Mangangeschichte, Eigenschaften, Struktur, verwendet

Er Mangan Es ist ein chemisches Element, das aus einem Übergangsmetall besteht, das durch das Mn -Symbol dargestellt wird und deren Atomzahl 25 ist. Sein Name ist heutzutage an Black Magnesia zurückzuführen.

Es ist das zwölf am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste, das sich in einer Vielzahl von Mineralien wie Ionen mit unterschiedlichen Oxidationszuständen befindet. Von allen chemischen Elementen unterscheidet sich die Mangan, indem sie in seinen Verbindungen mit vielen Oxidationszuständen dargestellt werden, von denen +2 und +7 die häufigsten sind.

Metallic Mangan. Quelle: w. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

In seiner reinen und metallischen Form hat es nicht zu viele Anwendungen. Es kann jedoch Stahl als eine der Hauptadditive hinzugefügt werden, um es rostfrei zu machen. Somit ist seine Geschichte eng mit der von Eisen verbunden; Auch wenn ihre Verbindungen in Höhlenmalereien und altem Glas vorhanden waren.

Seine Verbindungen finden Anwendungen innerhalb von Batterien, Analysemethoden, Katalysatoren, organischen Oxidationen, Düngemitteln, Glas- und Keramikfärbung, Trocknern und Nahrungsergänzungsmitteln, um die biologische Nachfrage von Mangan in unserem Körper zu befriedigen.

Ebenso sind Manganverbindungen sehr farbenfroh; Unabhängig davon gibt es Wechselwirkungen mit anorganischen oder organischen Arten (Organomangan). Seine Farben hängen von der Anzahl oder dem Oxidationsstatus ab und sind die repräsentativsten +7 im Oxidationsmittel und im antimikrobiellen Mittel kmno₄.

Zusätzlich zu den vorherigen Verwendungszwecken für Mangan sind seine Nanopartikel und organischen Metallrahmen Möglichkeiten zur Entwicklung von Katalysatoren, Adsorbensfeststücken und elektronischen Geräten, die Materialien.

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Geschichte

Die Anfänge von Mangan, wie z. B. vielen anderen Metallen, sind mit denen ihres am häufigsten vorkommenden Minerals verbunden. In diesem Fall der Pyrolusit, Mno₂, was sie schwarze Magnesia für ihre Farbe nannten und weil sie in Magnesia, Griechenland, gesammelt wurde. Seine schwarze Farbe wurde sogar in französischen Höhlenmalereien verwendet.

Sein Vorname war Mangan, angegeben von Michele Mercati und wechselte dann in Mangan. Der Mno₂ Es wurde auch verwendet, um Glas zu verfärben, und wurde nach bestimmten Untersuchungen in den Schwertern der Spartaner gefunden, die bis dahin bereits ihre eigenen Stähle herstellten.

Die Farben ihrer Verbindungen wurden vom Mangan bewundert, aber erst 1771 schlug der Schweizer Chemiker Carl Wilhelm seine Existenz als chemisches Element vor.

Später, im Jahr 1774, gelang es Johan Gottlieb Gahn, die Mine zu reduzieren₂ an metallische Mangan mit Mineralkohle; Derzeit mit Aluminium reduziert oder in Ihr Sulfatsalz umgewandelt, MGSO₄, das endet elektrolieren.

Im neunzehnten Jahrhundert erwarb die Mangan seinen enormen kommerziellen Wert, indem sie demonstrierten, dass die Stärke des Stahls verbessert wurde, ohne seine Formbarkeit zu verändern, wodurch Ferromanganesos produziert wurde. Auch der MNO₂ Er fand die Verwendung als kathodisches Material in den Zink-Kohlenstoff- und Alkalischbatterien.

Eigenschaften

Aussehen

Metallic Silber Color.

Atomares Gewicht

54.938 u

Atomnummer (z)

25

Schmelzpunkt

1.246 ºC

Siedepunkt

2.061 ºC

Dichte

-Bei Raumtemperatur: 7,21 g/ml.

-Am Schmelzpunkt (Flüssigkeit): 5,95 g/ml

Fusionshitze

12,91 kJ/mol

Verdampfungswärme

221 kJ/mol

Molkalorienkapazität

26.32 j/(mol · k)

Elektronegativität

1,55 auf der Paulingskala

Ionisationsenergien

Erste Stufe: 717,3 kJ/mol.

Zweite Ebene: 2.150, 9 kJ/mol.

Dritte Ebene: 3.348 kJ/mol.

Atomradio

Empirische 127 PM

Wärmeleitfähigkeit

7,81 w/(m · k)

Elektrischer widerstand

1,44 µω · m bei 20 ° C

Magnetische Ordnung

Paramagnetisch, wird von einem elektrischen Feld schwach angezogen.

Härte

6.0 auf der MOHS -Skala

Chemische Reaktionen

Mangan ist weniger elektronegativ als seine nächsten Nachbarn im Periodenzüchter, was es weniger reaktiv macht. Es kann jedoch in Gegenwart von Sauerstoff in der Luft verbrennen:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃ENTWEDER₄ (S)

Sie können auch mit Stickstoff bei einer ungefähren Temperatur von 1 reagieren.200 ºC, um Mangan Nitruro zu bilden:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Es wird auch direkt mit Bor, Kohlenstoff, Schwefel, Silizium und Phosphor kombiniert; aber nicht mit Wasserstoff.

Mangan löst sich schnell in Säuren auf und verursacht Salze mit dem Manganion (MN²⁺) und Wasserstoffgas freigeben. Es reagiert auch mit Halogenen, erfordert jedoch hohe Temperaturen:

Es kann Ihnen dienen: Natriumbromid (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organokompositen

Mangan kann Verbindungen zu Kohlenstoffatomen, Mn-C.

In Organomanganinnen sind Wechselwirkungen auf Mn-C- oder Mn-X-Glieder zurückzuführen, wobei x ein Halogen ist, oder auf die Positionierung des positiven Manganszentrums mit den elektronischen Wolken der π-Konjugatsysteme aromatischer Verbindungen.

Für Beispiele des Vorgängers₅H₄CH₃) -Mn- (co)₃.

Diese letzte organomanganische Verbindung bildet eine MN-C-Verbindung mit CO, aber gleichzeitig interagiert mit der aromatischen Wolke des C-Rings₅H₄CH₃, eine halbe Struktur bilden:

Methylciclopentadienile Mangan Tricarbonil. Quelle: 31Feesh [CC0]

Isotope

Hat nur ein stabiles Isotop ⁵⁵Mn mit 100 % Häufigkeit. Die anderen Isotope sind radioaktiv: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn und ⁵⁷Mn.

Elektronische Struktur und Konfiguration

Die Manganstruktur bei Raumtemperatur ist komplex. Obwohl es als kubisch auf dem Körper (BCC) als kubisch betrachtet wird, hat sich die Einheitszelle experimentell als verzerrter Würfel erwiesen.

Diese erste Phase oder alotrope (im Fall von Metall als chemischem Element), als α-MN bezeichnet, ist bis zu 725 ° C stabil; Erreichte diese Temperatur, ein Übergang tritt zu einem anderen gleichermaßen "seltenen" alotrop, dem β-MN auf. Dann überwiegt das Alotrope β bis zu 1095 ° C, wenn es sich erneut in ein drittes Alotrop verwandelt: das γ-MN.

Der γ-MN hat zwei differenzierbare kristalline Strukturen. Ein Kubikum zentriert sich auf dem Gesicht (FCC) und der andere tetragonale auf dem Gesicht (FCT) zentriert Tetragonales Gesichtszentrum) bei Raumtemperatur. Und schließlich wird bei 1134 ° C das γ-MN in das Δ-MN-Alotrope transformiert, was in einer gewöhnlichen BCC-Struktur kristallisiert.

Somit hat Mangan bis zu vier allotrope Formen, die alle von der Temperatur abhängen; Und in Bezug auf die von dem Druck abhängigen Drucke gibt es nicht zu viel bibliografische Verweise, um sie zu konsultieren.

In diesen Strukturen sind Mn -Atome durch eine metallische Bindung vereint, die von ihren Valenzelektronen gemäß ihrer elektronischen Konfiguration bestimmt wird:

[Ar] 3d⁵ 4s²

Oxidationszustände

Die elektronische Mangankonfiguration ermöglicht es uns zu beobachten, dass sie sieben Valenzelektronen hat. fünf im 3D -Orbital und zwei im 4S -Orbital. Beim Verlust all dieser Elektronen während der Bildung ihrer Verbindungen unter der Annahme der Existenz des Mn -Kationen⁷⁺, Es soll eine Oxidationszahl von +7 oder mn (vii) erwerben.

Der KMNO₄ (K⁺Mn⁷⁺ENTWEDER^2-₄) Es ist ein Beispiel für eine Verbindung mit Mn (VII), und es ist leicht zu erkennen, dass sie für seine hellvoletten Farben:

Zwei KMNO4 -Lösungen. Ein Konzentrat (links) und der andere verdünnt (rechts). Quelle: Pradana Aumars [CC0]

Mangan kann nach und nach jede seiner Elektronen verlieren. Somit können seine Oxidationszahlen auch +1, +2 (Mn "betragen²⁺, der stabilste von allen), +3 (Mn³⁺) und so weiter bis +7, bereits erwähnt.

Je positiver die Oxidationszahlen ist, desto größer ist die Tendenz, Elektronen zu gewinnen. Das heißt, seine Oxidationsleistung wird größer sein, da Elektronen anderen Arten "stehlen", um den elektronischen Nachfrage zu reduzieren und zu liefern. Deshalb der KMNO₄ Es ist ein großartiger Oxidationsmittel.

Farben

Alle Manganverbindungen sind durch farbenfroh gekennzeichnet, und der Grund ist auf elektronische Übergänge D-D, die für jeden Oxidationszustand und ihre chemischen Umgebungen unterschiedlich sind. Somit sind Mn -Verbindungen (vii) normalerweise violett, während die von Mn (vi) und Mn (V) beispielsweise grün bzw. blau sind.

Kaliummanganatgrün -Lösung, K2MNO4. Quelle: Choij [Public Domain]

Mn (ii) Verbindungen sehen ein wenig verblasst aus und kontrastieren den KMNO₄. Zum Beispiel die Mons₄ und Mcl₂ Sie sind solide hellrosa Farben, fast weiß.

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Dieser Unterschied ist auf die Stabilität des Mn zurückzuführen²⁺, deren elektronische Übergänge mehr Energie erfordern und daher kaum die Strahlung von sichtbarem Licht absorbieren, indem er fast alle reflektiert.

Wo ist Magnesium?

Mineralpirolusita, die reichste Manganquelle der Erdekortex. Quelle: Rob Lavinsky, Irocks.com-c-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Mangan macht 0,1 % der Erdkruste aus und nimmt den zwölf Platz unter den darin enthaltenen Elementen ein. Die Hauptablagerungen finden sich in Australien, Südafrika, China, Gabón und Brasilien.

Zu den Hauptmineralien der Mangan gehören Folgendes:

-Pyrolusit (Mno₂) Mit 63% von Mn

-Ramsdelita (Mno₂) Mit 62% von Mn

-Manganita (Mn₂ENTWEDER₃· H₂O) mit 62% von Mn

-Kryptomelaan (KMN₈ENTWEDER₁₆) Mit 45 - 60% Mn

-Hausmanita (Mn · mn₂ENTWEDER₄) Mit 72% von Mn

-Braunita (3Mn₂ENTWEDER_3·Mnsio₃) mit 50 - 60% von Mn und der (MNCO₃) Mit 48% von Mn.

Es gelten nur Mineralien, die mehr als 35% Mangan enthalten.

Obwohl es im Meerwasser nur sehr kleine Mangan (10 ppm) gibt, gibt es auf dem Boden des Meeresbodens lange Gebiete mit Manganknoten; Auch als polymetallische Knötchen bezeichnet. In diesen gibt es Mangancluster und etwas Eisen, Aluminium und Silizium.

Die Manganreserve der Knötchen wird in einer Menge geschätzt, die viel größer ist als die Reserve des Metalls auf der Erdoberfläche.

Hochwertige Knötchen enthalten zwischen 10 und 20% Mangan, mit etwas Kupfer, Kobalt und Nickel. Es gibt jedoch Zweifel an der kommerziellen Rentabilität der Bergbauausbeutung der Knötchen.

Lebensmittel mit Mangan

Mangan ist ein wesentliches Element in der Ernährung des Menschen, da es in die Entwicklung von Knochengewebe interveniert. sowie in ihrer Bildung und Synthese von Proteoglykanen, Knorpelausbilder.

Für all dies ist eine angemessene Manganernährung erforderlich, in der die Lebensmittel ausgewählt werden, die das Element enthalten.

Das Folgende ist eine Liste von Lebensmitteln, die Mangan enthalten, wobei die Werte in Mg von Mangan/100 g Lebensmittel ausgedrückt werden:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Himbeere und Erdbeer 0,71 mg/100 g

-Frische Banane 0,27 mg/100 g

-Gekochter Spinat 0,90 mg/100 g

-0,45 mg/100 g Süßkartoffel

-Soja Porto 0,5 mg/100g

-Gekochte lockige 0,22 mg/100 g

-Brokkoli kochte 0,22 mg/100 g

-Kichererbsen in Konserven 0,54 m/100 g

-Gekochte Quinoa 0,61 mg/100 g

-Integraler Weizenmehl 4,0 mg/100 g

-Gekochtes umfassender Reis 0,85 mg/100 g

-7,33 mg/100g alle Markenmüsli

-Chiasamen 2,33 mg/100 g

-Probierte Mandeln 2,14 mg/100g

Mit diesen Lebensmitteln ist es einfach, die Mangananforderungen zu erfüllen, die bei Männern in 2,3 mg/Tag geschätzt wurden. Während Frauen 1,8 mg/Mangantag einnehmen müssen.

Biologisches Papier

Mangan interveniert in den Metabolismus von Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden sowie in der Knochenbildung und im Abwehrmechanismus gegen freie Radikale.

Mangan ist ein Cofaktor für die Aktivität zahlreicher Enzyme, darunter: Reduktase -Superoxid, Ligen, Hydrolasen, Kinasen und Decarboxylasen. Manganmangel war mit Gewichtsverlust, Übelkeit, Erbrechen, Dermatitis, Wachstumsverzögerung und Skelettanomalien zusammenhängen.

Die Mangan -Eingriffe in die Photosynthese, insbesondere in der Funktionsweise von Photosystem II, bezogen sich auf die Wasserdissoziation zur Bildung von Sauerstoff. Die Interaktion zwischen Photosystemen I und II ist für die ATP -Synthese erforderlich.

Mangan wird als notwendig angesehen, um Nitrat durch Pflanzen, Stickstoffquelle und eine primäre Ernährungskomponente von Pflanzen zu fixieren.

Anwendungen

Stähle

Mangan ist nur ein Metall mit unzureichenden Eigenschaften für industrielle Anwendungen. Wenn jedoch kleine Proportionen mit Gusseisen gemischt werden, resultierende Stähle. Diese Legierung, genannt Ferromanganie.

Es erhöht nicht nur seine Beständigkeit gegen Verschleiß und Festigkeit, sondern auch Desulfura, Desoxygen und Parasphorila, wobei die Atome von S oder in Stahlproduktion nicht besetzt sind. Das gebildete Material ist so stark, dass es für die Schaffung von Eisenbahnen, Käfigstäben in Gefängnissen, Helmen, Safes, Rädern usw. verwendet wird.

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Die Mangan können auch Kupfer, Zink und Nickel legten; das heißt, um nicht -ferroöse Legierungen zu produzieren.

Aluminiumdosen

Mangan wird auch zur Herstellung von Aluminiumlegierungen verwendet, die normalerweise für die Herstellung von Gasdosen oder Bieren zugewiesen werden. Diese Al-MN-Legierungen sind gegen Korrosionsdauer.

Düngemittel

Weil Mangan als MNO für Pflanzen von Vorteil ist₂ oder mgso₄ Finden Sie die Verwendung in der Formulierung von Düngemitteln, damit die Böden in diesem Metall angereichert sind.

Oxidationsmittel

Der Mn (vii), ausdrücklich als kmno₄, Es ist ein starkes Oxidationsmittel. Seine Handlung ist so, dass es hilft, das Wasser zu desinfizieren, da es das Verschwinden seiner violetten Farbe ist, die darauf hinweist, dass es die vorhandenen Mikroben neutralisiert hat.

Es dient auch als Titel in analytischen Redoxreaktionen; Zum Beispiel bei der Bestimmung von Eisen Eisen, Sulfiten und Wasserstoffperoxiden. Darüber hinaus ist es ein Reagenz, bestimmte organische Oxidationen durchzuführen, die meistens Synthese von Carboxylsäuren; Unter ihnen Benzoesäure.

Glas

Glas präsentiert natürlich eine grüne Farbe aufgrund seines Eisenoxidgehalts oder Eisen Silikate. Wenn eine Verbindung hinzugefügt wird, die irgendwie mit Eisen reagieren und aus dem Material isoliert wird, wird das Glas verfärbt oder verlor seine charakteristische grüne Farbe.

Wenn Mangan als MNO hinzugefügt wird₂ Mit diesem Zweck und nichts weiter die transparenten Glasenden laden rosa, violette oder bläuliche Töne auf; Grund, warum andere Metallionen immer hinzugefügt werden, um einem solchen Effekt entgegenzuwirken und farbloses Glas aufrechtzuerhalten, wenn dies der Wunsch ist.

Andererseits, wenn es einen Überschuss von mir gibt₂, Glas wird mit braunen oder sogar schwarzen Nuancen erhalten.

Trockner

Mangansalze, insbesondere Mno₂, Mn₂ENTWEDER₃, MSSO₄, MNC₂ENTWEDER₄ (Oxalat) und andere werden verwendet, um Leinsamen oder niedrige Temperaturen zu trocknen.

Nanopartikel

Wie andere Metalle können ihre Kristalle oder Aggregate so klein sein, bis sie die nanometrischen Skalen erreichen. Dies sind Mangan-Nanopartikel (NPS-MN), die für Anwendungen außerhalb von Stählen reserviert sind.

NPS-MN liefert eine größere Reaktivität, wenn sie mit chemischen Reaktionen umgehen, bei denen metallische Mangan eingreifen können. Während Ihre Synthesemethode grün ist und Pflanzen oder Mikroorganismenextrakte mithilfe von potenziellen Anwendungen mit der Umgebung freundlicher sind.

Einige seiner Verwendungen sind:

-Sie reinigen Abwasser

-Mangan -Ernährungsanforderungen Angebot

-Sie dienen als antimikrobielles und antimykotisches Mittel

-Sie beeinträchtigen Farbstoffe

-Sie sind Teil von Lithium Ion Super C Fornset

-Sie katalysieren die Olefin -Epoxidation

-DNA -Extrakte reinigen

Unter diesen Anwendungen können die Nanopartikel ihrer Oxide (NPS -MNO) auch Metallic teilnehmen oder sogar ersetzen.

Bio -Metallrahmen

Manganionen können mit einer organischen Matrix interagieren, um einen organischen Metallrahmen zu etablieren (MOF: Metall Bio -Rahmen). Innerhalb der Porositäten oder Zwischenräume dieser Art von Feststoff mit Richtungsverbindungen und gut definierten Strukturen können chemische Reaktionen erzeugt und katalysiert werden.

Zum Beispiel ab MNCL ab₂· 4h₂Oder Benzenotricarboxylsäure und N, N-Imimethylformamid, diese beiden organischen Moleküle sind mit der MN koordiniert²⁺ Einen MOF bilden.

Dieser MOF-MN kann die Oxidation von Alkanen und Alkenen wie Cyclohexen, Stretch, Cycloocteno, Adamantano und Ethylbenzol katalysieren und sie in Epoxide, Alkohole oder Ketone verwandeln. Oxidationen treten innerhalb des Feststoffs und seinen komplizierten kristallinen (oder amorphen) Netzwerken auf.

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