Sejarah mangan, sifat, struktur, kegunaan

Dia Mangan Ia adalah elemen kimia yang terdiri daripada logam peralihan, yang diwakili oleh simbol MN, dan nombor atomnya adalah 25. Namanya disebabkan oleh magnesia hitam, sekarang.

Ia adalah dua belas elemen yang paling banyak dari kerak bumi, yang berada dalam pelbagai mineral seperti ion dengan keadaan pengoksidaan yang berbeza. Dari semua elemen kimia, mangan dibezakan dengan menyampaikan dalam sebatiannya dengan banyak keadaan pengoksidaan, di mana +2 dan +7 adalah yang paling biasa.

Mangan logam. Sumber: w. OELEN [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Dalam bentuk murni dan logamnya tidak mempunyai terlalu banyak aplikasi. Walau bagaimanapun, ia boleh ditambah kepada keluli sebagai salah satu bahan tambahan utama untuk menjadikannya tahan karat. Oleh itu, sejarahnya berkait rapat dengan besi; Walaupun sebatian mereka hadir di lukisan gua dan kaca kuno.

Sebatiannya mencari aplikasi dalam bateri, kaedah analisis, pemangkin, pengoksidaan organik, baja, kaca dan pewarna seramik, pengering dan makanan tambahan untuk memenuhi permintaan biologi mangan di badan kita.

Begitu juga, sebatian mangan sangat berwarna -warni; Tidak kira bahawa terdapat interaksi dengan spesies bukan organik atau organik (organomangan). Warnanya bergantung pada bilangan atau status pengoksidaan, yang paling mewakili +7 dalam kmno ejen oksidan dan antimikrob₄.

Sebagai tambahan kepada kegunaan sebelumnya untuk mangan, nanopartikel dan bingkai logam organik adalah pilihan untuk membangunkan pemangkin, pepejal penyerap, dan bahan peranti elektronik.

[TOC]

Sejarah

Permulaan mangan, seperti banyak logam lain, dikaitkan dengan mineral mereka yang paling banyak; Dalam kes ini, pyrolusite, mno₂, yang mereka panggil magnesia hitam, untuk warna mereka dan kerana ia dikumpulkan di Magnesia, Greece. Warna hitamnya digunakan walaupun dalam lukisan gua Perancis.

Nama pertamanya adalah mangan, yang diberikan oleh Michele Mercati, dan kemudian berubah menjadi mangan. Mno₂ Ia juga digunakan untuk menghancurkan kaca dan, menurut siasatan tertentu, ia telah dijumpai di pedang Spartan, yang pada masa itu sudah menghasilkan keluli mereka sendiri.

Warna sebatian mereka dikagumi dari mangan, tetapi tidak sampai 1771 bahawa ahli kimia Switzerland Carl Wilhelm mencadangkan kewujudannya sebagai elemen kimia.

Kemudian, pada tahun 1774, Johan Gottlieb Gahn berjaya mengurangkan lombong₂ kepada mangan logam menggunakan arang batu mineral; Kini dikurangkan dengan aluminium atau diubah ke garam sulfat anda, MGSO₄, yang berakhir dengan elektrik.

Pada abad kesembilan belas, mangan memperoleh nilai komersilnya yang besar dengan menunjukkan bahawa meningkatkan kekuatan keluli tanpa mengubah kebolehtelapannya, menghasilkan ferromanganesos. Juga, MNO₂ Dia dijumpai digunakan sebagai bahan katodik di bateri zink-karbon dan alkali.

Sifat

Penampilan

Warna perak logam.

Berat atom

54,938 u

Nombor atom (z)

25

Takat lebur

1.246 ºC

Takat didih

2.061 ºC

Ketumpatan

-Pada suhu bilik: 7.21 g/ml.

-Di titik lebur (cecair): 5.95 g/ml

Haba Fusion

12.91 kJ/mol

Haba pengewapan

221 kJ/mol

Kapasiti kalori molar

26.32 j/(mol · k)

Elektronegativiti

1.55 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

Tahap Pertama: 717.3 kJ/mol.

Tahap Kedua: 2.150, 9 kJ/mol.

Tahap Ketiga: 3.348 kJ/mol.

Radio atom

Empirikal 127 petang

Kekonduksian terma

7.81 w/(m · k)

Resistiviti elektrik

1.44 μΩ · m pada 20 ° C

Urutan magnet

Paramagnet, lemah tertarik dengan medan elektrik.

Kekerasan

6.0 pada skala Mohs

Tindak balas kimia

Mangan kurang elektronegatif daripada jiran terdekatnya dalam jadual berkala, yang menjadikannya kurang reaktif. Walau bagaimanapun, ia boleh membakar di udara dengan kehadiran oksigen:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃Sama ada₄ (S)

Anda juga boleh bertindak balas dengan nitrogen pada suhu anggaran 1.200 ºC, untuk membentuk mangan nitruro:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Ia juga digabungkan secara langsung dengan boron, karbon, sulfur, silikon dan fosforus; Tetapi tidak dengan hidrogen.

Mangan larut dengan cepat dalam asid, menyebabkan garam dengan ion mangan (MN²⁺) dan melepaskan gas hidrogen. Ia juga bertindak balas dengan halogen, tetapi memerlukan suhu tinggi:

Ia boleh melayani anda: natrium bromida (nabr)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organokomposit

Mangan boleh membentuk pautan ke atom karbon, MN-C, yang membolehkannya menyebabkan satu siri sebatian organik yang dipanggil organomanganese.

Di Organomanganesos, interaksi adalah disebabkan oleh pautan Mn-C atau Mn-X, di mana X adalah halogen, atau kedudukan pusat mangan positif dengan awan elektronik sistem konjugat π dari sebatian aromatik.

Untuk contoh terdedah₅H₄Ch₃) -Mn- (co)₃.

Organomangan yang terakhir ini membentuk pautan MN-C dengan CO, tetapi pada masa yang sama berinteraksi dengan awan aromatik cincin C₅H₄Ch₃, membentuk setengah struktur dan struktur:

Methylciclopentadienile mangan tricarbonil. Sumber: 31feesh [CC0]

Isotop

Hanya mempunyai isotop yang stabil ⁵⁵MN dengan kelimpahan 100 %. Isotop lain adalah radioaktif: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn dan ⁵⁷Mn.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Struktur mangan pada suhu bilik adalah kompleks. Walaupun dianggap padu berpusat pada badan (BCC), secara eksperimen sel unitnya terbukti menjadi kiub yang diputarbelitkan.

Fasa pertama atau alotropik (dalam kes logam sebagai elemen kimia), yang dipanggil α-Mn, stabil sehingga 725 ° C; Mencapai suhu ini, peralihan berlaku kepada alotropik yang sama-sama "jarang", β-mn. Kemudian, Alotrope β mendominasi sehingga 1095 ° C apabila sekali lagi berubah menjadi alotropik ketiga: γ-mn.

Γ-mn mempunyai dua struktur kristal yang berbeza. Sebuah kubik berpusat di muka (FCC), dan tetragonal lain berpusat di muka (FCT) Tetragonal berpusatkan muka) pada suhu bilik. Dan akhirnya, pada 1134 ° C γ-Mn diubah menjadi δ-Mn alotrope, yang mengkristal dalam struktur BCC biasa.

Oleh itu, mangan mempunyai sehingga empat bentuk allotropik, semua bergantung pada suhu; Dan mengenai mereka yang bergantung kepada tekanan, tidak banyak rujukan bibliografi untuk merujuk mereka.

Dalam struktur ini atom Mn disatukan oleh ikatan logam yang ditadbir oleh elektron valensi mereka, mengikut konfigurasi elektronik mereka:

[AR] 3D⁵ 4s²

Keadaan pengoksidaan

Konfigurasi mangan elektronik membolehkan kita melihat bahawa ia mempunyai tujuh elektron valensi; lima dalam orbital 3d, dan dua di orbital 4s. Apabila kehilangan semua elektron ini semasa pembentukan sebatian mereka, dengan mengandaikan kewujudan kation Mn⁷⁺, Dikatakan memperoleh nombor pengoksidaan +7 atau mn (vii).

Kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺Sama ada^2-₄) Ini adalah contoh sebatian dengan Mn (vii), dan mudah untuk mengenalinya untuk warna ungu terangnya:

Dua penyelesaian KMNO4. Satu tumpuan (kiri) dan yang lain dicairkan (kanan). Sumber: Pradana Aumars [CC0]

Mangan secara beransur -ansur dapat kehilangan setiap elektronnya. Oleh itu, nombor pengoksidaannya juga boleh menjadi +1, +2 (Mn²⁺, yang paling stabil semua), +3 (mn³⁺), dan sebagainya sehingga +7, sudah disebutkan.

Semakin positif bilangan pengoksidaan, semakin besar kecenderungannya untuk mendapatkan elektron; Iaitu, kuasa pengoksidaannya akan lebih besar, kerana elektron akan "mencuri" kepada spesies lain untuk mengurangkan dan membekalkan permintaan elektronik. Itulah sebabnya kmno₄ Ia adalah ejen pengoksidaan yang hebat.

Warna

Semua sebatian mangan dicirikan dengan berwarna-warni, dan alasannya disebabkan oleh peralihan elektronik d-d, berbeza untuk setiap keadaan pengoksidaan dan persekitaran kimia mereka. Oleh itu, sebatian Mn (vii) biasanya berwarna ungu, manakala mn (vi) dan mn (v), misalnya, adalah hijau dan biru, masing -masing.

Potassium Manganate Green Solution, K2MNO4. Sumber: Choij [domain awam]

Sebatian mn (ii) kelihatan sedikit pudar, membezakan kmno₄. Contohnya, Mons₄ dan McL₂ Mereka berwarna merah jambu pucat pepejal, hampir putih.

Boleh melayani anda: zink: sejarah, sifat, struktur, risiko, kegunaan

Perbezaan ini disebabkan oleh kestabilan MN²⁺, Peralihan elektroniknya memerlukan lebih banyak tenaga dan, oleh itu, hampir tidak menyerap radiasi cahaya yang dapat dilihat dengan mencerminkan hampir semua.

Di mana magnesium?

Pirolusita Mineral, sumber mangan terkaya korteks bumi. Sumber: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Mangan membentuk 0.1 % kerak bumi dan menduduki dua belas tempat di antara unsur -unsur yang ada di dalamnya. Deposit utamanya ditemui di Australia, Afrika Selatan, China, Gabón dan Brazil.

Antara mineral mangan utama adalah seperti berikut:

-Pyrolusite (mno₂) Dengan 63% mn

-Ramsdelita (mno₂) Dengan 62% mn

-MANGANITA (MN₂Sama ada₃· H₂O) dengan 62% mn

-Cryptomelaan (kmn₈Sama ada₁₆) Dengan 45 - 60% mn

-Hausmanita (mn · mn₂Sama ada₄) Dengan 72% mn

-Braunita (3mn₂Sama ada_{3 ·}Mnsio₃) dengan 50 - 60% mn dan (MNCO₃) Dengan 48% mn.

Hanya mineral yang mengandungi lebih daripada 35% mangan dianggap tidak dapat dieksploitasi secara komersial.

Walaupun terdapat sedikit mangan (10 ppm) di dalam air laut, di lantai dasar laut terdapat kawasan panjang yang ditutup dengan nodul mangan; Juga dipanggil nodul polimetal. Di dalamnya terdapat kelompok mangan dan beberapa besi, aluminium dan silikon.

Rizab mangan nodul dianggarkan dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada rizab logam di permukaan bumi.

Nodul gred tinggi mengandungi antara 10 dan 20% mangan, dengan beberapa tembaga, kobalt dan nikel. Walau bagaimanapun, terdapat keraguan mengenai keuntungan komersil eksploitasi perlombongan nodul.

Makanan dengan mangan

Mangan adalah elemen penting dalam diet manusia, kerana ia campur tangan dalam perkembangan tisu tulang; Serta dalam pembentukan dan sintesis proteoglikan, jurulatih tulang rawan.

Untuk semua ini, diet mangan yang mencukupi diperlukan, memilih makanan yang mengandungi elemen.

Berikut adalah senarai makanan yang mengandungi mangan, dengan nilai -nilai yang dinyatakan dalam mg mangan/100 g makanan:

-Ananá 1.58 mg/100g

-Raspberry dan strawberi 0.71 mg/100g

-Pisang segar 0.27 mg/100g

-Bayam dimasak 0.90 mg/100g

-0.45 mg/100g ubi jalar

-Soja Porto 0.5 mg/100g

-Memasak kerinting 0.22 mg/100g

-Brokoli dimasak 0.22 mg/100g

-Chickpea kalengan 0.54 m/100g

-Dimasak quinoa 0.61 mg/100g

-Tepung gandum integral 4.0 mg/100g

-Nasi komprehensif dimasak 0.85 mg/100g

-7.33 mg/100g Semua bijirin jenama

-Biji chia 2.33 mg/100g

-Badam terasa 2.14 mg/100g

Dengan makanan ini, mudah untuk memenuhi keperluan mangan, yang telah dianggarkan pada lelaki dalam 2.3 mg/hari; Walaupun wanita perlu menelan 1.8 mg/hari mangan.

Kertas Biologi

Mangan campur tangan dalam metabolisme karbohidrat, protein dan lipid, serta dalam pembentukan tulang dan dalam mekanisme pertahanan terhadap radikal bebas.

Mangan adalah cofactor untuk aktiviti enzim yang banyak, termasuk: reduktase superoxide, liga, hidrolase, kinase dan decarboxylases. Kekurangan mangan telah dikaitkan dengan penurunan berat badan, loya, muntah, dermatitis, kelewatan pertumbuhan dan keabnormalan rangka.

Mangan campur tangan dalam fotosintesis, khususnya dalam fungsi Photosystem II, yang berkaitan dengan pemisahan air untuk membentuk oksigen. Interaksi antara Photosystems I dan II diperlukan untuk sintesis ATP.

Mangan dianggap perlu untuk menetapkan nitrat oleh tumbuh -tumbuhan, sumber nitrogen dan komponen pemakanan utama tumbuhan.

Aplikasi

Keluli

Mangan hanya logam yang tidak mencukupi untuk aplikasi perindustrian. Walau bagaimanapun, apabila dicampur dalam perkadaran kecil dengan besi tuang, keluli yang mengakibatkan. Aloi ini, yang dipanggil Ferromanganese, juga ditambah kepada keluli lain, menjadi komponen penting untuk menjadikannya tahan karat.

Bukan sahaja ia meningkatkan rintangannya untuk memakai dan kekuatan, tetapi juga desulfura, deoxygen dan parasphorila, mengeluarkan atom s, atau dan tidak disengajakan dalam pengeluaran keluli. Bahan yang terbentuk sangat kuat sehingga ia digunakan untuk penciptaan kereta api, bar sangkar di penjara, topi keledar, peti besi, roda, dll.

Boleh melayani anda: radio: struktur, sifat, kegunaan, mendapatkan

Mangan juga boleh aloi tembaga, zink dan nikel; iaitu, untuk menghasilkan aloi yang tidak ferum.

Tin aluminium

Mangan juga digunakan untuk pengeluaran aloi aluminium, yang biasanya diperuntukkan untuk pembuatan tin gas atau bir. Aloi Al-Mn ini tahan terhadap kakisan.

Baja

Kerana mangan bermanfaat untuk tumbuh -tumbuhan, sebagai mno₂ atau mgso₄ Cari penggunaan dalam perumusan baja, supaya tanah diperkaya dalam logam ini.

Ejen pengoksidaan

Mn (vii), secara nyata sebagai kmno₄, Ia adalah ejen pengoksidaan yang kuat. Tindakannya sedemikian rupa sehingga membantu membasmi air, sebagai kehilangan warna violet yang menunjukkan bahawa ia meneutralkan mikrob yang hadir.

Ia juga berfungsi sebagai tajuk dalam reaksi redoks analitik; Sebagai contoh, dalam penentuan besi ferus, sulfit dan hidrogen peroksida. Dan di samping itu, ia adalah reagen untuk menjalankan pengoksidaan organik tertentu, kebanyakan sintesis masa asid karboksilik; Antara mereka, asid benzoik.

Kaca

Kaca secara semula jadi membentangkan warna hijau kerana kandungan oksida ferriknya atau silikat ferus. Sekiranya sebatian ditambah yang boleh bertindak balas dengan besi dan mengasingkannya dari bahan, maka kaca akan berubah warna atau kehilangan warna hijau ciri.

Semasa mangan ditambah sebagai mno₂ Dengan tujuan ini, dan tidak ada lagi, kaca telus berakhir mengecas nada merah jambu, ungu atau kebiruan; Sebab mengapa ion logam lain selalu ditambah untuk mengatasi kesan tersebut dan mengekalkan kaca tanpa warna, jika itu keinginan.

Sebaliknya, jika terdapat lebihan saya₂, Kaca diperolehi dengan nuansa coklat atau hitam.

Pengering

Garam mangan, terutamanya mno₂, Mn₂Sama ada₃, Msso₄, Mnc₂Sama ada₄ (oxalate), dan lain -lain, digunakan untuk mengeringkan biji biji rami atau suhu rendah.

Nanopartikel

Seperti logam lain, kristal atau agregat mereka boleh menjadi sangat kecil sehingga mencapai skala nanometrik; Ini, nanopartikel mangan (NPS-MN), dikhaskan untuk aplikasi di luar keluli.

NPS-MN memberikan kereaktifan yang lebih besar apabila mereka menangani tindak balas kimia di mana mangan logam dapat campur tangan. Walaupun kaedah sintesis anda hijau, menggunakan tumbuhan atau ekstrak mikroorganisma, lebih mesra akan menjadi aplikasi berpotensi anda dengan persekitaran.

Beberapa kegunaannya adalah:

-Mereka membersihkan air kumbahan

-Bekalan permintaan pemakanan mangan

-Mereka berfungsi sebagai ejen antimikrob dan antikulat

-Mereka merendahkan pewarna

-Mereka adalah sebahagian daripada lithium ion super c fornset

-Mereka memangkin epoksidasi olefin

-Ekstrak DNA membersihkan

Antara aplikasi tersebut nanopartikel oksida mereka (NPS MNO) juga boleh mengambil bahagian atau bahkan menggantikan logam.

Bingkai logam organik

Ion mangan boleh berinteraksi dengan matriks organik untuk menubuhkan bingkai logam organik (MOF: Rangka Kerja Organik Logam). Di dalam porositi atau interstices jenis pepejal ini, dengan pautan arah dan struktur yang ditentukan dengan baik, tindak balas kimia dapat dihasilkan dan dikatalisis.

Contohnya, bermula dari MNCL₂· 4h₂Atau, asid benzenotrikarboksilat dan N, N-imimethylformamide, kedua-dua molekul organik ini diselaraskan dengan MN²⁺ Untuk membentuk MOF.

MOF-MN ini dapat memangkin pengoksidaan alkana dan alkenes, seperti: cyclohexen, regangan, cyclooocteno, adamantano dan etilbenzena, mengubahnya menjadi epoksida, alkohol atau keton. Pengoksidaan berlaku di dalam rangkaian pepejal dan rumit kristal (atau amorf).

Rujukan

1. M. Weld & Lain -lain. (1920). Mangan: Penggunaan, penyediaan, kos perlombongan dan pengeluaran ferro-aloi. Pulih dari: digicoll.Manoa.Hawaii.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangan. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). Struktur kristal α-Mangan. Diperolehi daripada: Royalsocietypublishing.org
4. Fullilove f. (2019). Mangan: Fakta, Kegunaan & Faedah. Kajian. Pulih dari: belajar.com
5. Persatuan Kimia Diraja. (2019). Jadual Tempoh: Mangan. Pulih dari: RSC.org
6. Vahid h. & Nasser g. (2018). Sintesis Hijau Nanopartikel Mangan: Aplikasi dan Perspektif Masa Depan-Kajian. Jurnal Fotokimia dan Photobiology B: Biologi Jilid 189, Halaman 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangan. Pulih dari: chemguide.co.UK
8. Farzaneh & l. Hamidipour. (2016). Rangka Kerja Organik Mn-Metal sebagai Pemangkin Heterogen untuk Pengoksidaan Alkanes dan Alkenes. Jurnal Sains, Republik Islam Iran 27 (1): 31 - 37. Universiti Tehran, ISSN 1016-1104.
9. Pusat Kebangsaan Maklumat Bioteknologi. (2019). Mangan. Pangkalan data PUBCHEM. CID = 23930. Pulih dari: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov