MANGANESE: KASAYSAYAN, MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA, GINAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang mangganeso ay isang sangkap na kemikal na binubuo ng isang metal na paglipat na kinatawan ng simbolo ng Mn, at numero ng atom 25. Ang pangalan nito ay dahil sa itim na magnesia ngayon na pyrolusite ore, na pinag-aralan sa Magnesia, isa Rehiyon ng Greece.

Ito ang ikalabing dalawang bahagi ng masaganang elemento sa crust ng lupa, na matatagpuan sa iba't ibang mga mineral bilang mga ion na may iba't ibang mga estado ng oksihenasyon. Sa lahat ng mga elemento ng kemikal, ang mangganeso ay nakikilala sa pamamagitan ng pagiging naroroon sa mga compound nito na may maraming mga estado ng oksihenasyon, kung saan ang +2 at +7 ang pinaka-karaniwan.

Metalikong mangganeso. Pinagmulan: W. Oelen

Sa dalisay at metal na form na ito ay walang maraming mga aplikasyon. Gayunpaman, maaari itong idagdag sa bakal bilang isa sa pangunahing mga additives upang gawin itong hindi kinakalawang. Sa gayon, ang kasaysayan nito ay malapit na nauugnay sa iron; kahit na ang mga compound nito ay naroroon sa mga kuwadro na gawa sa kuweba at sinaunang baso.

Ang mga compound nito ay nakakahanap ng mga aplikasyon sa loob ng mga baterya, pamamaraan ng analitikal, catalysts, organikong oksihenasyon, pataba, paglamlam ng mga baso at keramika, mga dryers at suplemento ng nutrisyon upang matugunan ang biological na pangangailangan para sa mangganeso sa aming mga katawan.

Gayundin, ang mga compound ng mangganeso ay napaka-makulay; hindi alintana kung may mga pakikipag-ugnayan sa mga inorganic o organikong species (organomanganese). Ang kanilang mga kulay ay nakasalalay sa bilang o estado ng oksihenasyon, ang pagiging +7 ang pinaka-kinatawan sa oxidizing at antimicrobial agent na KMnO ₄ .

Bilang karagdagan sa mga nasa itaas na paggamit ng kapaligiran ng mangganeso, ang mga nanoparticle at organikong metal frameworks ay mga pagpipilian para sa pagbuo ng mga katalista, adsorbent solids, at mga materyales na elektronikong aparato.

Kasaysayan

Ang mga simula ng mangganeso, tulad ng maraming iba pang mga metal, ay nauugnay sa mga pinaka-masaganang mineral nito; sa kasong ito, ang pyrolusite, MnO ₂ , na tinawag nilang itim na magnesia, dahil sa kulay nito at dahil naipon ito sa Magnesia, Greece. Ang itim na kulay nito ay ginamit kahit sa mga kuwadro na gua ng Pransya.

Ang pangalang pangalan nito ay Manganese, na ibinigay ni Michele Mercati, at pagkatapos ay nagbago ito sa Manganese. Ang MnO ₂ ay ginamit din upang i-decolorize ang baso at, ayon sa ilang mga pagsisiyasat, natagpuan ito sa mga tabak ng mga Spartans, na pagkatapos ay gumawa na ng kanilang sariling mga steel.

Ang Manganese ay humanga para sa mga kulay ng mga compound nito, ngunit hindi hanggang 1771 na iminungkahi ng Swiss chemist na si Carl Wilhelm ang pagkakaroon nito bilang isang elemento ng kemikal.

Nang maglaon, noong 1774, si Johan Gottlieb Gahn ay nagtagumpay sa pagbabawas ng MnO ₂ sa metallic manganese gamit ang karbon; kasalukuyang nabawasan gamit ang aluminyo o nagbago sa salt sulfate nito, MgSO ₄ , na nagtatapos sa electrolyzed.

Noong ika-19 na siglo, nakuha ng mangganeso ang napakalaking halaga ng komersyal nang maipakita na pinahusay nito ang lakas ng bakal nang hindi binabago ang kakayahang umangkop, paggawa ng ferromanganese. Gayundin, natagpuan ang MnO _{2 na} paggamit bilang isang katodiko na materyal sa mga baterya ng z--carbon at alkalina.

Ari-arian

Hitsura

Kulay ng pilak na metal.

Konting bigat

54,938 u

Atomikong numero (Z)

25

Temperatura ng pagkatunaw

1,246 ºC

Punto ng pag-kulo

2,061 ºC

Density

-Ang temperatura ng silid: 7.21 g / mL.

-Ang pagkatunaw na punto (likido): 5.95 g / mL

Init ng pagsasanib

12.91 kJ / mol

Init ng singaw

221 kJ / mol

Kapasidad ng calaric na Molar

26.32 J / (mol K)

Elektronegorya

1.55 sa scale ng Pauling

Energies ng ionization

Unang antas: 717.3 kJ / mol.

Pangalawang antas: 2,150.9 kJ / mol.

Pangatlong antas: 3,348 kJ / mol.

Atomikong radyo

Empirical 127 ng hapon

Thermal conductivity

7.81 W / (m K)

Ang resistensya sa elektrikal

1.44 µΩ · m sa 20 ºC

Order ng magneto

Paramagnetic, mahina itong naaakit ng isang electric field.

Katigasan

6.0 sa scale ng Mohs

Mga reaksyon ng kemikal

Ang mgaanganay ay hindi gaanong electronegative kaysa sa mga pinakamalapit na kapitbahay nito sa pana-panahong talahanayan, na ginagawang hindi gaanong reaktibo. Gayunpaman, maaari itong sumunog sa hangin sa pagkakaroon ng oxygen:

3 Mn (s) + 2 O ₂ (g) => Mn ₃ O ₄ (s)

Maaari rin itong umepekto sa nitrogen sa temperatura na humigit-kumulang na 1,200 ° C, upang mabuo ang manganese nitride:

3 Mn (s) + N ₂ (s) => Mn ₃ N ₂

Pinagsasama rin ito nang direkta sa boron, carbon, asupre, silikon, at posporus; ngunit hindi sa hydrogen.

Manganese mabilis na natutunaw sa mga acid, na nagiging sanhi ng mga asing-gamot na may ion ng mangganeso (Mn ²⁺ ) at pinakawalan ang hydrogen gas. Ito ay pantay na tumutugon sa mga halogens, ngunit nangangailangan ng mataas na temperatura:

Mn (s) + Br ₂ (g) => MnBr ₂ (s)

Organocomposites

Ang Manganese ay maaaring makabuo ng mga bono sa mga carbon atoms, Mn-C, na pinapayagan itong magmula ng isang serye ng mga organikong compound na tinatawag na organomanganese.

Sa organomanganese ang mga pakikipag-ugnayan ay sanhi ng alinman sa Mn-C o Mn-X na mga bono, kung saan ang X ay isang halogen, o sa pagpoposisyon ng positibong sentro ng mangganeso kasama ang mga elektronikong ulap ng mga conjugated π system ng mga aromatic compound.

Ang mga halimbawa ng mga naunang nabanggit ay ang mga compound phenylmanganese iodide, PhMnI, at methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl, (C ₅ H ₄ CH ₃ ) -Mn- (CO) ₃ .

Ang huling organomanganese ay bumubuo ng isang bono Mn-C na may CO, ngunit sa parehong oras ay nakikipag-ugnay sa mabangong ulap ng C ₅ H ₄ CH ₃ , na bumubuo ng isang istraktura na tulad ng sandwich sa gitna:

Methylcyclopentadienyl mangganeso tricarbonyl. Pinagmulan: 31Feesh

Mga Isotopes

Ito ay may isang solong matatag na ⁵⁵ Mn isotope na may 100% na kasaganaan. Ang iba pang mga isotop ay radioactive: ⁵¹ Mn, ⁵² Mn, ⁵³ Mn, ⁵⁴ Mn, ⁵⁶ Mn at ⁵⁷ Mn.

Istraktura at pagsasaayos ng elektronik

Ang istraktura ng mangganeso sa temperatura ng silid ay kumplikado. Bagaman ito ay itinuturing na body-centric cubic (bcc), ang eksperimentong unit cell nito ay ipinakita na isang baluktot na kubo.

Ang unang yugto o allotrope na ito (sa kaso ng metal bilang isang elemento ng kemikal), na tinatawag na α-Mn, ay matatag hanggang sa 725 ° C; kapag naabot ang temperatura na ito, ang paglipat ay nangyayari sa isa pang pantay na "bihirang" allotrope, β-Mn. Pagkatapos, ang allotrope β ay namamayani hanggang 1095 ° C kapag muling binago nito ang sarili sa isang ikatlong allotrope: ang γ-Mn.

Ang Γ-Mn ay may dalawang magkakaibang mga istruktura ng kristal. Isang mukha na nakasentro sa kubiko (fcc), at ang iba pang mukha na nakasentro sa tetragonal (fct) sa temperatura ng silid. At sa wakas, sa 1134 ° C ang γ-Mn ay binago sa allotrope δ-Mn, na nag-crystallize sa isang ordinaryong istraktura ng bcc.

Sa gayon, ang mangganeso ay may hanggang sa apat na allotropic form, lahat ay nakasalalay sa temperatura; at tungkol sa mga umaasa sa presyur, hindi masyadong maraming sangguniang bibliographic na kumunsulta sa kanila.

Sa mga istrukturang ito ang mga Mn atoms ay naka-link sa pamamagitan ng isang metal na bono na pinamamahalaan ng kanilang mga elektron ng valence, ayon sa kanilang elektronikong pagsasaayos:

3d ⁵ 4s ²

Ang estado ng Oxidation

Ang elektronikong pagsasaayos ng mangganeso ay nagpapahintulot sa amin na obserbahan na mayroon itong pitong valente electrons; lima sa orbital ng 3d, at dalawa sa orbital ng 4s. Sa pamamagitan ng pagkawala ng lahat ng mga electron na ito sa panahon ng pagbuo ng mga compound nito, sa pag-aakalang ang pagkakaroon ng Mn ⁷⁺ cation , sinasabing kumuha ng isang oksihenasyon na +7 o Mn (VII).

Ang KMnO ₄ (K ⁺ Mn ⁷⁺ O ^2- ₄ ) ay isang halimbawa ng isang tambalan na may Mn (VII), at madaling makilala sa pamamagitan ng maliwanag na kulay ng lilang ito:

Dalawang solusyon sa KMnO4. Ang isang puro (kaliwa) at ang iba pang natunaw (kanan). Pinagmulan: Pradana Aumars

Manganese ay maaaring unti-unting mawala ang bawat isa sa mga electron nito. Kaya, ang kanilang mga numero ng oksihenasyon ay maaari ding maging +1, +2 (Mn ²⁺ , ang pinaka-matatag sa lahat), +3 (Mn ³⁺ ), at iba pa hanggang sa +7, nabanggit na.

Ang mas positibo sa mga numero ng oksihenasyon, mas malaki ang kanilang pagkahilig na makakuha ng mga electron; ibig sabihin, ang kanilang lakas sa pag-oxidizing ay magiging mas malaki, dahil sila ay "magnakaw" ng mga electron mula sa iba pang mga species upang mabawasan ang kanilang sarili at matustusan ang kahilingan sa elektronik. Ito ang dahilan kung bakit ang KMnO ₄ ay isang mahusay na ahente ng oxidizing.

Mga Kulay

Ang lahat ng mga compound ng mangganeso ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging makulay, at ang dahilan ay dahil sa mga electronic transitions dd, naiiba para sa bawat estado ng oksihenasyon at mga kapaligiran ng kemikal. Sa gayon, ang mga compound ng Mn (VII) ay karaniwang kulay-ube, samantalang ang mga Mn (VI) at Mn (V), halimbawa, ay berde at asul, ayon sa pagkakabanggit.

Ang berdeng solusyon ng potasa manggagawa, K2MnO4. Pinagmulan: Choij

Ang mga compound ng Mn (II) ay mukhang medyo nalinis, kaibahan sa KMnO ₄ . Halimbawa, ang MnSO ₄ at MnCl ₂ ay maputla na kulay rosas, halos maputing mga solido.

Ang pagkakaiba na ito ay dahil sa katatagan ng Mn ²⁺ , na ang mga electronic transitions ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya at, samakatuwid, bahagya na sumisipsip ng radiation mula sa nakikitang ilaw, na sumasalamin sa halos lahat ng mga ito.

Saan matatagpuan ang magnesiyo?

Pyrolusite mineral, ang pinakamayamang mapagkukunan ng mangganeso sa crust ng lupa. Pinagmulan: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Ang Manganese ay bumubuo ng 0.1% ng crust ng lupa at sinasakop ang ikalabindalawang lugar sa mga elemento na naroroon. Ang pangunahing deposito nito ay sa Australia, South Africa, China, Gabon at Brazil.

Kabilang sa pangunahing mineral na mangganeso ay ang mga sumusunod:

-Pyrolusite (MnO ₂ ) na may 63% Mn

-Ramsdelite (MnO ₂ ) na may 62% Mn

-Manganite (Mn ₂ O ₃ · H ₂ O) na may 62% Mn

-Cryptomelane (KMn ₈ O ₁₆ ) na may 45 - 60% Mn

-Hausmanite (Mn · Mn ₂ O ₄ ) na may 72% Mn

-Braunite (3Mn ₂ O _{3 ·} MnSiO ₃ ) na may 50-60% ng Mn at (MnCO ₃ ) na may 48% ng Mn.

Ang mga mineral na naglalaman lamang ng higit sa 35% mangganeso ay itinuturing na maari nang komersyal.

Bagaman may napakakaunting mangganeso sa dagat ng dagat (10 ppm), sa seabed floor ay may mga mahabang lugar na sakop ng mga nodule ng manganese; tinatawag din na polymetallic nodules. Sa mga ito ay may mga akumulasyon ng mangganeso at ilang bakal, aluminyo at silikon.

Ang mangganiwang reserve ng nodules ay tinatayang higit na malaki kaysa sa metal na reserba sa ibabaw ng lupa.

Ang mga high-grade nodules ay naglalaman ng 10-20% mangganeso, na may ilang tanso, kobalt, at nikel. Gayunpaman, may mga pagdududa tungkol sa komersyal na kakayahang kumita ng pagmimina ng mga nodules.

Mga pagkaing panday

Ang Manganese ay isang mahalagang elemento sa diyeta ng tao, dahil nakikialam ito sa pagbuo ng tisyu ng buto; pati na rin sa pagbuo nito at sa synthesis ng mga proteoglycans, na bumubuo ng kartilago.

Para sa lahat ng ito, kinakailangan ang isang sapat na diyeta sa mangganeso, pagpili ng mga pagkaing naglalaman ng elemento.

Ang sumusunod ay isang listahan ng mga pagkaing naglalaman ng mangganeso, na may mga halagang ipinahayag sa mg ng mangganeso / 100 g ng pagkain:

-Ananá 1.58 mg / 100g

-Raspberry at strawberry na 0.71 mg / 100g

-Fresh banana 0.27 mg / 100g

-Cooked spinach 0.90 mg / 100g

- Ang patatas na 0.45 mg / 100g

-Soya bean 0.5 mg / 100g

-Cooked kale 0.22 mg / 100g

-Boiled broccoli 0.22 mg / 100g

-Ngamit na chickpea 0.54 m / 100g

-Cooked quinoa 0.61 mg / 100g

-Whole flour flour 4,0 mg / 100g

-Brown brown brown 0.85 mg / 100g

-Ang lahat ng uri ng cereal ng tatak 7.33 mg / 100g

-Chia buto 2.33 mg / 100g

-Toasted almonds 2.14 mg / 100g

Sa mga pagkaing ito, madaling matugunan ang mga kinakailangan sa mangganeso, na tinantya sa mga kalalakihan sa 2.3 mg / araw; habang ang mga kababaihan ay kailangang ingest 1.8 mg / araw ng mangganeso.

Papel na biolohikal

Ang mgaanganay ay kasangkot sa metabolismo ng mga karbohidrat, protina at lipid, pati na rin sa pagbuo ng buto at sa mekanismo ng pagtatanggol laban sa mga libreng radikal.

