijgen

Het mangaan kan ook koper, zink en nikkel legeren; dat wil zeggen, om niet -ferromegeringen te produceren.

Aluminium blikken

Mangaan wordt ook gebruikt voor de productie van aluminiumlegeringen, die normaal wordt toegewezen voor de productie van gasblikken of bieren. Deze Al-MN-legeringen zijn resistent tegen corrosie.

Meststoffen

Omdat mangaan gunstig is voor planten, als een MNO₂ of MGSO₄ Vind gebruik in de formulering van meststoffen, zodat de bodems zijn verrijkt in dit metaal.

Oxidatiemiddel

De Mn (vii), uitdrukkelijk als kmno₄, Het is een krachtig oxidatiemiddel. De actie is zodanig dat het helpt om de wateren te desinfecteren, het verdwijnen van zijn violette kleur geeft aan dat het de aanwezige microben neutraliseerde.

Het dient ook als een titel in analytische redoxreacties; Bijvoorbeeld bij de bepaling van ijzer van ijzer, sulfieten en waterstofperoxiden. En bovendien is het een reagens om bepaalde organische oxidaties uit te voeren, meestal synthese van carbonzuren; Onder hen, benzoëzuur.

Glas

Glas presenteert van nature een groene kleur vanwege het ijzeroxidegehalte of ferro -silicaten. Als een verbinding wordt toegevoegd die op de een of andere manier met ijzer kan reageren en deze van het materiaal kan isoleren, wordt het glas verkleurd of verloren zijn karakteristieke groene kleur.

Wanneer mangaan wordt toegevoegd als een MNO₂ Met dit doel, en niets meer, eindigt het transparante glas dat roze, violette of blauwachtige tonen opladen; reden waarom andere metaalionen altijd worden toegevoegd om een ​​dergelijk effect tegen te gaan en kleurloos glas te behouden, als dat de wens is.

Aan de andere kant, als er een teveel aan mij is₂, Glas wordt verkregen met bruine of zelfs zwarte nuances.

Drogers

Mangaanzouten, vooral MNO₂, Mn₂OF₃, MSSO₄, MNC₂OF₄ (oxalaat) en anderen worden gebruikt om lijnzaden of lage temperaturen te drogen.

Nanodeeltjes

Net als andere metalen kunnen hun kristallen of aggregaten zo klein zijn tot het bereiken van de nanometrische schalen; Dit zijn mangaan nanodeeltjes (NPS-MN), gereserveerd voor toepassingen buiten staal.

NPS-MN biedt een grotere reactiviteit wanneer ze omgaan met chemische reacties waar metalen mangaan kan ingrijpen. Hoewel uw synthesemethode groen is, zal het gebruik van planten of micro -organisme -extracten, vriendelijker zijn uw potentiële toepassingen met de omgeving.

Een deel van zijn toepassingen zijn:

-Ze zuiveren afvalwater

-Mangaanvoedingseisen voor het aanbod

-Ze dienen als een antimicrobieel en antischimmelmiddel

-Ze degraderen kleurstoffen

-Ze maken deel uit van lithium -ionen super c fornset

-Ze katalyseren olefine -epoxidatie

-DNA -extracten zuiveren

Onder die toepassingen kunnen de nanodeeltjes van hun oxiden (NPS MNO) ook deelnemen of zelfs metallic vervangen.

Organische metalen frames

Mangaanionen kunnen interageren met een organische matrix om een ​​organisch metalen frame te vestigen (MOF: Metalen organische raamwerk)). Binnen de porositeiten of tussenruimten van dit type vaste stof, met directionele verbindingen en goed gedefinieerde structuren, kunnen chemische reacties worden geproduceerd en gekatalyseerd.

Bijvoorbeeld, beginnend bij MNCL₂· 4h₂Of, benzenotricarbonzuur en N, N-imimethylformamide, deze twee organische moleculen worden gecoördineerd met de MN²⁺ Om een ​​MOF te vormen.

Deze MOF-MN is in staat om de oxidatie van alkanen en alkenen te katalyseren, zoals: cyclohexen, stretch, cyclooocteno, adamantano en ethylbenzeen, waardoor ze worden omgezet in epoxiden, alcoholen of ketonen. Oxidaties komen voor in de vaste stof en zijn ingewikkelde kristallijne (of amorfe) netwerken.

Referenties

1. M. Las en anderen. (1920). Mangaan: gebruik, voorbereiding, mijnbouwkosten en de productie van ferro-legeringen. Hersteld van: Digicoll.Manoa.Hawaii.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangaan. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). De kristalstructuur van α-manganese. Opgehaald uit: RoyalsocietyPublishing.borg
4. Fullilove f. (2019). Mangaan: feiten, gebruik en voordelen. Studie. Hersteld van: studie.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Periode Tabel: Mangaan. Hersteld van: RSC.borg
6. Vahid h. & Nasser G. (2018). Groene synthese van mangaan nanodeeltjes: applicaties en toekomstperspectief-een beoordeling. Journal of Photchemistry and Photobiology B: Biology Volume 189, pagina's 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangaan. Hersteld van: chemguide.co.Uk
8. Farzaneh & L. Hamidipour. (2016). Mn-metaal organisch raamwerk als heterogene katalysator voor oxidatie van alkanen en alkenen. Journal of Sciences, Islamitische Republiek Iran 27 (1): 31 - 37. Universiteit van Teheran, ISSN 1016-1104.
9. Nationaal centrum voor biotechnologie -informatie. (2019). Mangaan. PubChem -database. CID = 23930. Hersteld van: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov