Det mangan er et kemisk element, der består af et overgangsmetal, repræsenteret ved symbolet Mn, og hvis atomnummer er 25. Dets navn skyldes sort magnesia, i dag mineral pyrolusit, som blev undersøgt i Magnesia, en region i Grækenland.
Det er det tolvte mest forekommende element i jordskorpen, der findes i en række mineraler som ioner med forskellige oxidationstilstande. Blandt alle de kemiske grundstoffer skelnes mangan ved at være til stede i dets forbindelser med mange oxidationstilstande, hvoraf +2 og +7 er de mest almindelige..
I sin rene og metalliske form har den ikke mange anvendelser. Det kan dog tilsættes stål som et af de vigtigste tilsætningsstoffer til at gøre det rustfrit. Således er dens historie tæt knyttet til jernens; selvom dets forbindelser har været til stede i hulemalerier og gammelt glas.
Dens forbindelser finder anvendelser inden for batterier, analysemetoder, katalysatorer, organiske oxidationer, gødning, farvning af glas og keramik, tørretumbler og ernæringstilskud for at imødekomme den biologiske efterspørgsel efter mangan i vores kroppe..
Også manganforbindelser er meget farverige; uanset om der er interaktioner med uorganiske eller organiske arter (organomangan). Dens farver afhænger af antallet eller oxidationstilstanden, idet de er de 7 mest repræsentative i det oxiderende og antimikrobielle middel KMnO4.
Ud over de ovennævnte miljømæssige anvendelser af mangan er dets nanopartikler og organiske metalrammer muligheder for at udvikle katalysatorer, adsorberende faste stoffer og materialer til elektronisk udstyr..
Artikelindeks
Begyndelsen af mangan, ligesom for mange andre metaller, er forbundet med dets mest almindelige mineral; i dette tilfælde pyrolusit, MnOto, som de kaldte sort magnesia på grund af sin farve og fordi det blev samlet i Magnesia, Grækenland. Dens sorte farve blev endda brugt i franske hulemalerier.
Dets fornavn var mangan, givet af Michele Mercati, og derefter skiftede det til mangan. MnOto Det blev også brugt til at misfarve glas, og ifølge visse undersøgelser er det fundet i spartanernes sværd, som på det tidspunkt allerede lavede deres eget stål.
Mangan blev beundret for farverne på dets forbindelser, men det var først i 1771, at den schweiziske kemiker Carl Wilhelm foreslog sin eksistens som et kemisk element.
Senere, i 1774, lykkedes det Johan Gottlieb Gahn at reducere MnOto til metallisk mangan ved anvendelse af mineralsk kul; i øjeblikket reduceret med aluminium eller omdannet til dets sulfatsalt, MgSO4, som ender med at blive elektrolyseret.
I det 19. århundrede erhvervede mangan sin enorme kommercielle værdi, da det blev vist, at det forbedrede stålets styrke uden at ændre dets bøjelighed og producerede ferromangan. Ligeledes MnOto fundet anvendelse som et katodemateriale i zink-carbon og alkaliske batterier.
Metallisk sølvfarve.
54.938 u
25
1.246 ºC
2.061 ºC
-Ved stuetemperatur: 7,21 g / ml.
-Ved smeltepunkt (væske): 5,95 g / ml
12,91 kJ / mol
221 kJ / mol
26,32 J / (mol K)
1,55 på Pauling-skalaen
Første niveau: 717,3 kJ / mol.
Andet niveau: 2.150,9 kJ / mol.
Tredje niveau: 3.348 kJ / mol.
Empirisk kl
7,81 W / (m K)
1,44 µΩ · m ved 20 ºC
Paramagnetisk, det er svagt tiltrukket af et elektrisk felt.
6.0 på Mohs-skalaen
Mangan er mindre elektronegativ end de nærmeste naboer på det periodiske system, hvilket gør det mindre reaktivt. Det kan dog brænde i luft i nærvær af ilt:
3 Mn (s) + 2 Oto (g) => Mn3ELLER4 (s)
Det kan også reagere med nitrogen ved en temperatur på ca. 1.200 ° C for at danne mangannitrid:
3 Mn (s) + Nto (s) => Mn3Nto
Det kombineres også direkte med bor, kulstof, svovl, silicium og fosfor; men ikke med brint.
Mangan opløses hurtigt i syrer og forårsager salte med manganionen (Mnto+) og frigivelse af brintgas. Det reagerer ligeligt med halogener, men kræver høje temperaturer:
Mn (s) + Brto (g) => MnBrto (s)
Mangan kan danne bindinger med kulstofatomer, Mn-C, så det kan stamme fra en række organiske forbindelser kaldet organomangan.
I organomangan skyldes interaktionerne enten Mn-C- eller Mn-X-bindingerne, hvor X er et halogen, eller placeringen af det positive centrum af mangan med de elektroniske skyer i de konjugerede π-systemer af aromatiske forbindelser..
Eksempler på de foregående er forbindelserne phenylmanganiodid, PhMnI og methylcyclopentadienylmangan-tricarbonyl,5H4CH3) -Mn- (CO)3.
Denne sidste organomangan danner en Mn-C binding med CO, men interagerer samtidig med den aromatiske sky af C-ringen5H4CH3, danner en sandwich-lignende struktur i midten:
Har en enkelt stabil isotop 55Mn med 100% overflod. De andre isotoper er radioaktive: 51Mn, 52Mn, 53Mn, 54Mn, 56Mn og 57Mn.
Strukturen af mangan ved stuetemperatur er kompleks. Selvom det betragtes som kropscentreret kubisk (bcc), har dets enhedscelle eksperimentelt vist sig at være en forvrænget terning.
Denne første fase eller allotrope (i tilfælde af metal som et kemisk element), kaldet α-Mn, er stabil op til 725 ° C; Når først denne temperatur er nået, sker der en overgang til en anden lige så "sjælden" allotrop, β-Mn. Derefter dominerer β allotropen indtil 1095 ° C, når den igen bliver en tredje allotrop: γ-Mn.
Γ-Mn har to differentierbare krystalstrukturer. En ansigt-centreret kubisk (fcc), og den anden ansigt-centreret tetragonal (fct) ansigtscentreret tetragonal) ved stuetemperatur. Og til sidst transformeres γ-Mn til 1134 ° C til allotropen δ-Mn, som krystalliserer i en almindelig bcc-struktur.
Således har mangan op til fire allotrope former, alle afhængige af temperaturen; og med hensyn til dem, der er afhængige af pres, er der ikke for mange bibliografiske referencer til at konsultere dem.
I disse strukturer er Mn-atomerne forbundet med en metalbinding styret af deres valenselektroner i henhold til deres elektroniske konfiguration:
[Ar] 3d5 4sto
Den elektroniske konfiguration af mangan giver os mulighed for at observere, at den har syv valenselektroner; fem i 3d orbital og to i 4s orbital. Ved at miste alle disse elektroner under dannelsen af dets forbindelser antages eksistensen af kationen Mn7+, det siges at erhverve et oxidationsnummer på +7 eller Mn (VII).
KMnO4 (K+Mn7+ELLERto-4) er et eksempel på en forbindelse med Mn (VII), og det er let at genkende ved dens lyse lilla farver:
Mangan kan gradvist miste hver af sine elektroner. Således kan deres oxidationstal også være +1, +2 (Mnto+, den mest stabile af alle), +3 (Mn3+) og så videre indtil +7, allerede nævnt.
Jo mere positive oxidationstal, jo større er deres tendens til at få elektroner; det vil sige, deres oxiderende kraft vil være større, da de vil "stjæle" elektronerne fra andre arter for at reducere sig selv og levere det elektroniske behov. Derfor er KMnO4 det er et godt oxidationsmiddel.
Alle manganforbindelser er kendetegnet ved at være farverige, og årsagen skyldes de elektroniske d-d-overgange, der er forskellige for hver oxidationstilstand og deres kemiske miljøer. Således er forbindelserne af Mn (VII) sædvanligvis lilla i farve, medens de af Mn (VI) og Mn (V) for eksempel er henholdsvis grønne og blå..
Mn (II) forbindelser ser lidt udvaskede i modsætning til KMnO4. For eksempel MnSO4 og MnClto er lyserøde, næsten hvide faste stoffer.
Denne forskel skyldes Mn's stabilitetto+, hvis elektroniske overgange kræver mere energi og derfor næsten ikke absorberer synligt lys stråling, hvilket afspejler næsten alle dem.
Mangan udgør 0,1% af jordskorpen og indtager den tolvte plads blandt de elementer, der er til stede i den. Dets vigtigste indskud er i Australien, Sydafrika, Kina, Gabon og Brasilien.
Blandt de vigtigste manganmineraler er følgende:
-Pyrolusit (MnOto) med 63% Mn
-Ramsdelite (MnOto) med 62% af Mn
-Manganit (MntoELLER3HtoO) med 62% Mn
-Cryptomelane (KMn8ELLER16) med 45 - 60% Mn
-Hausmanite (MnMntoELLER4) med 72% Mn
-Braunite (3MntoELLER3 ·MnSiO3) med 50 - 60% Mn og (MnCO3) med 48% af Mn.
Kun mineraler, der indeholder mere end 35% mangan, betragtes som kommercielt udnyttelige.
Selvom der er meget lidt mangan i havvand (10 ppm), er der på havbunden lange områder dækket af manganknuder; også kaldet polymetalliske knuder. I disse er der ophobninger af mangan og noget jern, aluminium og silicium.
Knudernes manganreserve anslås at være meget større end metalreserven på jordens overflade..
Højkvalitets knuder indeholder 10-20% mangan med noget kobber, cobalt og nikkel. Der er dog tvivl om den kommercielle rentabilitet ved minedrift af knuderne..
Mangan er et essentielt element i menneskets diæt, da det griber ind i udviklingen af knoglevæv; såvel som i dets dannelse og i syntesen af proteoglycaner, bruskdannere.
Til alt dette er det nødvendigt med en tilstrækkelig mangandie, der vælger de fødevarer, der indeholder elementet.
Følgende er en liste over fødevarer, der indeholder mangan, med værdier udtrykt i mg mangan / 100 g af fødevaren:
-Ananas 1,58 mg / 100 g
-Hindbær og jordbær 0,71 mg / 100 g
-Frisk banan 0,27 mg / 100 g
-Kogt spinat 0,90 mg / 100 g
-Sød kartoffel 0,45 mg / 100 g
-Sojabønner 0,5 mg / 100 g
-Kogt kale 0,22 mg / 100 g
-Kogt broccoli 0,22 mg / 100 g
-Kikærter på dåse 0,54 m / 100 g
-Kogt quinoa 0,61 mg / 100 g
-Hele hvedemel 4,0 mg / 100 g
-Kogt brun ris 0,85 mg / 100 g
-Alle korn af mærke 7,33 mg / 100 g
-Chia frø 2,33 mg / 100 g
-Ristede mandler 2,14 mg / 100 g
Med disse fødevarer er det let at opfylde mangankravene, som er blevet estimeret hos mænd til 2,3 mg / dag; mens kvinder har brug for at indtage 1,8 mg / dag mangan.
Mangan er involveret i metabolismen af kulhydrater, proteiner og lipider såvel som i knogledannelse og i forsvarsmekanismen mod frie radikaler.
Mangan er en cofaktor for aktiviteten af adskillige enzymer, herunder: superoxidreduktase, ligaser, hydrolaser, kinaser og decarboxylaser. Manganmangel har været forbundet med vægttab, kvalme, opkastning, dermatitis, væksthæmning og abnormiteter i skelet..
Mangan er involveret i fotosyntese, specifikt i driften af Photosystem II, relateret til dissociation af vand til dannelse af ilt. Interaktionen mellem fotosystemerne I og II er nødvendig for syntesen af ATP.
Mangan anses for nødvendigt til fiksering af nitrat fra planter, en kilde til kvælstof og en primær ernæringsbestanddel af planter.
Mangan alene er et metal med utilstrækkelige egenskaber til industrielle anvendelser. Men når det blandes i små proportioner med støbejern, resulterer de resulterende stål. Denne legering, kaldet ferromangan, føjes også til andre stål, hvilket er en vigtig komponent for at gøre det rustfrit..
Ikke alene øger det dets slidstyrke og styrke, men desulfuriserer det, deoxygenerer og dephosphorylerer det, hvilket fjerner uønskede S-, O- og P-atomer i stålproduktionen. Det dannede materiale er så stærkt, at det bruges til oprettelse af jernbanespor, fængselsburstænger, hjelme, pengeskabe, hjul osv..
Mangan kan også legeres med kobber, zink og nikkel; dvs. at producere ikke-jernholdige legeringer.
Mangan bruges også til fremstilling af aluminiumlegeringer, der normalt bruges til fremstilling af sodavand eller øldåser. Disse Al-Mn-legeringer er modstandsdygtige over for korrosion.
Fordi mangan er gavnligt for planter, som MnOto eller MgSO4 finder anvendelse i formuleringen af gødning på en sådan måde, at jorden beriges med dette metal.
Mn (VII), udtrykkeligt som KMnO4, det er et stærkt oxidationsmiddel. Dens handling er sådan, at det hjælper med at desinficere vandet, idet dens violette farve forsvinder, hvilket indikerer, at det neutraliserede tilstedeværende mikrober.
Det tjener også som en titrant i analytiske redoxreaktioner; for eksempel til bestemmelse af jernholdigt jern, sulfitter og hydrogenperoxider. Og derudover er det et reagens til at udføre visse organiske oxidationer, oftest syntese af carboxylsyrer; blandt dem benzoesyre.
Glas har naturligt en grøn farve på grund af dets indhold af jernoxid eller jernholdige silicater. Hvis der tilsættes en forbindelse, der på en eller anden måde kan reagere med jern og isolere den fra materialet, misfarves glasset eller mister sin karakteristiske grønne farve..
Når mangan tilsættes som MnOto med dette formål, og intet andet, ender det gennemsigtige glas med lyserøde, violette eller blålige nuancer; grunden til, at andre metalioner altid tilsættes for at modvirke denne effekt og holde glasset farveløst, hvis det er ønsket.
På den anden side, hvis der er et overskud af MnOto, et glas med brune eller endda sorte nuancer opnås.
Mangansalte, især MnOto, MntoELLER3, MnSO4, MnCtoELLER4 (oxalat) og andre bruges til at tørre hørfrø eller olier ved lave eller høje temperaturer.
Ligesom andre metaller kan dets krystaller eller aggregater være så små som nanometriske skalaer; disse er mangan-nanopartikler (NPs-Mn), der er forbeholdt andre anvendelser end stål.
NPs-Mn giver større reaktivitet, når man beskæftiger sig med kemiske reaktioner, hvor metallisk mangan kan gribe ind. Så længe din syntesemetode er grøn, ved hjælp af planteekstrakter eller mikroorganismer, jo mere miljøvenlige bliver dine potentielle applikationer..
Nogle af dens anvendelser er:
-De renser spildevand
-Mød ernæringsmæssige krav til mangan
-Serveres som et antimikrobielt middel og svampedræbende middel
-Nedbryder farvestoffer
-De er en del af superkondensatorer og lithium-ion-batterier
-De katalyserer epoxideringen af olefiner
-Rens DNA-ekstrakter
Blandt disse applikationer kan nanopartiklerne i deres oxider (NPs MnO) også deltage eller endda erstatte de metalliske..
Manganioner kan interagere med en organisk matrix for at etablere en organisk metalramme (MOF: Metal Organic Framework). Inden for porøsiteterne eller mellemrummene for denne type fast stof med retningsbindinger og veldefinerede strukturer kan kemiske reaktioner produceres og katalyseres heterogent..
For eksempel startende fra MnClto4HtoO, benzenetricarboxylsyre og N, N-dimethylformamid, disse to organiske molekyler koordinerer med Mnto+ at danne en MOF.
Denne MOF-Mn er i stand til at katalysere oxidationen af alkaner og alkener, såsom: cyclohexen, styren, cycloocten, adamantan og ethylbenzen og omdanne dem til epoxider, alkoholer eller ketoner. Oxidationer forekommer inden i det faste stof og dets indviklede krystallinske (eller amorfe) gitter.
Endnu ingen kommentarer