Ang Manganese ay isang cofactor para sa aktibidad ng maraming mga enzim, kabilang ang: superoxide reductase, ligases, hydrolases, kinases, at decarboxylases. Ang kakulangan saangan ay naka-link sa pagbaba ng timbang, pagduduwal, pagsusuka, dermatitis, paglala ng paglaki, at mga abnormalidad ng balangkas.

Ang Manganese ay kasangkot sa fotosintesis, partikular sa paggana ng Photosystem II, na may kaugnayan sa paghiwalay ng tubig upang mabuo ang oxygen. Ang pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga Photosystems I at II ay kinakailangan para sa synthesis ng ATP.

Angangan ay itinuturing na kinakailangan para sa pag-aayos ng nitrate ng mga halaman, isang mapagkukunan ng nitroheno at isang pangunahing nutritional sangkap ng mga halaman.

Aplikasyon

Mga steel

Ang Manganese lamang ay isang metal na may hindi sapat na mga katangian para sa pang-industriya na aplikasyon. Gayunpaman, kapag halo-halong sa maliit na proporsyon na may iron iron, ang nagreresultang mga steel. Ang haluang metal na ito, na tinatawag na ferromanganese, ay idinagdag din sa iba pang mga steel, na isang mahalagang sangkap upang gawin itong hindi kinakalawang.

Hindi lamang pinapataas nito ang paglaban at lakas ng pagsusuot nito, ngunit din ang desulfurizes, deoxygenates at dephosphory template, tinatanggal ang hindi kanais-nais na S, O at P atoms sa paggawa ng bakal. Ang materyal na nabuo ay napakalakas na ginagamit para sa paglikha ng mga riles, mga bilangguan ng bilangguan, mga helmet, safes, gulong, atbp.

Ang mga Manganese ay maaari ding ihiwalay ng tanso, sink at nikel; iyon ay, upang makabuo ng mga non-ferrous alloys.

Mga lata ng aluminyo

Ginagamit din ang mgaangan para sa paggawa ng mga haluang metal na aluminyo, na karaniwang ginagamit para sa paggawa ng mga lata ng beer o beer. Ang mga Al-Mn alloy na ito ay lumalaban sa kaagnasan.

Mga patatas

Sapagkat ang manganese ay kapaki-pakinabang para sa mga halaman, tulad ng MnO ₂ o MgSO ₄ nahanap nito ang paggamit sa pagbabalangkas ng mga pataba, sa paraang ang mga lupa ay pinayaman sa metal na ito.

Ahente ng Oxidizing

Ang Mn (VII), partikular na ang KMnO ₄ , ay isang malakas na ahente ng oxidizing. Ang pagkilos nito ay tulad na nakakatulong upang mai-disimpektahin ang mga tubig, na may pagkawala ng kulay ng lila nito na nagpapahiwatig na neutralisado ang mga microbes na naroroon.

Naghahain din ito bilang isang titrant sa analytical redox reaksyon; halimbawa, sa pagpapasiya ng ferrous iron, sulphites at hydrogen peroxides. At bilang karagdagan, ito ay isang reagent na isagawa ang ilang mga organikong oksihenasyon, na kadalasan ay ang pagiging synthesis ng mga carboxylic acid; bukod sa kanila, benzoic acid.

Mga Salamin

Ang baso ay natural na may berdeng kulay dahil sa nilalaman nito ng ferric oxide o ferrous silicates. Kung ang isang tambalan ay idinagdag na kahit papaano ay maaaring gumanti sa bakal at ibukod ito mula sa materyal, kung gayon ang salamin ay mawawala o mawawala ang katangian ng berdeng kulay.

Kapag idinagdag ang mangganeso bilang MnO ₂ para sa hangaring ito, at wala nang iba, ang malinaw na baso ay nagtatapos sa pag-rosas, lila, o mala-bughaw; Ito ang dahilan kung bakit ang iba pang mga metal ion ay palaging idinagdag upang kontrahin ang epekto na ito at panatilihing walang kulay ang baso, kung iyon ang nais.

Sa kabilang banda, kung may labis na MnO ₂ , ang isang baso na may kayumanggi o kahit na itim na lilim ay nakuha.

Mga dryers

Ang mga asing-gamot na asin, lalo na ang MnO ₂ , Mn ₂ O ₃ , MnSO ₄ , MnC ₂ O ₄ (oxalate), at iba pa, ay ginagamit upang matuyo ang mga flaxseeds o langis sa mababang o mataas na temperatura.

Nanoparticles

Tulad ng iba pang mga metal, ang mga kristal o pinagsama-sama nito ay maaaring maliit na bilang mga scale ng nanometric; Ang mga ito ay mangganeso nanoparticles (NPs-Mn), na nakalaan para sa mga aplikasyon maliban sa mga steel.

Nagbibigay ang NPs-Mn ng higit na reaktibo kapag nakikitungo sa mga reaksyon ng kemikal kung saan maaaring mamagitan ang metalikong mangganeso. Hangga't berde ang iyong pamamaraan ng synthesis, gamit ang mga extract ng halaman o microorganism, mas magiging maganda ang iyong mga potensyal na aplikasyon sa kapaligiran.

Ang ilan sa mga gamit nito ay:

-Depure wastewater

-Supply nutritional demand ng mangganeso

-Magtatala bilang isang antimicrobial at antifungal ahente

-Degrade colorant

-Ang mga ito ay bahagi ng mga supercapacitors at baterya ng lithium-ion

-Akalin ang epoxidation ng olefins

-Purify ang mga extract ng DNA

Kabilang sa mga application na ito ang mga nanoparticles ng kanilang mga oxides (NPs MnO) ay maaari ring lumahok o kahit na palitan ang mga metal.

Mga frame na organikong metal

Ang mga iangan ng mga manganese ay maaaring makipag-ugnay sa isang organikong matrix upang maitaguyod ang isang metal na balangkas na organik (MOF: Metal Organic Framework). Sa loob ng mga porosities o interstice ng ganitong uri ng solid, na may mga itinuro na mga bono at mahusay na tinukoy na mga istraktura, ang mga reaksyon ng kemikal ay maaaring magawa at catalyzed heterogeneously.

Halimbawa, nagsisimula sa MnCl ₂ · 4H ₂ O, benzenetricarboxylic acid at N, N-dimethylformamide, ang dalawang organikong molekulang ito ay nakikipag-ugnay sa Mn ²⁺ upang makabuo ng isang MOF.

Ang MOF-Mn na ito ay may kakayahang catalyzing ang oksihenasyon ng alkanes at alkena, tulad ng: cyclohexene, styrene, cyclooctene, adamantane at ethylbenzene, na binabago ang mga ito sa epoxides, alcohol o ketones. Ang mga oksihenasyon ay nangyayari sa loob ng solid at masalimuot na mga crystalline (o amorphous) na mga lattice.

Mga Sanggunian

1. M. Weld at iba pa. (1920). Manganese: gamit, paghahanda, mga gastos sa pagmimina at paggawa ng mga ferro-alloys. Nabawi mula sa: digicoll.manoa.hawaii.edu
2. Wikipedia. (2019). Manganese. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). Ang Kayarian ng Crystal ng α-Manganese. Nabawi mula sa: royalsocietypublishing.org
4. Fullilove F. (2019). Manganese: Mga Katotohanan, Gamit at Pakinabang. Pag-aaral. Nabawi mula sa: study.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Pana-panahong talahanayan: mangganeso. Nabawi mula sa: rsc.org
6. Vahid H. & Nasser G. (2018). Green synthesis ng mangganeso nanoparticles: Aplikasyon at pananaw sa hinaharap - Isang pagsusuri. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology Dami ng 189, Mga Pahina 234-243.
7. Clark J. (2017). Manganese. Nabawi mula sa: chemguide.co.uk
8. Farzaneh & L. Hamidipour. (2016). Mn-Metal Organic Framework bilang Heterogenous Catalyst for Oxidation ng Alkanes at Alkenes. Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran 27 (1): 31-37 University of Tehran, ISSN 1016-1104.
9. National Center para sa Impormasyon sa Biotechnology. (2019). Manganese. PubChem Database. CID = 23930. Nabawi mula sa: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov