Zgodovina mangana, lastnosti, strukture, uporabe

On mangan To je kemični element, ki je sestavljen iz prehodne kovine, ki ga predstavlja simbol MN, in katerih atomsko število je 25. Njegovo ime je posledica črne magnezije, danes.

To je dvanajst najpomembnejši element Zemljine skorje, ki je v različnih mineralih, kot so ioni z različnimi oksidacijskimi stanji. Od vseh kemičnih elementov se mangan loči s predstavitvijo v svojih spojinah s številnimi oksidacijskimi stanji, od tega sta +2 in +7 najpogostejša.

Kovinski mangan. Vir: w. Oelen [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

V svoji čisti in kovinski obliki nima preveč aplikacij. Vendar ga lahko dodate jeklo kot enega glavnih dodatkov, da ga naredi nerjaveče. Tako je njena zgodovina tesno povezana z železom; tudi ko so bile njihove spojine prisotne v jamskih slikah in starodavnem steklu.

Njegove spojine najdejo aplikacije v baterijah, analitičnih metodah, katalizatorjih, organskih oksidacijah, gnojilih, steklu in keramiki, sušilnikih in prehranskih dodatkih, da bi zadostili biološkemu povpraševanju mangana v naših telesih.

Prav tako so manganske spojine zelo barvite; Ne glede na to, da obstajajo interakcije z anorganskimi ali organskimi vrstami (organomanganese). Njegove barve so odvisne od števila ali stanja oksidacije, ki so najbolj reprezentativni +7 v oksidantu in protimikrobnem zdravilu KMNO₄.

Poleg prejšnje uporabe mangana so njegovi nanodelci in organski kovinski okviri možnosti za razvoj katalizatorjev, adsorbentnih trdnih snovi in ​​materialov elektronskih naprav.

[TOC]

Zgodovina

Začetki mangana, kot so številne druge kovine, so povezani z začetkom njihovega najpogostejšega minerala; V tem primeru, piroluzit, mno₂, ki so jo poimenovali Black Magnesia, za svojo barvo in ker je bila zbrana v Magneziji v Grčiji. Njegova črna barva je bila uporabljena tudi v francoskih jamskih slikah.

Njegovo ime je bilo Mangan, dal Michele Mercati, nato pa se je spremenil v Mangan. Mno₂ Uporabljali so ga tudi za razbarvanje stekla in po nekaterih preiskavah so ga našli v Spartanovih mečih, ki so do takrat že izdelali svoja jekla.

Barve njihovih spojin so občudovale iz mangana, vendar je švicarski kemik Carl Wilhelm šele leta 1771 predlagal svoj obstoj kot kemični element.

Kasneje, leta 1774, je Johan Gottlieb Gahn uspel zmanjšati rudnik₂ do kovinskega mangana z uporabo mineralnega premoga; trenutno zmanjšano z aluminijem ali preoblikovano v svojo sulfatno sol, MGSO₄, ki se konča z električnim oblikovanjem.

V devetnajstem stoletju je mangan pridobil svojo ogromno komercialno vrednost, tako da je dokazal, da je izboljšal moč jekla. Tudi MNO₂ Uporabo je našel kot katodni material v baterijah z cinkovim ogljikom in alkalnimi.

Lastnosti

Videz

Kovinska srebrna barva.

Atomska teža

54.938 u

Atomsko število (z)

25

Tališče

1.246 ° C

Vrelišče

2.061 ° C

Gostota

-Pri sobni temperaturi: 7,21 g/ml.

-Na tališču (tekočina): 5,95 g/ml

Fuzijska toplota

12,91 kJ/mol

Toplota za uparjanje

221 kJ/mol

Molarna kalorična sposobnost

26,32 j/(mol · k)

Elektronegativnost

1,55 na lestvici Pauling

Ionizacijske energije

Prva raven: 717,3 kJ/mol.

Druga stopnja: 2.150, 9 kJ/mol.

