The mangan je chemický prvek, který se skládá z přechodného kovu, představovaného symbolem Mn, a jehož atomové číslo je 25. Jeho název je způsoben černou magnézií, dnes minerálem pyrolusitem, který byl studován v řecké oblasti Magnesia.
Je to dvanáctý nejhojnější prvek v zemské kůře, který se nachází v různých minerálech jako ionty s různými oxidačními stavy. Ze všech chemických prvků se mangan vyznačuje tím, že je přítomen ve svých sloučeninách s mnoha oxidačními stavy, z nichž jsou nejčastější +2 a +7..
Ve své čisté a kovové formě nemá mnoho aplikací. Lze jej však přidat do oceli jako jednu z hlavních přísad, aby byla nerezová. Jeho historie tedy úzce souvisí s historií železa; i když jeho sloučeniny byly přítomny v jeskynních malbách a starověkém skle.
Jeho sloučeniny nacházejí uplatnění v bateriích, analytických metodách, katalyzátorech, organických oxidacích, hnojivech, barvení sklenic a keramiky, sušičkách a doplňcích výživy, aby uspokojily biologickou poptávku po manganu v našem těle..
Také sloučeniny manganu jsou velmi barevné; bez ohledu na to, zda dochází k interakcím s anorganickými nebo organickými druhy (organomangan). Jeho barvy závisí na počtu nebo oxidačním stavu, přičemž jsou +7 nejreprezentativnější v oxidačním a antimikrobiálním činidle KMnO4.
Kromě výše uvedeného environmentálního použití manganu jsou jeho nanočástice a rámce organických kovů alternativami pro vývoj katalyzátorů, pevných látek adsorbentu a materiálů elektronických zařízení..
Rejstřík článků
Počátky manganu, stejně jako u mnoha jiných kovů, jsou spojeny s počátky jeho nejhojnějšího minerálu; v tomto případě pyrolusit, MnOdva, kterou nazývali černá magnézie, pro její barvu a protože byla shromážděna v řecké Magnesii. Jeho černá barva byla dokonce použita ve francouzských jeskynních malbách.
Jeho křestní jméno bylo mangan, dané Michele Mercati, a poté se změnilo na mangan. MnOdva Používal se také k odbarvování skla a podle určitých vyšetřování byl nalezen u mečů Sparťanů, kteří už v té době vyráběli své vlastní oceli.
Mangan byl obdivován pro barvy svých sloučenin, ale až v roce 1771 navrhl švýcarský chemik Carl Wilhelm jeho existenci jako chemický prvek.
Později, v roce 1774, se Johan Gottlieb Gahn podařilo snížit MnOdva na kovový mangan využívající minerální uhlí; v současné době redukován hliníkem nebo transformován na jeho síranovou sůl, MgSO4, který končí elektrolyzací.
V 19. století získal mangan svou obrovskou komerční hodnotu, když se ukázalo, že zvyšuje pevnost oceli, aniž by měnil její tvárnost, a produkoval feromangan. Stejně tak MnOdva našel použití jako katodový materiál v zinko-uhlíkových a alkalických bateriích.
Kovová stříbrná barva.
54 938 u
25
1 246 ° C
2 061 ° C
-Při teplotě místnosti: 7,21 g / ml.
-Při teplotě tání (kapalina): 5,95 g / ml
12,91 kJ / mol
221 kJ / mol
26,32 J / (mol K)
1,55 na Paulingově stupnici
První úroveň: 717,3 kJ / mol.
Druhá úroveň: 2150,9 kJ / mol.
Třetí úroveň: 3348 kJ / mol.
Empirická 127 hodin
7,81 W / (m K)
1,44 µΩ · m při 20 ° C
Paramagnetický, je slabě přitahován elektrickým polem.
6,0 na Mohsově stupnici
Mangan je méně elektronegativní než jeho nejbližší sousedé na periodické tabulce, takže je méně reaktivní. Může však hořet na vzduchu v přítomnosti kyslíku:
3 Mn (s) +20dva (g) => Mn3NEBO4 (s)
Může také reagovat s dusíkem při teplotě přibližně 1200 ° C za vzniku nitridu manganu:
3 Mn (s) + Ndva (s) => Mn3Ndva
Rovněž se přímo kombinuje s borem, uhlíkem, sírou, křemíkem a fosforem; ale ne s vodíkem.
Mangan se rychle rozpouští v kyselinách a způsobuje soli s manganovým iontem (Mndva+) a uvolňování plynného vodíku. Reaguje stejně s halogeny, ale vyžaduje vysoké teploty:
Mn (s) + Brdva (g) => MnBrdva (s)
Mangan může vytvářet vazby s atomy uhlíku, Mn-C, což mu umožňuje vytvářet řadu organických sloučenin zvaných organomangan.
V organomanganu jsou interakce způsobeny buď vazbami Mn-C nebo Mn-X, kde X je halogen, nebo umístěním kladného středu manganu s elektronickými mračny konjugovaných π systémů aromatických sloučenin.
Příklady výše uvedeného jsou sloučeniny jodid fenylmanganičitý, PhMnI a trikarbonyl methylcyklopentadienyl manganu, (C5H4CH3) -Mn- (CO)3.
Tento poslední organomangan vytváří Mn-C vazbu s CO, ale současně interaguje s aromatickým mrakem C kruhu5H4CH3, uprostřed tvořící sendvičovou strukturu:
Má jediný stabilní izotop 55Mn se 100% hojností. Ostatní izotopy jsou radioaktivní: 51Mn, 52Mn, 53Mn, 54Mn, 56Mn a 57Mn.
Struktura manganu při pokojové teplotě je složitá. Ačkoli je považován za kubický centrovaný na tělo (bcc), experimentálně se ukázalo, že jeho jednotková buňka je zkreslená krychle.
Tato první fáze nebo allotrope (v případě kovu jako chemického prvku), nazývaná α-Mn, je stabilní až do 725 ° C; Jakmile je této teploty dosaženo, dojde k přechodu na jiný stejně „vzácný“ alotrop, β-Mn. Poté převládá β allotrop do 1095 ° C, kdy se opět stane třetím alotropem: γ-Mn.
Γ-Mn má dvě diferencovatelné krystalové struktury. Jeden obličejově centrovaný kubický (fcc) a druhý obličejově centrovaný tetragonální (fct) tváří na střed tetragonální) pokojová teplota. A konečně, při 1134 ° C se γ-Mn transformuje na allotrope δ-Mn, který krystalizuje v běžné struktuře bcc.
Mangan má tedy až čtyři alotropní formy, všechny závislé na teplotě; a pokud jde o ty, které jsou závislé na tlaku, není příliš mnoho bibliografických odkazů, abychom je mohli konzultovat.
V těchto strukturách jsou atomy Mn spojeny kovovou vazbou ovládanou jejich valenčními elektrony podle jejich elektronické konfigurace:
[Ar] 3d5 4 sdva
Elektronická konfigurace manganu nám umožňuje pozorovat, že má sedm valenčních elektronů; pět na oběžné dráze 3d a dvě na oběžné dráze 4s. Ztráta všech těchto elektronů během tvorby jejích sloučenin za předpokladu existence kationtu Mn7+, říká se, že získává oxidační číslo +7 nebo Mn (VII).
KMnO4 (K.+Mn7+NEBOdva-4) je příkladem sloučeniny s Mn (VII) a je snadno rozpoznatelná podle jasně fialové barvy:
Mangan může postupně ztrácet každý ze svých elektronů. Jejich oxidační čísla tedy mohou být také +1, +2 (Mndva+, nejstabilnější ze všech), +3 (Mn3+), a tak dále až do +7, již zmíněno.
Čím pozitivnější jsou oxidační čísla, tím větší je jejich tendence získávat elektrony; to znamená, že jejich oxidační síla bude větší, protože „ukradnou“ elektrony jiným druhům, aby se snížily a dodaly elektronickou poptávku. Proto je KMnO4 je to skvělé oxidační činidlo.
Všechny sloučeniny manganu se vyznačují tím, že jsou barevné, a důvodem jsou elektronické přechody d-d, odlišné pro každý oxidační stav a jejich chemické prostředí. Sloučeniny Mn (VII) mají tedy obvykle fialovou barvu, zatímco například sloučeniny Mn (VI) a Mn (V) jsou zelené a modré..
Sloučeniny Mn (II) vypadají na rozdíl od KMnO trochu vybledle4. Například MnSO4 a MnCldva jsou světle narůžovělé, téměř bílé pevné látky.
Tento rozdíl je způsoben stabilitou Mndva+, jejichž elektronické přechody vyžadují více energie, a proto stěží absorbují záření viditelného světla, což odráží téměř všechny z nich.
Mangan tvoří 0,1% zemské kůry a zaujímá dvanácté místo mezi prvky v něm obsaženými. Jeho hlavní ložiska jsou v Austrálii, Jižní Africe, Číně, Gabonu a Brazílii.
Mezi hlavní minerály manganu patří:
-Pyrolusit (MnOdva) s 63% Mn
-Ramsdelite (MnOdva) s 62% Mn
-Manganit (MndvaNEBO3HdvaO) s 62% Mn
-Cryptomelane (KMn8NEBO16) s 45 - 60% Mn
-Hausmanit (MnMndvaNEBO4) s 72% Mn
-Braunit (3MndvaNEBO3 ·MnSiO3) s 50 - 60% Mn a (MnCO3) se 48% Mn.
Pouze minerály obsahující více než 35% manganu jsou považovány za komerčně využitelné.
Ačkoli je v mořské vodě velmi málo manganu (10 ppm), na dně mořského dna jsou dlouhé oblasti pokryté manganovými uzlíky; nazývané také polymetalické uzliny. V nich se hromadí mangan a některé železo, hliník a křemík.
Odhaduje se, že manganová rezerva uzlů je mnohem větší než rezerva kovu na zemském povrchu..
Vysoce kvalitní uzliny obsahují 10-20% manganu, s trochou mědi, kobaltu a niklu. Existují však pochybnosti o komerční ziskovosti těžby uzlů..
Mangan je základním prvkem ve stravě člověka, protože zasahuje do vývoje kostní tkáně; stejně jako při jeho tvorbě a syntéze proteoglykanů, činidel tvořících chrupavku.
K tomu všemu je nutná adekvátní manganová strava, která vybírá potraviny, které daný prvek obsahují.
Následuje seznam potravin, které obsahují mangan, s hodnotami vyjádřenými v mg manganu / 100 g potraviny:
-Ananas 1,58mg / 100g
-Malina a jahoda 0,71 mg / 100 g
-Čerstvý banán 0,27 mg / 100 g
-Vařený špenát 0,90 mg / 100 g
-Sladký brambor 0,45 mg / 100 g
-Sója 0,5 mg / 100 g
-Vařená kapusta 0,22 mg / 100 g
-Vařená brokolice 0,22 mg / 100 g
-Cizrna v konzervách 0,54 m / 100 g
-Vařená quinoa 0,61 mg / 100 g
-Celozrnná mouka 4,0 mg / 100 g
-Vařená hnědá rýže 0,85 mg / 100 g
-Všechny značkové cereálie 7,33 mg / 100 g
-Chia semínka 2,33 mg / 100 g
-Opečené mandle 2,14 mg / 100 g
S těmito potravinami je snadné splnit požadavky na mangan, které byly u mužů odhadovány na 2,3 mg / den; zatímco ženy musí přijímat 1,8 mg manganu denně.
Mangan se podílí na metabolismu sacharidů, bílkovin a lipidů, na tvorbě kostí a na obranném mechanismu proti volným radikálům.
Mangan je kofaktorem pro aktivitu mnoha enzymů, včetně: superoxid reduktázy, ligáz, hydroláz, kináz a dekarboxyláz. Nedostatek manganu byl spojen s úbytkem hmotnosti, nevolností, zvracením, dermatitidou, zpomalením růstu a abnormalitami skeletu..
Mangan se podílí na fotosyntéze, konkrétně na provozu systému Photosystem II, který souvisí s disociací vody za vzniku kyslíku. Interakce mezi Photosystems I a II je nezbytná pro syntézu ATP.
Mangan je považován za nezbytný pro fixaci dusičnanů rostlinami, zdrojem dusíku a primární výživnou složkou rostlin.
Samotný mangan je kov s nedostatečnými vlastnostmi pro průmyslové aplikace. Když se však smísí v malých poměrech s litinou, výsledné oceli. Tato slitina, nazývaná feromangan, se také přidává do jiných ocelí, což je základní součást její nerezové oceli..
Nejen, že zvyšuje odolnost a pevnost proti opotřebení, ale také jej odsíří, deoxygenuje a defosforyluje a odstraňuje nežádoucí atomy S, O a P při výrobě oceli. Vytvořený materiál je tak silný, že se používá k vytváření železničních tratí, vězeňských klecí, helem, trezorů, kol atd..
Mangan může být také legován mědí, zinkem a niklem; tj. vyrábět neželezné slitiny.
Mangan se také používá k výrobě slitin hliníku, které se běžně používají k výrobě plechovek sody nebo piva. Tyto slitiny Al-Mn jsou odolné proti korozi.
Protože mangan je prospěšný pro rostliny, jako MnOdva nebo MgSO4 nachází uplatnění ve složení hnojiv takovým způsobem, že jsou půdy obohaceny o tento kov.
Mn (VII), výslovně jako KMnO4, je to silné oxidační činidlo. Jeho působení je takové, že pomáhá dezinfikovat vody, přičemž zmizení jeho fialové barvy naznačuje, že neutralizovalo přítomné mikroby.
Slouží také jako titrant při analytických redoxních reakcích; například při stanovení železného železa, siřičitanů a peroxidů vodíku. A navíc je to činidlo provádějící určité organické oxidace, většinou syntézu karboxylových kyselin; mezi nimi kyselina benzoová.
Sklo má přirozeně zelenou barvu díky svému obsahu oxidu železitého nebo železnatých silikátů. Pokud se přidá sloučenina, která může nějakým způsobem reagovat se železem a izolovat ho od materiálu, pak sklo změní barvu nebo ztratí svou charakteristickou zelenou barvu..
Když se přidá mangan jako MnOdva s tímto účelem, a nic jiného, průhledné sklo nakonec získá růžové, fialové nebo namodralé odstíny; důvod, proč se vždy přidávají další kovové ionty, aby se zabránilo tomuto efektu a zůstalo sklo bezbarvé, pokud je to touha.
Na druhou stranu, pokud existuje přebytek MnOdva, získá se sklo s hnědými nebo dokonce černými odstíny.
Soli manganu, zejména MnOdva, MndvaNEBO3, MnSO4, MnCdvaNEBO4 (oxalát) a další se používají k sušení lněných semen nebo olejů při nízkých nebo vysokých teplotách.
Stejně jako jiné kovy mohou být jeho krystaly nebo agregáty malé jako nanometrické stupnice; jedná se o nanočástice manganu (NPs-Mn) vyhrazené pro jiné aplikace než oceli.
NPs-Mn poskytují větší reaktivitu při řešení chemických reakcí, kde může zasahovat kovový mangan. Pokud je vaše metoda syntézy zelená, s použitím rostlinných extraktů nebo mikroorganismů, tím ekologičtější budou vaše potenciální aplikace..
Některá z jeho použití jsou:
-Čistí odpadní vodu
-Splňte nutriční požadavky na mangan
-Slouží jako antimikrobiální a protiplísňové činidlo
-Degradujte barviva
-Jsou součástí superkondenzátorů a lithium-iontových baterií
-Katalyzují epoxidaci olefinů
-Vyčistěte extrakty DNA
Mezi těmito aplikacemi se mohou také podílet nebo dokonce nahradit kovové částice jejich oxidy (NP MnO)..
Ionty manganu mohou interagovat s organickou matricí a vytvořit tak organickou kovovou kostru (MOF: Kovový organický rámec). V pórovitostech nebo mezerách tohoto typu pevné látky, se směrovými vazbami a dobře definovanými strukturami, lze produkovat a heterogenně katalyzovat chemické reakce..
Například počínaje od MnCldva4HdvaO, kyselina benzenetikarboxylová a N, N-dimethylformamid, tyto dvě organické molekuly koordinují s Mndva+ vytvořit MOF.
Tento MOF-Mn je schopen katalyzovat oxidaci alkanů a alkenů, jako jsou: cyklohexen, styren, cyklookten, adamantan a ethylbenzen, a přeměňovat je na epoxidy, alkoholy nebo ketony. Oxidace probíhají v pevné látce a jejích složitých krystalických (nebo amorfních) mřížkách.
Zatím žádné komentáře