Mangaanin historia, ominaisuudet, rakenne, käyttö

Hän mangaani Se on kemiallinen elementti, joka koostuu siirtymämetallista, jota edustaa MN -symboli ja jonka atomiluku on 25. Hänen nimensä johtuu mustasta magnesiasta, nykyään.

Se on maankuoren kaksitoista runsainta elementtiä, koska se on monissa mineraaleissa, kuten ionit, joilla on erilaiset hapettumistilat. Kaikista kemiallisista elementeistä mangaani erotetaan esittämällä sen yhdisteissä monien hapettumistilojen kanssa, joista +2 ja +7 ovat yleisimmät.

Metallinen mangaani. Lähde: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Puhtaan ja metallisessa muodossaan sillä ei ole liian monia sovelluksia. Se voidaan kuitenkin lisätä teräkseen yhtenä päälisäaineista, jotta se olisi ruostumatonta. Siten sen historia liittyy läheisesti raudan historiaan; Jopa silloin, kun niiden yhdisteitä on ollut läsnä luolamaalauksissa ja muinaisessa lasissa.

Sen yhdisteet löytävät akkuja, analyyttisiä menetelmiä, katalyyttejä, orgaanisia hapettumisia, lannoitteita, lasi- ja keraamista väriä, kuivausrumpuja ja ravitsemuslisäaineita mangaanin biologisen kysynnän tyydyttämiseksi kehossa.

Samoin mangaaniyhdisteet ovat erittäin värikkäitä; Riippumatta siitä, että on vuorovaikutusta epäorgaanisten tai orgaanisten lajien kanssa (organomanganilainen). Sen värit riippuvat lukumäärästä tai hapettumistilasta, koska se on edustava +7 hapettimessa ja antimikrobisessa aineessa KMNO: ssa₄.

Mangaanin aikaisempien käyttötarkoituksen lisäksi sen nanohiukkaset ja orgaaniset metallikehykset ovat vaihtoehtoja katalyyttien, adsorbenttien kiinteiden aineiden ja elektronisten laitteiden materiaalien kehittämiseksi.

[TOC]

Historia

Mangaanin, kuten monien muiden metallien, alku liittyy niiden runsaimpaan mineraaliin; Tässä tapauksessa pyrolusiitti, MNO₂, jota he kutsuivat Black Magnesiaksi värilleen ja koska se oli kerätty Magnesiassa, Kreikassa. Sen mustaa väriä käytettiin jopa ranskalaisissa luolamaalauksissa.

Hänen etunimi oli Manganese, jonka Michele Mercati antoi, ja muuttui sitten mangaaniksi. MNO₂ Sitä käytettiin myös lasin värjäytymiseen, ja tiettyjen tutkimusten mukaan sitä on löydetty spartalaisten miekkoista, jotka ovat siihen mennessä jo valmistaneet omia terästään.

Niiden yhdisteiden värejä ihailtiin mangaanista, mutta vasta vuonna 1771 sveitsiläinen kemisti Carl Wilhelm ehdotti sen olemassaoloa kemiallisena elementtinä.

Myöhemmin, vuonna 1774, Johan Gottlieb Gahn onnistui vähentämään kaivoksen₂ metallimangaanille mineraalikiilen avulla; Tällä hetkellä pelkistetty alumiinilla tai transformoitu sulfaattisuolaksi, MGSO₄, joka päätyy elektroloimaan.

Yhdeksännentoista vuosisadan aikana mangaani sai valtavan kaupallisen arvonsa osoittamalla, että paransi teräksen voimakkuutta muuttamatta sen muokkausta, tuottaen Ferromanganesosia. Myös MNO₂ Hän löysi käytön katodisena materiaalina sinkki-hiili- ja alkaliparistoissa.

Ominaisuudet

Ulkomuoto

Metallinen hopeaväri.

Atomipaino

54 938 u

Atominumero (z)

25

Sulamispiste

1.246 ºC

Kiehumispiste

2.061 ºC

Tiheys

-Huoneenlämpötilassa: 7,21 g/ml.

-Sulamispisteessä (neste): 5,95 g/ml

Sulamislämpö

12,91 kJ/mol

Höyrystyslämpö

221 kJ/mol

Molaarinen kalorikapasiteetti

26,32 J/(mol · k)

Elektronegatiivisuus

1.55 Pauling -asteikolla

Ionisaatioenergiat

Ensimmäinen taso: 717,3 kJ/mol.

Toinen taso: 2.150, 9 kJ/mol.

Kolmas taso: 3.348 kJ/mol.

Atomiradio

Empiirinen 127 pm

Lämmönjohtokyky

7,81 w/(m · k)

Sähkövastus

1,44 µω · m 20 ° C: ssa

Magneettinen järjestys

Paramagneettinen, sähkökenttä houkuttelee heikosti.

Kovuus

6.0 MOHS -asteikolla

Kemialliset reaktiot

Mangaani on vähemmän elektronegatiivinen kuin sen lähimmät naapurit jaksollisessa taulukossa, mikä tekee siitä vähemmän reaktiivisen. Se voi kuitenkin polttaa ilmassa hapen läsnä ollessa:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃JOMPIKUMPI₄ (S)

Voit myös reagoida typen kanssa likimääräisessä lämpötilassa 1.200 ºC, mangaanin nitruron muodostamiseksi:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Se yhdistetään suoraan myös booriin, hiileen, rikkiin, piisiin ja fosforiin; Mutta ei vedyn kanssa.

Mangaani liukenee nopeasti happoihin aiheuttaen suoloja mangaani -ionilla (MN²⁺) ja vapauttaa vetykaasua. Se reagoi myös halogeenien kanssa, mutta vaatii korkeita lämpötiloja:

Se voi palvella sinua: natriumbromidi (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organomposiitti

Mangaani voi muodostaa yhteyksiä hiiliatomiin, MN-C, jolloin se voi aiheuttaa orgaanisten yhdisteiden sarjan, nimeltään organomanganiksi.

Organomanganessissa vuorovaikutukset johtuvat MN-C- tai MN-X-linkeistä, joissa X on halogeeni tai positiivisen mangaanikeskuksen sijainti aromaattisten yhdisteiden π-konjugaattijärjestelmien elektronisten pilvien kanssa.

Esimerkkejä Fregosta₅H₄CH₃) -Mn- (Co)₃.

Tämä viimeinen organomanganilainen muodostaa MN-C-yhteyden CO: n kanssa, mutta samalla vuorovaikutuksessa C-renkaan aromaattisen pilven kanssa₅H₄CH₃, Puoli -sandwich -rakenteen muodostaminen:

Metyylisikippentadieniili -mangaanikarbonili. Lähde: 31Feesh [CC0]

Isotoopit

On vain vakaa isotooppi ⁵⁵MN 100 %: n runsaasti. Muut isotoopit ovat radioaktiivisia: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn ja ⁵⁷Mn.

Elektroninen rakenne ja kokoonpano

Mangaanirakenne huoneenlämpötilassa on monimutkainen. Vaikka sitä pidetään kehossa (BCC) keskittyneenä kuutiometriä, kokeellisesti sen yksikkösolu on osoittautunut vääristyneeksi kuutioksi.

Tämä ensimmäinen vaihe tai alotrooppinen (metallin tapauksessa kemiallisena elementinä), jota kutsutaan a-mn, on stabiili 725 ° C: sta; Saavutti tämän lämpötilan, siirtymä tapahtuu toiseen yhtä "harvinaiseen" alotrooppiseen, β-MN. Sitten alotrooppi β hallitsee jopa 1095 ° C: ta, kun taas muuttuu kolmanneksi alotrooppiseksi: y-MN.

Γ-MN: llä on kaksi erilaista kiteistä rakennetta. Kuutio, joka on keskittynyt kasvoihin (FCC), ja toinen tetragonaali keskittynyt kasvoihin (FCT) Kasvojenkestävä tetragonaali) huonelämpötilassa. Ja lopuksi, 1134 ° C: ssa y-MN transformoituu Δ-mn-alotrooppiksi, joka kiteytyy tavallisessa BCC-rakenteessa.

Siten mangaanilla on jopa neljä allotrooppista muotoa, jotka kaikki riippuvat lämpötilasta; Ja paineesta riippuvaisten suhteen ei ole liian paljon bibliografisia viitteitä neuvotella niitä.

Näissä rakenteissa MN -atomeja yhdistää metallinen sidos, jota hallitsee niiden valenssielektronit, niiden elektronisen kokoonpanon mukaan:

[AR] 3D⁵ 4S²

Hapetustilat

Elektronisen mangaanikokoonpanon avulla voimme havaita, että sillä on seitsemän valenssielektronia; viisi 3D -kiertoradalla ja kaksi 4S -kiertoradalla. Kun menetät kaikki nämä elektronit yhdisteiden muodostumisen aikana, olettaen, että MN -kationin olemassaolo⁷⁺, Sen sanotaan saavan hapettumisnumeron +7 tai Mn (vii).

Kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺JOMPIKUMPI^2-₄) Se on esimerkki yhdisteestä, jolla on MN (VII), ja se on helppo tunnistaa kirkkaan violettiväriin:

Kaksi kmno4 -ratkaisua. Yksi konsentraatti (vasen) ja toinen laimennettu (oikealla). Lähde: Pradana Aumars [CC0]

Mangaani voi vähitellen menettää sen elektroniensa. Siten sen hapettumisluvut voivat olla myös +1, +2 (MN²⁺, kaikkein vakain), +3 (MN³⁺) ja niin edelleen, kunnes +7, jo mainittu.

Mitä positiivisempi hapetusluku, sitä suurempi sen taipumus saada elektroneja; Toisin sanoen sen hapettumisteho on suurempi, koska elektronit "varastavat" muille lajeille elektronisen kysynnän vähentämiseksi ja tarjoamiseksi. Siksi kmno₄ Se on hieno hapettava aine.

Värit

Kaikille mangaaniyhdisteille on ominaista värikkäitä, ja syy johtuu elektronisista siirtymistä D-D, erilainen jokaiselle hapettumistilalle ja niiden kemiallisille ympäristöille. Siten MN -yhdisteet (VII) ovat yleensä violetteja, kun taas esimerkiksi Mn (VI) ja Mn (V) ovat vastaavasti vihreitä ja sinisiä.

Kalium manganaattiherraliuos, K2MNO4. Lähde: Choij [julkinen verkkotunnus]

Mn (II) yhdisteet näyttävät hiukan haalistuneilta, vastakkain KMNO: ta vastakkaineen₄. Esimerkiksi Mons₄ ja MCL₂ Ne ovat kiinteitä vaaleanpunaisia ​​värejä, melkein valkoisia.

Voi palvella sinua: sinkki: historia, ominaisuudet, rakenne, riskit, käyttötarkoitukset

Tämä ero johtuu MN: n stabiilisuudesta²⁺, joiden elektroniset muutokset vaativat enemmän energiaa ja siksi tuskin imee näkyvän valon säteilyä heijastamalla melkein kaikkia.

Missä on magnesium?

Mineraali Pirolusita, maan rikkain mangaanilähde. Lähde: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Mangaani on 0,1 % maapallon kuoresta ja vie kaksitoista paikkaa siinä olevien elementtien keskuudessa. Sen päätalletukset löytyvät Australiasta, Etelä -Afrikasta, Kiinasta, Gabónista ja Brasiliasta.

Tärkeimpien mangaanimineraalien joukossa ovat seuraavat:

-Pyrolusiitti (MNO₂) 63%: lla MN: stä

-Ramsdelita (MNO₂) 62%: lla MN: stä

-Manganita (MN₂JOMPIKUMPI₃· H₂O) 62%: lla MN: stä

-Cryptomelaan (KMN₈JOMPIKUMPI₁₆) 45 - 60%: lla MN: stä

-Hausmanita (Mn · Mn₂JOMPIKUMPI₄) 72%: lla MN: stä

-Braunita (3MN₂JOMPIKUMPI_{3 ·}Mnsio₃) 50 - 60% MN: stä ja (MNCO₃) 48%: lla MN: stä.

Vain yli 35% mangaania sisältäviä mineraaleja pidetään kaupallisesti hyödyntävinä.

Vaikka merivedessä on hyvin vähän mangaania (10 ppm), merenpohjan lattialla on pitkiä alueita, jotka on peitetty mangaanin kyhmyillä; Kutsutaan myös polymetallisiksi kyhmyiksi. Näissä on mangaaniklustereita ja joitain rautaa, alumiinia ja piitä.

Nolojen mangaanivaranto on arvioitu olevan paljon suurempi kuin metallin varanto maan pinnalla.

Korkealaatuiset kyhmyt sisältävät 10–20% mangaania, jossa on kuparia, kobolttia ja nikkeliä. Kyhmyjen kaivostoiminnan hyödyntämisen kaupallisesta kannattavuudesta on kuitenkin epäilyksiä.

Ruokia mangaanilla

Mangaani on olennainen osa ihmisen ruokavaliossa, koska se puuttuu luukuolen kehitykseen; samoin kuin niiden muodostumisessa ja proteoglykaanien synteesissä, rustokouluttajat.

Kaiken tämän vuoksi on välttämätön riittävä mangaaniruokavalio, valitsemalla elementtiä sisältävät elintarvikkeet.

Seuraava on luettelo mangaania sisältävistä ruuista, joiden arvot ilmaistaan ​​Mg mangaanin/100 g ruokaa:

-Ananá 1,58 mg/100 g

-Vadelma ja mansikka 0,71 mg/100 g

-Tuore banaani 0,27 mg/100 g

-Keitetyt pinaatti 0,90 mg/100 g

-0,45 mg/100 g bataatti

-Soja Porto 0,5 mg/100 g

-Keitetyt kiharat 0,22 mg/100 g

-Parsakaali keitetyt 0,22 mg/100 g

-Säilykkeet 0,54 m/100 g

-Keitetyt quinoa 0,61 mg/100 g

-Integroitu vehnäjauho 4,0 mg/100 g

-Keitetty kattava riisi 0,85 mg/100 g

-7,33 mg/100 g Kaikki tuotemerkkiruoat

-Chia -siemenet 2,33 mg/100 g

-Maistuneet manteleita 2,14 mg/100 g

Näiden ruokien kanssa on helppo täyttää mangaanivaatimukset, jotka on arvioitu miehillä 2,3 mg/päivä; Kun taas naisten on syötävä 1,8 mg/mangaanipäivä.

Biologinen paperi

Mangaani puuttuu hiilihydraattien, proteiinien ja lipidien aineenvaihduntaan sekä luun muodostumiseen ja puolustusmekanismiin vapaiden radikaaleja vastaan.

Mangaani on kofaktori lukuisten entsyymien aktiivisuudelle, mukaan lukien: reduktaasin superoksidi, liigat, hydrolaasit, kinaasit ja dekarboksylaasit. Mangaanin puute on liittynyt painonpudotukseen, pahoinvointiin, oksenteluun, ihottumaan, kasvuviiveeseen ja luuston poikkeavuuksiin.

Mangaani puuttuu fotosynteesiin, erityisesti fotosysteemin II toiminnassa, joka liittyy veden dissosiaatioon hapen muodostamiseksi. Valosysteemien I ja II välinen vuorovaikutus on välttämätön ATP -synteesille.

Mangaania pidetään tarpeellisena kasvien nitraatin, typen lähteen ja kasvien ensisijaisen ravitsemuskomponentin kanssa.

Sovellukset

Teräkset

Mangaani on vain metalli, jolla on riittämättömät ominaisuudet teollisuussovelluksiin. Kuitenkin sekoitettuna pieninä mittasuhteina valuraudan kanssa, tuloksena olevat teräkset. Tätä seosta, nimeltään ferromanganilainen, lisätään myös muihin teräksiin, ja se on olennainen komponentti ruostumattoman tekemiseksi.

Se ei vain lisää kulumiskestävyyttään ja voimakkuuttaan, vaan myös Desulfuraa, deoksigeenia ja Parasphorilaa, poistamalla S: n atomeja tai ja ei -esteitä terästuotannossa. Muodostettu materiaali on niin vahva, että sitä käytetään rautateiden, häkkipalkkien luomiseen vankiloissa, kypärissä, kassakaapissa, pyörillä jne.

Voi palvella sinua: Radio: Rakenne, ominaisuudet, käyttötarkoitukset, hankkiminen

Mangaani voi myös seosta kuparia, sinkkiä ja nikkeliä; toisin sanoen ei -rajattiset seokset.

Alumiinitölkit

Mangaania käytetään myös alumiiniseosten tuotantoon, joka yleensä on osoitettu kaasutölkkien tai oluiden valmistukseen. Nämä al-MN-seokset ovat resistenttejä korroosiolle.

Lannoitteet

Koska mangaani on hyödyllinen kasveille, MNO: na₂ tai MGSO₄ Löydä käyttö lannoitteiden formulaatiosta niin, että maaperät rikastuvat tässä metallissa.

Hapettava aine

MN (VII), nimenomaisesti kmno₄, Se on voimakas hapettava aine. Sen toiminta on sellainen, että se auttaa vesien desinfiointia, sen violetin värin katoaminen osoittaa, että se neutraloi läsnä olevat mikrobit.

Se toimii myös otsikkona analyyttisissä redox -reaktioissa; Esimerkiksi rautarauta, sulfiitit ja vetyperoksidit määritettäessä. Ja lisäksi on reagenssi tiettyjen orgaanisten hapettumisten toteuttamiseen, suurimman osan karboksyylihappojen synteesistä; Heidän joukossaan bentsoehappo.

Lasi

Lasilla on luonnollisesti vihreä väri, joka johtuu sen rautaoksidipitoisuudesta tai rautapiloseista. Jos lisätään yhdiste, joka voi jotenkin reagoida raudan kanssa ja eristää sen materiaalista, lasi värjäytyy tai menetetään ominaisten vihreiden väriin.

Kun mangaani lisätään MNO: ksi₂ Tällä tarkoituksella, eikä mitään muuta, läpinäkyvä lasi päät latautuu vaaleanpunaiseksi, violetti- tai sinertävälle sävyille; Syy siihen, miksi muita metalli -ioneja lisätään aina sellaisen vaikutuksen torjumiseksi ja värittömän lasin ylläpitämiseksi, jos se on halu.

Toisaalta, jos minun on ylimääräinen₂, Lasi saadaan ruskeilla tai jopa mustilla vivahteilla.

Kuivaaja

Mangaanisuolat, erityisesti MNO₂, Mn₂JOMPIKUMPI₃, MSSO₄, MNC₂JOMPIKUMPI₄ (oksalaatti) ja muita käytetään pellavansiementen tai alhaisten lämpötilojen kuivumiseen.

Nanohiukkaset

Kuten muutkin metallit, niiden kiteet tai aggregaatit voivat olla niin pieniä, kunnes ne saavuttavat nanometriset asteikot; Nämä ovat mangaaninanohiukkaset (NPS-MN), varattu sovelluksille terästen ulkopuolella.

NPS-MN tarjoaa suuremman reaktiivisuuden, kun ne käsittelevät kemiallisia reaktioita, joissa metalliset mangaanit voivat puuttua. Vaikka synteesimenetelmä on vihreä, käyttämällä kasveja tai mikro -organisme -uutteita, ystävällisempi on mahdolliset sovelluksesi ympäristössä.

Jotkut sen käytöstä ovat:

-He puhdistavat jätevesien

-Mangaanin ravitsemusvaatimukset

-Ne toimivat antimikrobisena ja sieniläisenä aineena

-He huonontavat väriaineita

-Ne ovat osa litium -ionin super -haamuista

-He katalysoivat olefiinin epoksidaatiota

-DNA -uutteet puhdistavat

Näistä sovelluksista niiden oksidien nanohiukkaset (NPS MNO) voivat myös osallistua tai jopa korvata metallia.

Orgaaniset metallikehykset

Mangaani -ionit voivat olla vuorovaikutuksessa orgaanisen matriisin kanssa orgaanisen metallikehyksen luomiseksi (MOF: Metalliorgaaninen kehys-A. Tämän tyyppisten kiinteiden kiinteiden kiinteiden yhdisteiden ja hyvin määriteltyjen rakenteiden huokoisuuksien tai poistojen sisällä voidaan tuottaa ja katalysoida kemiallisia reaktioita.

Esimerkiksi aloittaen MNCL: stä₂· 4H₂Tai, bentsenotrikarboksyylihappo ja N, N-imimetyylimuotoamidi, nämä kaksi orgaanista molekyyliä koordinoivat MN: n kanssa²⁺ MOF: n muodostaminen.

Tämä MOF-MN kykenee katalysoimaan alkaanien ja alkeenien hapettumista, kuten: sykloheksen, venytys, syklookteno, adamantano ja etyylibentseeni, muuttamalla ne epoksideiksi, alkoholiksi tai ketoneiksi,. Kiinteän ja sen monimutkaisten kiteisten (tai amorfisten) verkkojen sisällä tapahtuva hapettumisia.

Viitteet

1. M. Hitsaus ja muut. (1920). Mangaani: Käyttö, valmistelu, kaivoskustannukset ja ferro-seosten tuotanto. Palautettu: Digicoll.Maito.Havaiji.Edu
2. Wikipedia. (2019). Mangaani. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. J -. Bradley & J. Thewlis. (1927). Α-manganilaisen kiderakenne. Haettu osoitteesta: RoyalsocietPublishing.org
4. Fullilove f. (2019). Mangaani: tosiasiat, käytöt ja edut. Opiskelu. Toipunut: Opiskelu.com
5. Kuninkaallinen kemian yhdistys. (2019). Aikataulukko: Mangaani. Palautettu: RSC.org
6. Vahid H. & Nasser G. (2018). Mangaanin nanohiukkasten vihreä synteesi: sovellukset ja tulevaisuudennäkymät-katsaus. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biologia Volume 189, sivut 234-243.
7. Clark j. (2017). Mangaani. Talteenotettu: Chemguide.yhteistyö.Yhdistynyt kuningaskunta
8. Farzaneh & L. Hamidpour. (2016). MN-Metal-orgaaninen kehys heterogeenisenä katalyyttinä alkaanien ja alkeenien hapettumiselle. Journal of Sciences, Iranin islamilainen tasavalta 27 (1): 31 - 37. Teheranin yliopisto, ISSN 1016-1104.
9. Kansallinen bioteknologiatietojen keskus. (2019). Mangaani. Pubchem -tietokanta. CID = 23930. Toipunut: Pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus