Storia, proprietà, struttura, struttura del manganese

Lui manganese È un elemento chimico che consiste in un metallo di transizione, rappresentato dal simbolo Mn e il cui numero atomico è 25. Il suo nome è dovuto alla magnesia nera, oggi.

È il dodici elementi più abbondanti della crosta terrestre, essendo in una varietà di minerali come ioni con diversi stati di ossidazione. Di tutti gli elementi chimici, il manganese si distingue presentando nei suoi composti con molti stati di ossidazione, di cui +2 e +7 sono i più comuni.

Manganese metallico. Fonte: w. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Nella sua forma pura e metallica non ha troppe applicazioni. Tuttavia, può essere aggiunto in acciaio come uno dei principali additivi per renderlo inossidabile. Pertanto, la sua storia è strettamente correlata a quella del ferro; anche quando i loro composti sono stati presenti nei dipinti delle caverne e nei vetri antichi.

I suoi composti trovano applicazioni all'interno di batterie, metodi analitici, catalizzatori, ossidazioni organiche, fertilizzanti, colorazione di vetro e ceramica, essiccatori e integratori nutrizionali per soddisfare la domanda biologica del manganese nei nostri corpi.

Allo stesso modo, i composti di manganese sono molto colorati; Indipendentemente da ciò ci sono interazioni con specie inorganiche o organiche (organoganesi). I suoi colori dipendono dal numero o dallo stato di ossidazione, essendo l'agente ossidante e antimicrobico KMNO₄.

Oltre agli usi precedenti del manganese, le sue nanoparticelle e telai di metalli organici sono opzioni per sviluppare catalizzatori, solidi adsorbenti e materiali di dispositivi elettronici.

[TOC]

Storia

Gli inizi del manganese, come molti altri metalli, sono associati a quelli dei loro minerali più abbondanti; In questo caso, il pirousite, MNO₂, che hanno chiamato la magnesia nera, per il loro colore e perché è stata raccolta in magnesia, in Grecia. Il suo colore nero è stato usato anche nei dipinti delle caverne francesi.

Il suo nome era manganese, dato da Michele Mercati, e poi si trasformò in manganese. Il MnO₂ È stato anche usato per scolorire il vetro e, secondo alcune indagini, è stato trovato nelle spade degli Spartani, che a quel punto hanno già prodotto i propri acciai.

I colori dei loro composti furono ammirati dal manganese, ma non fu fino al 1771 che il chimico svizzero Carl Wilhelm propose la sua esistenza come elemento chimico.

Più tardi, nel 1774, Johan Gottlieb Gahn riuscì a ridurre la miniera₂ al manganese metallico usando carbone minerale; Attualmente ridotto con alluminio o trasformato nel sale solfato, MGSO₄, che finisce per l'elettrolioso.

Nel diciannovesimo secolo il manganese acquistò il suo enorme valore commerciale dimostrando che migliorava la forza dell'acciaio senza alterare la sua malleabilità, producendo ferromanganesos. Inoltre, il MNO₂ Ha trovato l'uso come materiale catodico nelle batterie di zinco e alcalina.

Proprietà

Aspetto

Colore argento metallico.

Peso atomico

54.938 u

Numero atomico (Z)

25

Punto di fusione

1.246 ºC

Punto di ebollizione

2.061 ºC

Densità

-A temperatura ambiente: 7,21 g/ml.

-Al punto di fusione (liquido): 5,95 g/ml

Calore di fusione

12,91 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

221 kJ/mol

Capacità calorica molare

26.32 J/(mol · K)

Elettronegatività

1,55 sulla scala Pauling

Energie di ionizzazione

Primo livello: 717,3 kJ/mol.

Secondo livello: 2.150, 9 kJ/mol.

Terzo livello: 3.348 kJ/mol.

Radio atomica

Empirico 127 pm

Conduttività termica

7,81 W/(M · K)

Resistività elettrica

1,44 µΩ · m a 20 ° C

Ordine magnetico

Paramagnetico, è debolmente attratto da un campo elettrico.

Durezza

6.0 sulla scala MOHS

Reazioni chimiche

Il manganese è meno elettronegativo dei suoi vicini più vicini nella tavola periodica, il che lo rende meno reattivo. Tuttavia, può bruciare nell'aria in presenza di ossigeno:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃O₄ (S)

Puoi anche reagire con azoto a una temperatura approssimativa di 1.200 ºC, per formare nitruro di manganese:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

È anche combinato direttamente con boro, carbonio, zolfo, silicio e fosforo; Ma non con l'idrogeno.

Il manganese si dissolve rapidamente negli acidi, causando sali con lo ione del manganese (MN²⁺) e rilasciando idrogeno gas. Reagisce anche con gli alogeni, ma richiede alte temperature:

Può servirti: bromuro di sodio (NABR)

Mn (s) +br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organocompositi

Il manganese può formare legami con atomi di carbonio, MN-C, permettendole di causare una serie di composti organici chiamati organoganesi.

In Organoganesos le interazioni sono dovute ai collegamenti Mn-C o Mn-X, dove X è un alogeno o al posizionamento del centro di manganese positivo con le nuvole elettroniche dei sistemi coniugati π dei composti aromatici.

Per esempi di forego₅H₄Cap₃) -Mn- (co)₃.

Quest'ultimo organoganese forma un collegamento MN-C con CO, ma allo stesso tempo interagisce con la nuvola aromatica dell'anello C₅H₄Cap₃, Formando una struttura a metà ewich:

Tricarbonil di manganese metilciclopentadienale. Fonte: 31feesh [CC0]

Isotopi

Ha solo un isotopo stabile ⁵⁵MN con abbondanza al 100 %. Gli altri isotopi sono radioattivi: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn e ⁵⁷Mn.

Struttura elettronica e configurazione

La struttura del manganese a temperatura ambiente è complessa. Sebbene sia considerato centrato cubico sul corpo (BCC), sperimentalmente la sua cella unitaria ha dimostrato di essere un cubo distorto.

Questa prima fase o alotropica (nel caso del metallo come elemento chimico), chiamato α-Mn, è stabile fino a 725 ° C; Raggiunto questa temperatura, una transizione si verifica verso un'altra altrettanto "rara" alotropica, il β-MN. Quindi, Alotrope β predomina fino a 1095 ° C quando di nuovo si trasforma in un terzo alotropico: γ-MN.

Γ-Mn ha due strutture cristalline differenziabili. Un cubico centrato sul viso (FCC) e l'altro tetragonale centrato sul viso (FCT) Tetragonale incentrato sul viso) a temperatura ambiente. E infine, a 1134 ° C il γ-Mn viene trasformato nell'alotrope Δ-Mn, che si cristallizza in una normale struttura BCC.

Pertanto, il manganese ha fino a quattro forme altotropiche, tutte dipendenti dalla temperatura; E per quanto riguarda i dipendenti dalla pressione, non ci sono troppi riferimenti bibliografici per consultarli.

In queste strutture gli atomi di mn sono uniti da un legame metallico governato dai loro elettroni di valenza, secondo la loro configurazione elettronica:

[AR] 3D⁵ 4s²

Stati di ossidazione

La configurazione elettronica del manganese ci consente di osservare che ha sette elettroni di valenza; cinque nell'orbitale 3D e due nell'orbitale 4S. Quando si perde tutti questi elettroni durante la formazione dei loro composti, assumendo l'esistenza del catione Mn⁷⁺, Si dice che acquisisca un numero di ossidazione di +7 o Mn (VII).

Il kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺O^2-₄) È un esempio di un composto con Mn (VII) ed è facile riconoscerlo per i suoi colori viola luminosi:

Due soluzioni KMNO4. Un concentrato (a sinistra) e l'altro diluito (a destra). Fonte: Pradana Aumars [CC0]

Il manganese può gradualmente perdere ciascuno dei suoi elettroni. Pertanto, i suoi numeri di ossidazione possono anche essere +1, +2 (MN²⁺, il più stabile di tutti), +3 (MN³⁺), e così via fino a +7, già menzionato.

Più sono positivi i numeri di ossidazione, maggiore è la sua tendenza a guadagnare elettroni; Cioè, la sua potenza ossidante sarà maggiore, poiché gli elettroni "rubano" ad altre specie per ridurre e fornire domanda elettronica. Ecco perché il kmno₄ È un grande agente ossidante.

Colori

Tutti i composti di manganese sono caratterizzati dall'essere colorati e la ragione è dovuta a transizioni elettroniche D-D, diverse per ogni stato di ossidazione e per i loro ambienti chimici. Pertanto, i composti Mn (VII) sono generalmente violati, mentre quelli di Mn (VI) e Mn (V), per esempio, sono rispettivamente verdi e blu.

Soluzione verde manganato di potassio, k2mno4. Fonte: Choij [dominio pubblico]

I composti mn (ii) sembrano un po 'sbiaditi, contrastando il kmno₄. Ad esempio, i Mons₄ e MCL₂ Sono colori rosa pallido solido, quasi bianchi.

Può servirti: zinco: storia, proprietà, struttura, rischi, usi

Questa differenza è dovuta alla stabilità del MN²⁺, le cui transizioni elettroniche richiedono più energia e, quindi, assorbe a malapena le radiazioni della luce visibile riflettendo quasi tutti.

Dov'è il magnesio?

Mineral Pirolusita, la più ricca fonte di manganese della corteccia terrestre. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.Com-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Il manganese costituisce lo 0,1 % della crosta terrestre e occupa i dodici luogo tra gli elementi presenti in essa. I suoi principali depositi si trovano in Australia, Sudafrica, Cina, Gabón e Brasile.

Tra i principali minerali del manganese ci sono i seguenti:

-Pirolusione (MNO₂) Con il 63% di MN

-Ramsdelita (MNO₂) Con il 62% di MN

-Manganita (MN₂O₃· H₂O) con il 62% di Mn

-Cryptomelaan (KMN₈O₁₆) Con 45 - 60% di MN

-Hausmanita (Mn · MN₂O₄) Con il 72% di MN

-Braunita (3mn₂O_{3 ·}Mnsio₃) con il 50 - 60% di Mn e (MNCO₃) Con il 48% di MN.

Solo i minerali contenenti oltre il 35% di manganese sono considerati in commercio.

Sebbene ci sia pochissima manganese (10 ppm) nell'acqua di mare, sul pavimento del fondo del mare ci sono lunghe aree coperte di noduli di manganese; Chiamati anche noduli polimetallici. In questi ci sono grappoli di manganese e un po 'di ferro, alluminio e silicio.

La riserva di manganese dei noduli è stimata in una quantità molto maggiore della riserva del metallo sulla superficie terrestre.

I noduli di alta qualità contengono tra il 10 e il 20% di manganese, con un po 'di rame, cobalto e nichel. Tuttavia, ci sono dubbi sulla redditività commerciale dello sfruttamento minerario dei noduli.

Cibi con manganese

Il manganese è un elemento essenziale nella dieta dell'uomo, poiché interviene nello sviluppo del tessuto osseo; così come nella loro formazione e sintesi di proteoglicani, formatori di cartilagine.

Per tutto ciò, è necessaria una dieta adeguata al manganese, selezionando gli alimenti che contengono l'elemento.

Quello che segue è un elenco di alimenti contenenti manganesi, con i valori espressi in Mg di manganese/100 g di cibo:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Lampone e fragola 0,71 mg/100g

-Banana fresca 0,27 mg/100g

-Spinaci cotti 0,90 mg/100g

-0,45 mg/100 g di patate dolci

-Soja Porto 0,5 mg/100g

-CURY CULLY 0,22 mg/100g

-Broccoli cotti 0,22 mg/100 g

-Ceci in scatola 0,54 m/100g

-Quinoa cotta 0,61 mg/100g

-Farina di grano integrale 4,0 mg/100g

-Riso completo cotto 0,85 mg/100 g

-7,33 mg/100 g di tutti i cereali del marchio

-Semi di chia 2,33 mg/100g

-Mandorle assaggiate 2,14 mg/100g

Con questi alimenti è facile soddisfare i requisiti di manganese, che sono stati stimati negli uomini in 2,3 mg/die; Mentre le donne hanno bisogno di ingerire 1,8 mg/giorno di manganese.

Carta biologica

Il manganese interviene nel metabolismo di carboidrati, proteine ​​e lipidi, nonché nella formazione ossea e nel meccanismo di difesa contro i radicali liberi.

Il manganese è un cofattore per l'attività di numerosi enzimi, tra cui: superossido di reduttasi, campionati, idrolasi, chinasi e decarbossilasi. La carenza di manganese è stata correlata a perdita di peso, nausea, vomito, dermatite, ritardo di crescita e anomalie scheletriche.

Il manganese interviene nella fotosintesi, in particolare nel funzionamento del fotosistema II, correlato alla dissociazione dell'acqua per formare ossigeno. L'interazione tra i fotosistemi I e II è necessaria per la sintesi di ATP.

Il manganese è considerato necessario per fissare il nitrato da parte delle piante, una fonte di azoto e una componente nutrizionale primaria delle piante.

Applicazioni

Acciai

Il manganese è solo un metallo con proprietà insufficienti per applicazioni industriali. Tuttavia, se miscelato in piccole proporzioni con ghisa, acciai risultanti. Questa lega, chiamata Ferromanganese, viene anche aggiunta ad altri acciai, essendo una componente essenziale per renderla inossidabile.

Non solo aumenta la sua resistenza all'usura e alla forza, ma anche Desolfura, deossigeno e Parasphorila, rimuovendo gli atomi di S, o e non esistito nella produzione in acciaio. Il materiale formato è così forte che viene utilizzato per la creazione di ferrovie, barre di gabbia in carceri, caschi, casseforti, ruote, ecc.

Può servirti: radio: struttura, proprietà, usi, ottenimento

Il manganese può anche legare rame, zinco e nichel; cioè, per produrre leghe non ferrose.

Barattoli di alluminio

Il manganese viene anche utilizzato per la produzione di leghe di alluminio, che è normalmente assegnata per la produzione di lattine di gas o birre. Queste leghe Al-Mn sono resistenti alla corrosione.

Fertilizzanti

Perché il manganese è benefico per le piante, come MNO₂ o mgso₄ Trova l'uso nella formulazione dei fertilizzanti, in modo che i terreni siano arricchiti in questo metallo.

Agente ossidante

L'MN (VII), espressamente come kmno₄, È un potente agente ossidante. La sua azione è tale che aiuta a disinfettare le acque, essendo la scomparsa del suo colore viola indicativo che ha neutralizzato i microbi presenti.

Serve anche come titolo nelle reazioni redox analitiche; Ad esempio, nella determinazione di ferro ferroso, solfiti e perossidi di idrogeno. E inoltre, è un reagente per eseguire alcune ossidazioni organiche, la maggior parte delle volte sintesi di acidi carbossilici; Tra questi, acido benzoico.

Bicchiere

Il vetro presenta naturalmente un colore verde per il suo contenuto di ossido ferrico o silicati ferrosi. Se viene aggiunto un composto che può in qualche modo reagire con il ferro e isolarlo dal materiale, il vetro verrà scolorito o perso il suo caratteristico colore verde.

Quando il manganese viene aggiunto come MNO₂ Con questo scopo, e nient'altro, il vetro trasparente termina a caricare toni rosa, viola o bluastri; Motivo per cui altri ioni metallici vengono sempre aggiunti per contrastare tale effetto e mantenere un vetro incolore, se questo è il desiderio.

D'altra parte, se c'è un mio eccesso₂, Il vetro è ottenuto con sfumature marroni o addirittura nere.

Essiccatori

Sali di manganese, in particolare MNO₂, Mn₂O₃, MSSO₄, Mnc₂O₄ (ossalato) e altri vengono utilizzati per asciugare semi di semi di lino o basse temperature.

Nanoparticelle

Come altri metalli, i loro cristalli o aggregati possono essere così piccoli fino a raggiungere le scale nanometriche; Queste sono, nanoparticelle di manganese (NPS-MN), riservate per applicazioni al di fuori degli acciai.

NPS-MN fornisce una maggiore reattività quando si occupano di reazioni chimiche in cui il manganese metallico può intervenire. Mentre il tuo metodo di sintesi è verde, usando piante o estratti di microrganismo, più amichevoli saranno le tue potenziali applicazioni con l'ambiente.

Alcuni dei suoi usi sono:

-Purificano le acque reflue

-Richieste nutrizionali di manganese Fornitura

-Servono come agente antimicrobico e antifungino

-Degradono i coloranti

-Fanno parte del fornset Super C di ioni di litio

-Catalizzano l'epossidazione dell'olefina

-Il DNA estrae purifica

Tra queste applicazioni le nanoparticelle dei loro ossidi (NPS MNO) possono anche partecipare o addirittura sostituire Metallic.

Cornici in metallo organico

Gli ioni di manganese possono interagire con una matrice organica per stabilire una cornice in metallo organico (MOF: Framework organico metallico). All'interno delle porosità o degli interstizi di questo tipo di solido, con collegamenti direzionali e strutture ben definite, è possibile produrre e catalizzare reazioni chimiche.

Ad esempio, a partire da MNCL₂· 4h₂Oppure, acido benzenotricarbossilico e N, N-imimetilformammide, queste due molecole organiche sono coordinate con Mn²⁺ Per formare un MOF.

Questo MOF-MN è in grado di catalizzare l'ossidazione di alcani e alcheni, come: cicloesen, allungamento, ciclooocteno, adamantano ed etilbenzene, trasformandoli in epossidi, alcoli o chetoni. Le ossidazioni si verificano all'interno delle reti solide e intricate cristalline (o amorfe).

Riferimenti

1. M. Saldatura e altri. (1920). MANGANESE: utilizzo, preparazione, costi di estrazione e produzione di pappelle. Recuperato da: digicoll.Manoa.Hawaii.Edu
2. Wikipedia. (2019). Manganese. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. J. Bradley e J. Thewlis. (1927). La struttura cristallina di α-manganese. Estratto da: RoyalsocieTypublishing.org
4. Fullilove f. (2019). Manganese: fatti, usi e benefici. Studio. Recuperato da: studio.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Tabella del periodo: manganese. Recuperato da: RSC.org
6. Vahid h. & Nasser g. (2018). Sintesi verde di nanoparticelle di manganese: applicazioni e prospettiva futura, una revisione. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology Volume 189, Pages 234-243.
7. Clark J. (2017). Manganese. Recuperato da: ChemGuide.co.UK
8. Farzaneh & l. Hamidipour. (2016). Framework organico Mn-metal come catalizzatore eterogeneo per l'ossidazione di alcani e alcheni. Journal of Sciences, Repubblica islamica dell'Iran 27 (1): 31 - 37. Università di Teheran, ISSN 1016-1104.
9. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2019). Manganese. Database PubChem. CID = 23930. Recuperato da: pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Gov