mangan este un element chimic care constă dintr-un metal de tranziție, reprezentat de simbolul Mn, și al cărui număr atomic este 25. Numele său se datorează magneziei negre, în zilele noastre piroluzitul mineral, care a fost studiat în Magnesia, o regiune a Greciei.
Este al doisprezecelea cel mai abundent element din scoarța terestră, care se găsește într-o varietate de minerale ca ioni cu stări de oxidare diferite. Dintre toate elementele chimice, manganul se distinge prin prezența în compușii săi cu multe stări de oxidare, dintre care +2 și +7 sunt cele mai frecvente..
În forma sa pură și metalică nu are multe aplicații. Cu toate acestea, poate fi adăugat la oțel ca unul dintre principalii aditivi pentru a-l face inoxidabil. Astfel, istoria sa este strâns legată de cea a fierului; chiar dacă compușii săi au fost prezenți în picturile rupestre și sticla antică.
Compușii săi găsesc aplicații în baterii, metode analitice, catalizatori, oxidări organice, îngrășăminte, colorarea paharelor și a ceramicii, uscătoare și suplimente nutritive pentru a satisface cererea biologică de mangan din corpul nostru..
De asemenea, compușii manganului sunt foarte colorați; indiferent dacă există interacțiuni cu specii anorganice sau organice (organomanganeză). Culorile sale depind de numărul sau starea de oxidare, fiind +7 cel mai reprezentativ în agentul oxidant și antimicrobian KMnO4.
În plus față de utilizările de mediu de mai sus ale manganului, nanoparticulele sale și cadrele metalice organice sunt opțiuni pentru dezvoltarea catalizatorilor, a solidelor adsorbante și a materialelor pentru dispozitive electronice..
Indice articol
Începuturile manganului, la fel ca multe alte metale, sunt asociate cu cele ale mineralului său cel mai abundent; în acest caz, piroluzitul, MnODouă, pe care l-au numit magnezie neagră, pentru culoarea ei și pentru că a fost colectată în Magnesia, Grecia. Culoarea sa neagră a fost folosită chiar și în picturile rupestre franceze.
Primul său nume a fost Mangan, dat de Michele Mercati, apoi s-a schimbat în Mangan. MnODouă A fost folosit și pentru decolorarea sticlei și, conform anumitor investigații, a fost găsit în săbiile spartanilor, care până atunci își făceau deja propriile oțeluri..
Manganul a fost admirat pentru culorile compușilor săi, dar abia în 1771 chimistul elvețian Carl Wilhelm și-a propus existența ca element chimic.
Mai târziu, în 1774, Johan Gottlieb Gahn a reușit să reducă MnODouă la mangan metalic folosind cărbune mineral; în prezent redusă cu aluminiu sau transformată în sarea sa sulfatată, MgSO4, care ajunge să fie electrolizat.
În secolul al XIX-lea, manganul și-a dobândit valoarea comercială enormă atunci când s-a demonstrat că îmbunătățește rezistența oțelului fără a-și modifica maleabilitatea, producând feromanganez. La fel, MnODouă s-a găsit utilizarea ca material catodic în bateriile zinc-carbon și alcaline.
Culoare argintiu metalizat.
54.938 u
25
1.246 ºC
2.061 ºC
-La temperatura camerei: 7,21 g / ml.
-La punctul de topire (lichid): 5,95 g / ml
12,91 kJ / mol
221 kJ / mol
26,32 J / (mol K)
1,55 pe scara Pauling
Primul nivel: 717,3 kJ / mol.
Al doilea nivel: 2.150,9 kJ / mol.
Al treilea nivel: 3.348 kJ / mol.
Empiric 127 pm
7,81 W / (m K)
1,44 µΩ · m la 20 ° C
Paramagnetic, este slab atras de un câmp electric.
6,0 pe scara Mohs
Manganul este mai puțin electronegativ decât vecinii săi cei mai apropiați de pe tabelul periodic, făcându-l mai puțin reactiv. Cu toate acestea, poate arde în aer în prezența oxigenului:
3 Mn (s) + 2 ODouă (g) => Mn3SAU4 (s)
De asemenea, poate reacționa cu azotul la o temperatură de aproximativ 1.200 ° C, pentru a forma nitrură de mangan:
3 Mn (s) + NDouă (s) => Mn3NDouă
De asemenea, se combină direct cu bor, carbon, sulf, siliciu și fosfor; dar nu cu hidrogen.
Manganul se dizolvă rapid în acizi, provocând săruri cu ionul de mangan (MnDouă+) și eliberarea hidrogenului gazos. Reacționează în mod egal cu halogenii, dar necesită temperaturi ridicate:
Mn (s) + BrDouă (g) => MnBrDouă (s)
Manganul poate forma legături cu atomii de carbon, Mn-C, permițându-i să genereze o serie de compuși organici numiți organomanganez.
În organomanganeză interacțiunile se datorează fie legăturilor Mn-C sau Mn-X, unde X este un halogen, fie poziționării centrului pozitiv al manganului cu norii electronici ai sistemelor π conjugate ale compușilor aromatici.
Exemple ale celor de mai sus sunt compușii iodură de fenilmanganez, PhMnI și tricarbonil de mangan metilciclopentadienil, (C5H4CH3) -Mn- (CO)3.
Acest ultim organomanganez formează o legătură Mn-C cu CO, dar în același timp interacționează cu norul aromatic al inelului C5H4CH3, formând o structură tip sandwich ca în mijloc:
Are un singur izotop stabil 55Mn cu 100% abundență. Ceilalți izotopi sunt radioactivi: 51Mn, 52Mn, 53Mn, 54Mn, 56Mn și 57Mn.
Structura manganului la temperatura camerei este complexă. Deși este considerat cubic centrat pe corp (bcc), experimental, celula sa unitară s-a dovedit a fi un cub distorsionat.
Această primă fază sau alotrop (în cazul metalului ca element chimic), numită α-Mn, este stabilă până la 725 ° C; Odată ce această temperatură este atinsă, are loc o tranziție la un alt alotrop la fel de „rar”, β-Mn. Apoi, alotropul β predomină până la 1095 ° C, când devine din nou un al treilea alotrop: γ-Mn.
Γ-Mn are două structuri cristaline diferențiate. Unul cubic centrat pe față (fcc), iar celălalt tetragonal centrat pe față (fct) tetragonal centrat pe față) la temperatura camerei. Și, în cele din urmă, la 1134 ° C γ-Mn este transformat în alotropul δ-Mn, care cristalizează într-o structură obișnuită bcc.
Astfel, manganul are până la patru forme alotrope, toate dependente de temperatură; iar în ceea ce privește cei dependenți de presiune, nu există prea multe referințe bibliografice pentru a le consulta.
În aceste structuri, atomii de Mn sunt legați de o legătură metalică guvernată de electronii lor de valență, conform configurației lor electronice:
[Ar] 3d5 4sDouă
Configurația electronică a manganului ne permite să observăm că are șapte electroni de valență; cinci în orbitalul 3d și două în orbitalul 4s. Prin pierderea tuturor acestor electroni în timpul formării compușilor săi, presupunând existența cationului Mn7+, se spune că dobândește un număr de oxidare de +7 sau Mn (VII).
KMnO4 (K+Mn7+SAUDouă-4) este un exemplu de compus cu Mn (VII) și este ușor de recunoscut prin culorile sale violete strălucitoare:
Manganul își poate pierde treptat fiecare dintre electroni. Astfel, numerele lor de oxidare pot fi și +1, +2 (MnDouă+, cel mai stabil dintre toate), +3 (Mn3+), și așa mai departe până la +7, deja menționat.
Cu cât numărul de oxidare este mai pozitiv, cu atât este mai mare tendința lor de a câștiga electroni; adică puterea lor de oxidare va fi mai mare, deoarece vor „fura” electronii de la alte specii pentru a se reduce și a furniza cererea electronică. De aceea KMnO4 este un agent oxidant excelent.
Toți compușii manganului se caracterizează prin a fi colorat, iar motivul se datorează tranzițiilor electronice d-d, diferite pentru fiecare stare de oxidare și mediile lor chimice. Astfel, compușii lui Mn (VII) sunt de obicei de culoare purpurie, în timp ce cei de la Mn (VI) și Mn (V), de exemplu, sunt verzi și, respectiv, albastru..
Compușii Mn (II) arată puțin spălați, spre deosebire de KMnO4. De exemplu, MnSO4 și MnClDouă sunt solide roz roz, aproape albe.
Această diferență se datorează stabilității MnDouă+, ale cărei tranziții electronice necesită mai multă energie și, prin urmare, abia absoarbă radiația luminii vizibile, reflectându-le aproape pe toate.
Manganul constituie 0,1% din scoarța terestră și ocupă locul al doisprezecelea printre elementele prezente în ea. Principalele sale zăcăminte se află în Australia, Africa de Sud, China, Gabon și Brazilia.
Printre principalele minerale de mangan se numără următoarele:
-Piroluzit (MnODouă) cu 63% Mn
-Ramsdelite (MnODouă) cu 62% din Mn
-Manganit (MnDouăSAU3HDouăO) cu 62% Mn
-Criptomelan (KMn8SAU16) cu 45 - 60% Mn
-Hausmanit (MnMnDouăSAU4) cu 72% Mn
-Braunite (3MnDouăSAU3 ·MnSiO3) cu 50 - 60% Mn și (MnCO3) cu 48% din Mn.
Doar mineralele care conțin peste 35% mangan sunt considerate exploatabile din punct de vedere comercial.
Deși este foarte puțin mangan în apa de mare (10 ppm), pe fundul mării există zone lungi acoperite cu noduli de mangan; numite și noduli polimetalici. În acestea există acumulări de mangan și ceva fier, aluminiu și siliciu.
Rezerva de mangan a nodulilor este estimată a fi mult mai mare decât rezerva de metal de pe suprafața pământului..
Nodulii de înaltă calitate conțin 10-20% mangan, cu niște cupru, cobalt și nichel. Cu toate acestea, există îndoieli cu privire la profitabilitatea comercială a exploatării nodulilor..
Manganul este un element esențial în dieta omului, deoarece intervine în dezvoltarea țesutului osos; precum și în formarea sa și în sinteza proteoglicanilor, formatori ai cartilajului.
Pentru toate acestea, este necesară o dietă adecvată cu mangan, selectând alimentele care conțin elementul.
Următoarea este o listă a alimentelor care conțin mangan, cu valorile exprimate în mg de mangan / 100 g alimente:
-Ananas 1,58mg / 100g
-Zmeură și căpșună 0,71 mg / 100g
-Banana proaspătă 0,27 mg / 100g
-Spanac fiert 0,90 mg / 100g
-Cartof dulce 0,45mg / 100g
-Soia 0,5 mg / 100g
-Varză gătită 0,22mg / 100g
-Broccoli fiert 0,22 mg / 100g
-Năut conservat 0,54 m / 100g
-Quinoa gătită 0,61 mg / 100g
-Făină integrală de grâu 4,0 mg / 100g
-Orez brun gătit 0,85 mg / 100g
-Toate cerealele de marcă 7,33 mg / 100g
-Semințe de chia 2,33 mg / 100g
-Migdale prăjite 2,14 mg / 100g
Cu aceste alimente este ușor să îndeplinești cerințele de mangan, care au fost estimate la bărbați la 2,3 mg / zi; în timp ce femeile trebuie să ingereze 1,8 mg / zi de mangan.
Manganul este implicat în metabolismul glucidelor, proteinelor și lipidelor, precum și în formarea oaselor și în mecanismul de apărare împotriva radicalilor liberi.
Manganul este un cofactor pentru activitatea numeroaselor enzime, inclusiv: superoxid reductaza, ligasele, hidrolazele, kinazele și decarboxilazele. Deficitul de mangan a fost legat de scăderea în greutate, greață, vărsături, dermatită, întârzierea creșterii și anomalii ale scheletului..
Manganul este implicat în fotosinteză, în special în funcționarea Photosystem II, legată de disocierea apei pentru a forma oxigen. Interacțiunea dintre Photosystems I și II este necesară pentru sinteza ATP.
Manganul este considerat necesar pentru fixarea azotatului de către plante, o sursă de azot și o componentă nutritivă primară a plantelor.
Singurul mangan este un metal cu proprietăți insuficiente pentru aplicații industriale. Cu toate acestea, atunci când sunt amestecate în proporții mici cu fontă, oțelurile rezultate. Acest aliaj, numit feromanganez, se adaugă și altor oțeluri, fiind o componentă esențială pentru a-l face inoxidabil..
Nu numai că își mărește rezistența la uzură și rezistența, dar îl desulfurează, dezoxigenează și defosforilează, îndepărtând atomii de S, O și P noriți în producția de oțel. Materialul format este atât de puternic încât este folosit pentru crearea de căi ferate, bare de cușcă de închisoare, căști, seifuri, roți etc..
Manganul poate fi, de asemenea, aliat cu cupru, zinc și nichel; adică să producă aliaje neferoase.
Manganul este, de asemenea, utilizat pentru producerea aliajelor de aluminiu, care sunt utilizate în mod normal pentru fabricarea conservelor de sodă sau bere. Aceste aliaje Al-Mn sunt rezistente la coroziune.
Deoarece manganul este benefic pentru plante, ca MnODouă sau MgSO4 găsește utilizare în formularea îngrășămintelor, astfel încât solurile să fie îmbogățite cu acest metal.
Mn (VII), în mod expres ca KMnO4, este un agent oxidant puternic. Acțiunea sa este de așa natură încât ajută la dezinfectarea apelor, cu dispariția culorii sale violete indicând faptul că a neutralizat microbii prezenți.
De asemenea, servește ca titrant în reacțiile redox analitice; de exemplu, la determinarea fierului feros, a sulfitilor și a peroxizilor de hidrogen. Și în plus, este un reactiv pentru a efectua anumite oxidări organice, de cele mai multe ori fiind sinteza acizilor carboxilici; printre acestea, acidul benzoic.
Sticla are în mod natural o culoare verde datorită conținutului său de oxid feric sau silicați feroși. Dacă se adaugă un compus care poate reacționa cumva cu fierul și îl poate izola de material, atunci sticla se va decolora sau își va pierde culoarea verde caracteristică..
Când se adaugă mangan ca MnODouă în acest scop, și nimic altceva, sticla transparentă ajunge să ia nuanțe roz, violet sau albăstrui; motiv pentru care se adaugă întotdeauna alți ioni metalici pentru a contracara acest efect și pentru a menține sticla incoloră, dacă aceasta este dorința.
Pe de altă parte, dacă există un exces de MnODouă, se obține un pahar cu nuanțe maro sau chiar negre.
Săruri de mangan, în special MnODouă, MnDouăSAU3, MnSO4, MnCDouăSAU4 (oxalat) și altele, sunt utilizate pentru uscarea semințelor de in sau a uleiurilor la temperaturi scăzute sau ridicate.
La fel ca alte metale, cristalele sau agregatele sale pot fi la fel de mici ca scări nanometrice; acestea sunt nanoparticule de mangan (NPs-Mn), rezervate pentru alte aplicații decât oțelurile.
NPs-Mn oferă o reactivitate mai mare atunci când se tratează reacții chimice în care poate interveni manganul metalic. Atâta timp cât metoda de sinteză este verde, folosind extracte din plante sau microorganisme, cu atât aplicațiile dvs. potențiale vor fi mai ecologice..
Unele dintre utilizările sale sunt:
-Purifică apele uzate
-Satisfaceti cerintele nutritionale pentru mangan
-Se servește ca agent antimicrobian și antifungic
-Coloranți degradați
-Acestea fac parte din supercondensatoare și din bateriile litiu-ion
-Acestea catalizează epoxidarea olefinelor
-Purificați extractele de ADN
Dintre aceste aplicații, nanoparticulele oxizilor lor (NPs MnO) pot, de asemenea, participa sau chiar înlocui cele metalice..
Ionii de mangan pot interacționa cu o matrice organică pentru a stabili un cadru metalic organic (MOF: Metal Organic Framework). În cadrul porozităților sau interstițiilor acestui tip de solid, cu legături direcționale și structuri bine definite, reacțiile chimice pot fi produse și catalizate eterogen..
De exemplu, pornind de la MnClDouă4HDouăO, acid benzenetricarboxilic și N, N-dimetilformamidă, aceste două molecule organice se coordonează cu MnDouă+ pentru a forma un MOF.
Acest MOF-Mn este capabil să catalizeze oxidarea alcanilor și alchenelor, cum ar fi: ciclohexena, stirenul, ciclooctenul, adamantanul și etilbenzenul, transformându-i în epoxizi, alcooli sau cetone. Oxidările apar în interiorul solidului și al complicatelor sale rețele cristaline (sau amorfe).
Nimeni nu a comentat acest articol încă.