Tretja stopnja: 3.348 kJ/mol.

Atomski radio

Empirični 127 popoldne

Toplotna prevodnost

7,81 w/(m · k)

Električna upornost

1,44 µω · m pri 20 ° C

Magnetni vrstni red

Paramagnet, slabo privlači električno polje.

Trdota

6.0 na lestvici MOHS

Kemične reakcije

Mangan je manj elektronegativen kot najbližji sosedje v periodični tabeli, zaradi česar je manj reaktiven. Vendar lahko gori v zraku v prisotnosti kisika:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃Tudi₄ (S)

Z dušikom lahko reagirate tudi pri približni temperaturi 1.200 ° C, da tvori manganov nitruro:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Prav tako je neposredno v kombinaciji z boronom, ogljikom, žveplom, silicijem in fosforjem; Ampak ne z vodikom.

Mangan se hitro raztopi v kislinah, kar povzroča soli z manganovim ionom (MN²⁺) in sproščanje vodikovega plina. Reagira tudi s halogeni, zahteva pa visoke temperature:

Lahko vam služi: natrijev bromid (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organokompoziti

Mangan lahko tvori povezave do ogljikovih atomov, MN-C, kar mu omogoča, da povzroči vrsto organskih spojin, imenovanih organomanganese.

V organomanganesah so interakcije posledica Mn-C ali Mn-X povezav, kjer je x halogen ali zaradi pozicioniranja pozitivnega manganovega središča z elektronskimi oblaki π konjugatnih sistemov aromatičnih spojin.

Za primere prednosti₅H₄Pogl₃) -Mn- (co)₃.

Ta zadnji organomanganese tvori povezavo MN-C s CO, hkrati pa sodeluje z aromatičnim oblakom C obroča₅H₄Pogl₃, Oblikovanje polovične strukture:

Metilciklopentadienilni manganov trikarbonil. Vir: 31Feesh [CC0]

Izotopi

Ima samo stabilen izotop ⁵⁵MN s 100 % številčnostjo. Drugi izotopi so radioaktivni: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn in ⁵⁷Mn.

Elektronska struktura in konfiguracija

Struktura mangana pri sobni temperaturi je zapletena. Čeprav velja za kubično osredotočeno na telo (BCC), se je eksperimentalno njegova enotna celica izkazala za izkrivljeno kocko.

Ta prva faza ali alotropna (v primeru kovine kot kemičnega elementa), imenovana α-Mn, je stabilna do 725 ° C; Dosegel to temperaturo, prehod se pojavi na drugega enako "redkega" alotropnega, β-Mn. Nato alotrop β prevladuje do 1095 ° C, ko se spet spremeni v tretjo alotropno: γ-Mn.

Γ-MN ima dve različni kristalni strukturi. Kubična osredotočena na obraz (FCC), drugi tetragonal pa na obrazu (FCT) Tetragonalno usmerjeno v obraz) pri sobni temperaturi. In končno, pri 1134 ° C se γ-Mn pretvori v alotrop Δ-Mn, ki kristalizira v navadni strukturi BCC.

Tako ima mangan do štiri alotropne oblike, vse odvisne od temperature; In glede na tiste, ki so odvisni od pritiska, ni preveč bibliografskih referenc, da bi se posvetovali.

V teh strukturah je MN atome združena s kovinsko vezjo, ki jo urejajo njihovi valenčni elektroni, v skladu z njihovo elektronsko konfiguracijo:

[AR] 3D⁵ 4s²

Stanja oksidacije

Elektronska konfiguracija mangana nam omogoča, da opazimo, da ima sedem valenčnih elektronov; pet v 3D orbitali in dva v 4S orbitali. Ko izgubijo vse te elektrone med tvorbo njihovih spojin, ob predpostavki obstoja mn kationa⁷⁺, Naj bi pridobil oksidacijsko številko +7 ali Mn (vii).

Kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺Tudi^2-₄) Je primer spojine z Mn (VII) in jo je enostavno prepoznati po svojih svetlih vijoličnih barvah:

Dve rešitvi kmno4. En koncentrat (levo) in drugi razredčen (desno). Vir: Pradana Aumars [CC0]

Mangan lahko postopoma izgubi vsako od svojih elektronov. Tako so lahko tudi njegove oksidacijske številke +1, +2 (MN²⁺, najbolj stabilen od vseh), +3 (mn³⁺) in tako naprej do +7, že omenjenega.

Bolj pozitivna je oksidacijska številka, večja je njegova nagnjenost k pridobivanju elektronov; To pomeni, da bo njegova oksidacijska moč večja, saj bodo elektroni "ukradli" drugim vrstam, da bi zmanjšali in oskrbovali elektronsko povpraševanje. Zato kmno₄ To je odlično oksidacijsko sredstvo.

Barve

Za vse manganske spojine je značilno, da so barvite, razlog pa je posledica elektronskih prehodov D-D, ki se razlikujejo za vsako oksidacijsko stanje in njihovo kemično okolje. Tako so spojine Mn (vii) običajno vijolične, medtem ko sta na primer Mn (VI) in Mn (V) zelena in modra.

Kalijev manganat zelena raztopina, k2mno4. Vir: choij [javna domena]

Mn (ii) spojine so videti nekoliko zbledele, v nasprotju s kmno₄. Na primer mons₄ in mcl₂ So trdne bledo roza barve, skoraj bele.

Vam lahko služi: cink: zgodovina, lastnosti, struktura, tveganja, uporabe

Ta razlika je posledica stabilnosti MN²⁺, katerih elektronski prehodi zahtevajo več energije in zato komaj absorbirajo sevanje vidne svetlobe tako, da odsevajo skoraj vse.

Kje je magnezij?

Mineral Pirolusita, najbogatejši vir mangana Zemljine skorje. Vir: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Mangan predstavlja 0,1 % zemeljske skorje in zaseda dvanajsto mesto med elementi, ki so v njem. Njegova glavna nahajališča najdemo v Avstraliji, Južni Afriki, na Kitajskem, v Gabónu in Braziliji.

Med glavnimi manganovimi minerali so naslednje:

-Piroluzit (MNO₂) S 63% Mn

-Ramsdelita (MNO₂) Z 62% MN

-Manganita (MN₂Tudi₃· H₂O) z 62% Mn

-Cryptomalaan (kmn₈Tudi₁₆) S 45 - 60% Mn

-Hausmanita (MN · MN₂Tudi₄) Z 72% MN

-Braunita (3mn₂Tudi_{3 ·}Mnsio₃) s 50 - 60% Mn in (MNCO₃) Z 48% MN.

Samo minerali, ki vsebujejo več kot 35% mangana, veljajo za komercialno izkoriščanje.

Čeprav je v morski vodi zelo malo mangana (10 ppm), so na tleh morskega dna dolga območja, prekrita z manganovimi vozlišči; Imenovani tudi polimetalni vozlički. V teh so manganovi grozdi in nekaj železa, aluminija in silicija.

Manganova rezervat vozličev je ocenjena v količini, ki je veliko večji od rezerve kovine na zemeljski površini.

Noduli visoke stopnje vsebujejo med 10 in 20% mangana, z nekaj bakra, kobalta in niklja. Vendar pa obstajajo dvomi o komercialni dobičkonosnosti rudarskega izkoriščanja vozlišč.

Živila z manganom

Mangan je bistveni element človekove prehrane, saj posega v razvoj kostnega tkiva; kot tudi v njihovi tvorbi in sintezi proteoglikanov, trenerjev hrustanca.

Za vse to je potrebna ustrezna prehrana mangana, ki izbira živila, ki vsebujejo element.

Sledi seznam živil, ki vsebujejo mangan, z vrednostmi, izraženimi v mg mangana/100 g hrane:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Malina in jagoda 0,71 mg/100g

-Sveža banana 0,27 mg/100g

-Kuhana špinača 0,90 mg/100g

-0,45 mg/100 g sladkega krompirja

-Soja porto 0,5 mg/100g

-Kuhani kodrasti 0,22 mg/100g

-Brokoli je kuhal 0,22 mg/100g

-Konzervirana čičerika 0,54 m/100g

-Kuhana kvinoja 0,61 mg/100g

-Integralna pšenična moka 4,0 mg/100g

-Kuhani celovit riž 0,85 mg/100g

-7,33 mg/100g Vsa žita blagovna znamka

-Chia semena 2,33 mg/100g

-Okusili mandlje 2,14 mg/100g

S temi živili je enostavno izpolniti zahteve mangana, ki so bile ocenjene pri moških v 2,3 mg/dan; Medtem ko morajo ženske zaužiti 1,8 mg/manganov dan.

Biološki papir

Mangan se vmeša v presnovo ogljikovih hidratov, beljakovin in lipidov, pa tudi v nastajanje kosti in v obrambnem mehanizmu proti prostim radikalom.

Mangan je kofaktor za aktivnost številnih encimov, vključno z: reduktaznim superoksidom, ligami, hidrolazami, kinazami in dekarboksilazami. Pomanjkanje mangana je bilo povezano z izgubo teže, slabost, bruhanje, dermatitisom, zamudo rasti in skeletnimi nepravilnostmi.

Mangan poseže v fotosintezo, zlasti v delovanje fotosistema II, povezano z disociacijo vode, da tvori kisik. Interakcija med fotosistemi I in II je potrebna za sintezo ATP.

Šteje se, da je mangan potreben za pritrditev nitrata z rastlinami, virom dušika in primarno prehransko komponento rastlin.

Prijave

Jekla

Mangan je le kovina z nezadostnimi lastnostmi za industrijske aplikacije. Vendar, ko jih mešamo v majhnih razmerjih z lito železom, kar ima za posledico jekla. Ta zlitina, imenovana Ferromanganese, je dodana tudi drugim jekla, ki je bistvena sestavina, da postane nerjaveče.

Ne samo, da povečuje svojo odpornost proti obrabi in moči, ampak tudi Desulfura, deoksin in parasforila, ki odstrani atome S ali in nerazločno v proizvodnji jekla. Oblikovani material je tako močan, da se uporablja za ustvarjanje železnic, kletke v zaporih, čeladah, sefih, kolesih itd.

Vam lahko služi: radio: struktura, lastnosti, uporabe, pridobivanje

Mangan lahko tudi legira baker, cink in nikelj; to je, da proizvajajo nefernalne zlitine.

Aluminijaste pločevinke

Mangan se uporablja tudi za proizvodnjo aluminijevih zlitin, ki se običajno dodeli za proizvodnjo plinskih pločevink ali piva. Te zlitine Al-Mn so odporne na korozijo.

Gnojila

Ker mangan koristi za rastline kot MNO₂ ali mgso₄ Poiščite uporabo v formulaciji gnojil, tako da so tla obogatena v tej kovini.

Oksidacijsko sredstvo

Mn (vii), izrecno kot kmno₄, Je močno oksidacijsko sredstvo. Njegovo delovanje je takšno, da pomaga razkužiti vode, saj je izginotje njegove vijolične barve, ki kaže, da je nevtraliziral prisotne mikrobe.

Služi tudi kot naslov v analitičnih redoks reakcijah; Na primer pri določanju železovega železa, sulfitov in vodikovih peroksidov. Poleg tega je reagent izvajati nekatere organske oksidacije, večino časovne sinteze karboksilnih kislin; Med njimi benzojska kislina.

Kozarec

Steklo seveda predstavlja zeleno barvo zaradi vsebnosti železovega oksida ali železovih silikatov. Če je dodana spojina, ki lahko nekako reagira z železom in jo izolira iz materiala, potem bo steklo razbarvano ali izgubilo svojo značilno zeleno barvo.

Ko je mangan dodan kot MNO₂ S ta namen in nič več se prozorno steklo konča, ki polnijo roza, vijolične ali modrikaste tone; razlog, zakaj se vedno dodajo drugi kovinski ioni, da preprečijo tak učinek in vzdržujejo brezbarvno steklo, če je to želja.

Po drugi strani pa, če je moj presežek₂, Steklo dobimo z rjavimi ali celo črnimi odtenki.

Sušilniki

Manganske soli, še posebej mno₂, Mn₂Tudi₃, MSSO₄, MNC₂Tudi₄ (Oxalat) in drugi se uporabljajo za suho laneno seme ali nizke temperature.

Nanodelci

Tako kot druge kovine so lahko tudi njihovi kristali ali agregati tako majhni, dokler ne dosežejo nanometričnih lestvic; To so manganovi nanodelci (NPS-MN), rezervirani za aplikacije zunaj jekel.

NPS-MN zagotavlja večjo reaktivnost, kadar se ukvarjajo s kemičnimi reakcijami, kjer lahko kovinski mangan posreduje. Medtem ko je vaša metoda sinteze zelena, z uporabo rastlin ali izvlečkov mikroorganizma, bodo bolj prijazne vaše potencialne aplikacije z okoljem.

Nekatere njegove uporabe so:

-Prečistijo odpadno vodo

-Mangan prehranske potrebe ponuja ponudbo

-Služijo kot protimikrobno in protiglivično sredstvo

-Degradirajo barvila

-So del litijevega ion super c fornset

-Katalizirajo olefinsko epoksidacijo

-DNK ekstrakti očistijo

Med temi aplikacijami lahko sodelujejo ali celo nadomestijo kovinske nanodelce njihovih oksidov (NPS MNO).

Organski kovinski okvirji

Manganovi ioni lahko komunicirajo z organsko matrico, da vzpostavijo organski kovinski okvir (MOF: Kovinski organski okvir). Znotraj poroznosti ali interstike te vrste trdne snovi, z usmerjenimi povezavami in dobro definiranimi strukturami, se lahko ustvarijo in katalizirajo kemične reakcije.

Na primer, začenši z mncl₂· 4H₂Ali, benzenotriricarboksilna kislina in N, N-imimetilformamid, sta ti dve organski molekuli usklajeni z MN²⁺ Za oblikovanje MOF.

Ta MOF-MN lahko katalizira oksidacijo alkanov in alkenov, kot so: cikloheksen, razteg. Oksidacije se pojavljajo znotraj trdnih in zapletenih kristalnih (ali amorfnih) omrežij.

Reference

1. M. Varil in drugi. (1920). Mangan: Uporaba, priprava, stroški rudarjenja in proizvodnja fero-zlitin. Okrevano od: Digicoll.Manoa.Havaji.Edu
2. Wikipedija. (2019). Mangan. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). Kristalna struktura α-mangancev. Pridobljeno od: RoyalSocietyPublishing.org
4. Fulilove f. (2019). Mangan: dejstva, uporabe in ugodnosti. Študij. Okrevano od: študij.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Tabela obdobja: mangan. Okrevano od: RSC.org
6. Vahid h. & Nasser G. (2018). Zelena sinteza manganovih nanodelcev: aplikacije in prihodnja perspektiva-pregled. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Zvezek biologije 189, strani 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangan. Okrevano od: Chemguide.co.Združeno kraljestvo
8. FARZANEH & L. Hamidipour. (2016). Mn-kovinski organski okvir kot heterogeni katalizator za oksidacijo alkanov in alkenov. Journal of Sciences, Islamska republika Iran 27 (1): 31 - 37. Univerza v Teheranu, ISSN 1016-1104.
9. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Mangan. Baza podatkov Pubchem. Cid = 23930. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov