МАНГАН: ИСТОРИЈА, СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Мангана је хемијски елемент који се састоји од прелазног метала представљено Мн симбола и атомски број 25. Његово име је због црне магнезита данас пиролусите руде, који је студирао у Магнесиа, један Грчка.

То је дванаести најбројнији елемент у земљиној кори, који се налази у мноштву минерала као јони који имају различита стања оксидације. Од свих хемијских елемената, манган се разликује по томе што је присутан у својим једињењима са много стања оксидације, од којих су +2 и +7 најчешћи.

Металик манган. Извор: В. Оелен

У свом чистом и металном облику нема много примена. Међутим, у челик се може додати као један од главних адитива како би постао нехрђајући. Дакле, његова историја је уско повезана са историјом гвожђа; иако су њена једињења присутна у пећинским сликама и древном стаклу.

Његова једињења проналазе примену у батеријама, аналитичким методама, катализаторима, органским оксидацијама, ђубривима, бојењу чаша и керамике, сушара и додатака исхрани да задовоље биолошку потражњу за манганом у нашим телима.

Такође, једињења мангана су веома шарена; без обзира да ли постоје интеракције са неорганским или органским врстама (органоманганесе). Њихове боје зависе од броја или стања оксидације и представљају +7 најрепрезентативнији у оксидирајућем и антимикробном средству КМнО ₄ .

Поред горе наведених употреба мангана у околини, његове наночестице и оквири од органског метала су опције за развијање катализатора, адсорбенса и чврстих материјала.

Историја

Почетци мангана, попут многих других метала, повезани су са оним његовог најобилнијег минерала; у овом случају, пиролусит, МнО ₂ , који су назвали црним магнезитом, због његове боје и због тога што је сакупљен у Магнезији, у Грчкој. Његова црна боја коришћена је чак и у француским пећинским сликама.

Прво име било је Манганесе, које је дао Мицхеле Мерцати, а онда је прешло у Манганесе. МнО _{2 се} такође користио за уклањање стакла и, према неким истраживањима, пронађен је у мачевима Спартанаца, који су до тада већ израђивали своје челике.

Манган је био обожаван због боја својих једињења, али тек је 1771. године швајцарски хемичар Царл Вилхелм предложио његово постојање као хемијски елемент.

Касније, 1774. године, Јохан Готтлиеб Гахн успео је да редукује МнО ₂ у метални манган користећи угаљ; Тренутно редукована са алуминијума или трансформишу његовом сулфат соли, МгСО ₄ , која завршава се електолитног.

У 19. веку, манган је стекао своју огромну комерцијалну вредност када се показало да побољшава чврстоћу челика, а да притом не мења своју ковљивост, стварајући фероманган. Слично томе, МнО _{2 је} нашао употребу као катодног материјала у цинково -угљеничним и алкалним батеријама.

Својства

Изглед

Металик сребрна боја.

Атомска маса

54,938 у

Атомски број (З)

25

Тачка топљења

1,246 ºЦ

Тачка кључања

2,061 ºЦ

Густина

-На собној температури: 7,21 г / мЛ.

- Тачка топљења (течна): 5,95 г / мЛ

Топлина фузије

12,91 кЈ / мол

Топлина испаравања

221 кЈ / мол

Моларни калоријски капацитет

26,32 Ј / (мол К)

Електронегативност

1,55 по Паулинг скали

Енергије јонизације

Први ниво: 717,3 кЈ / мол.

Други ниво: 2.150.9 кЈ / мол.

Трећи ниво: 3,348 кЈ / мол.

Атомски радио

Емпиријски 127 пм

Топлотна проводљивост

7,81 В / (м К)

Електрична отпорност

1,44 µΩ · м на 20 ºЦ

Магнетни ред

Парамагнетно, слабо га привлачи електрично поље.

Тврдоћа

6.0 по Мохосовој скали

Хемијске реакције

Манган је мање електронегативан од најближих суседа на периодичној табели, што га чини мање реактивним. Међутим, може сагорети у ваздуху у присуству кисеоника:

3 Мн (с) + 2 О ₂ (г) => Мн ₃ О ₄ (с)

Такође може да реагује са азотом на температури од око 1200 ° Ц, да формира манганов нитрид:

3 Мн (а) + Н ₂ (с) => Мн ₃ Н ₂

Такође се директно комбинује са бором, угљеником, сумпором, силицијумом и фосфором; али не и са водоником.

Манган се брзо раствара у киселинама, изазивајући соли са јоном мангана (Мн ²⁺ ) и ослобађајући водоник гас. Једнако реагује са халогенима, али захтева високе температуре:

Мн (с) + Бр ₂ (г) => МнБр ₂ (с)

Органокомпозити

Манган може да формира везе са атомима угљеника, Мн-Ц, омогућавајући му да настаје низ органских једињења која се називају органоманганесе.

Интеракције у органомангану настају или везама Мн-Ц или Мн-Кс, где је Кс халоген, или позиционирањем позитивног центра мангана са електронским облацима коњугованих π система ароматичних једињења.

Примери наведених су једињења пхенилманганесе јодид, ПхМнИ и метхилцицлопентадиенил манган трикарбонил, (Ц ₅ Х ₄ ЦХ ₃ ) -Мн- (ЦО) ₃ .

Ова последња органоманганесе формира Мн-Ц везу са ЦО, али истовремено интерагује са ароматичном облак Ц ₅ Х ₄ ЦХ ₃ прстена , формирају као у сендвичу структура у средини:

Молекул метилциклопентадиенил мангана трикарбонила. Извор: 31Феесх

Изотопи

Има један стабилан ⁵⁵ Мн изотоп са 100% обиљем. Остали изотопи су радиоактивни: ⁵¹ Мн, ⁵² Мн, ⁵³ Мн, ⁵⁴ Мн, ⁵⁶ Мн и ⁵⁷ Мн.

Структура и електронска конфигурација

Структура мангана на собној температури је сложена. Иако се сматра кубом усредсређеним на тело (бцц), експериментално је показано да је његова јединична ћелија изобличена коцка.

Ова прва фаза или алотроп (у случају метала као хемијског елемента), зван α-Мн, стабилан је до 725 ° Ц; Једном када се та температура достигне, долази до преласка на други једнако „ретки“ алотроп, β-Мн. Затим, алотроп β преовлађује до 1095 ° Ц када се поново трансформише у трећи алотроп: γ-Мн.

Γ-Мн има две различите кристалне структуре. Један кубни (фцц) са средишњим лицем, а други тетрагонални (фцт) са средишњим лицем на собној температури. И на крају, при 1134 ° Ц, γ-Мн се трансформише у алотроп δ-Мн, који се кристализује у обичној бцц структури.

Тако, манган има до четири алотропне форме, а све зависи од температуре; а што се тиче оних који зависе од притиска, нема превише библиографских референци да би их консултовали.

У овим структурама атоми Мн су повезани металном везом којом управљају валентни електрони, у складу са својом електронском конфигурацијом:

3д ⁵ 4с ²

Оксидациона стања

Електронска конфигурација мангана омогућава нам да опазимо да има седам валентних електрона; пет у 3д орбитали и две у орбити 4с. Изгубивши све ове електроне током стварања његових једињења, претпостављајући постојање Мн ⁷⁺ катиона , каже се да добија оксидациони број +7 или Мн (ВИИ).

КМнО ₄ (К ⁺ Мн ⁷⁺ О ^2- ₄ ) је пример једињења са Мн (ВИИ), и лако је препознати по његовим јарко љубичастим бојама:

Два КМнО4 решења. Једна концентрована (лева), а друга разблажена (десна). Извор: Прадана Аумарс

Манган може постепено да изгуби сваки свој електрон. Дакле, њихови оксидациони бројеви такође могу бити +1, +2 (Мн ²⁺ , најстабилнији од свих), +3 (Мн ³⁺ ), итд., До +7, који је већ поменут.

Што су позитивнији бројеви оксидације, већа је њихова склоност добијању електрона; то значи да ће њихова оксидациона моћ бити већа, јер ће „красти“ електроне другим врстама да би се смањили и опскрбили електронском потражњом. Због тога је КМнО ₄ одличан оксидант.

Боје

За сва једињења мангана карактеристично је да су шарени, а разлог су електронски прелази дд, различити за свако оксидационо стање и њихову хемијску околину. Стога су једињења Мн (ВИИ) обично љубичасте боје, док су, на пример, Мн (ВИ) и Мн (В) зелене и плаве боје.

Зелени раствор калијум манганата, К2МнО4. Извор: Цхоиј

Једињења Мн (ИИ) су помало испрана, за разлику од КМнО ₄ . На пример, МнСО ₄ и МнЦ ₂ су бледо розе, скоро беле чврсте супстанце.

Ова разлика је због стабилности Мн ²⁺ , за чије електронске транзиције је потребно више енергије и, стога, једва апсорбује зрачење видљивом светлошћу, одражавајући готово све њих.

Где се налази магнезијум?

Минерал пиролусит, најбогатији извор мангана у земљиној кори. Извор: Роб Лавински, иРоцкс.цом - ЦЦ-БИ-СА-3.0

Манган представља 0,1% земљине коре и заузима дванаесто место међу елементима који су у њему. Главна лежишта су у Аустралији, Јужној Африци, Кини, Габону и Бразилу.

Међу главним минералима мангана су следећи:

-Пиролусит (МнО ₂ ) са 63% Мн

-Рамсделите (МНО ₂ ) са 62% Мн

-Манганите (Мн ₂ О ₃ · Х ₂ О) са 62% Мн

-Криптомелан (КМн ₈ О ₁₆ ) са 45 - 60% Мн

-Хаусманите (Мн · Мн ₂ О ₄ ) са 72% Мн

-Брауните (3мн ₂ О _{3 ·} МнСиО ₃ ) са 50-60% Мн и (МнЦО ₃ ) са 48% Мн.

Само минерали који садрже више од 35% мангана сматрају се комерцијално минобилним.

Иако је у морској води врло мало мангана (10 ппм), на дну морског дна постоје дуге површине прекривене манганима нодулама; који се називају и полиметални нодули. У њима се накупљају манган и нешто гвожђа, алуминијума и силицијума.

Процењује се да је залиха мангана од нодула много већа од резерве метала на земљиној површини.

Нодули високог квалитета садрже 10-20% мангана, са мало бакра, кобалта и никла. Међутим, постоје сумње у комерцијалну исплативост вађења нодула.

Храна са манганом

Манган је битан елемент у исхрани човека, јер умеша у развој коштаног ткива; као и током његовог формирања и у синтези протеогликана који формирају хрскавицу.

За све ово неопходна је одговарајућа мангана исхрана, избор хране која садржи тај елемент.

Следи листа хране која садржи манган, а вредности изражене у мг мангана / 100 г хране:

-Анана 1,58 мг / 100г

-Расина и јагода 0,71 мг / 100г

-Свежа банана 0,27 мг / 100г

-Печени шпинат 0,90 мг / 100г

- Слатки кромпир 0,45 мг / 100 г

-Соиа пасуљ 0,5 мг / 100г

-Кухани кељ 0,22 мг / 100г

-Кухана броколи 0,22 мг / 100г

-Причињена сланутак 0,54 м / 100г

-Кухана квиноја 0,61 мг / 100г

-Све пшенично брашно 4,0 мг / 100г

-Печени браон пиринач 0,85 мг / 100г

-Све врсте житарица 7,33 мг / 100г

-Цхиа семенке 2,33 мг / 100г

-Тостирани бадеми 2,14 мг / 100г

Са овом храном лако је испунити потребе за манганом, које су код мушкараца процењене на 2,3 мг / дан; док жене требају уносити 1,8 мг мангана дневно.

Биолошка улога

Манган је укључен у метаболизам угљених хидрата, протеина и липида, као и у стварању костију и у одбрамбеном механизму против слободних радикала.

Манган је кофактор активности многих ензима, укључујући: супероксид редуктазу, лигазе, хидролазе, киназе и декарбоксилазе. Мањак мангана повезан је са губитком тежине, мучнином, повраћањем, дерматитисом, успоравањем раста и поремећајима у скелетима.

Манган је укључен у фотосинтезу, тачније у функционисању Пхотосистем ИИ, везаној за дисоцијацију воде ради формирања кисеоника. Интеракција фотосистема И и ИИ је неопходна за синтезу АТП-а.

Манган се сматра неопходним за фиксацију нитрата у биљкама, азотом и примарном хранљивом састојком биљака.

Апликације

Челика

Манган је сам метал са недовољним својствима за индустријску употребу. Међутим, када се помешају у малом пропорцији са ливеним гвожђем, добивени челици. Ова легура, која се назива фероманган, додаје се и другим челикима, што је суштинска компонента да се учини нехрђајућим.

Не само да повећава отпорност на хабање и чврстину, већ је и десулфурише, деоксигенира и дефосфорилира, уклањајући нежељене С, О и П атоме у производњи челика. Настали материјал је толико јак да се користи за израду железница, затворских кавеза, кацига, сефова, точкова итд.

Манган се такође може легирати бакром, цинком и никлом; то јест за производњу обојених легура.

Канте од алуминијума

Манган се такође користи за производњу легура алуминијума, које се иначе користе за прављење соде или пивских лименки. Ове Ал-Мн легуре су отпорне на корозију.

Гнојива

Будући да је манган користан за биљке, као што је МнО ₂ или МгСО _{4, он} користи употребу у формулацији ђубрива, на начин да су тла обогаћена овим металом.

Оксидирајуће средство

Мн (ВИИ), тачније КМнО ₄ , је снажно оксидационо средство. Његово дејство је такво да помаже дезинфекцију вода, а нестанак љубичасте боје указује да је неутрализовао присутне микробе.

Служи и као титрант у аналитичким редокс реакцијама; на пример, у одређивању жељеза, сулфита и водоник пероксида. Поред тога, реагенс је за извођење одређених органских оксидација, већином синтезе карбоксилних киселина; међу њима и бензоева киселина.

Наочаре

Стакло природно има зелену боју због садржаја жељезног оксида или обојених силиката. Ако се дода једињење које може некако реаговати са гвожђем и изоловати га из материјала, онда ће чаша променити боју или изгубити своју карактеристичну зелену боју.

Када се за ову сврху дода манган као МнО ₂ и ништа друго, бистра чаша се претвара у ружичасту, љубичасту или плавкасту боју; То је разлог зашто се увек додају други јони метала за спречавање овог ефекта и одржавање стакла безбојним, ако је то жеља.

С друге стране, ако постоји вишак МнО ₂ , добија се чаша са смеђим или чак црним нијансама.

Сушилице

Мангана соли, посебно МнО ₂ , Мн ₂ О ₃ , МнСО ₄ , МНЦ ₂ О ₄ (оксалата) и други, се користе за суше ланено семе или уља на ниским или високим температурама.

Наночестице

Као и други метали, и његови кристали или агрегати могу бити мали као нанометријске лествице; То су манганове наночестице (НПс-Мн), резервисане за примене осим челика.

НП-Мн обезбеђују већу реактивност када се баве хемијским реакцијама где метални манган може да интервенише. Све док је ваша метода синтезе зелена, користећи биљне екстракте или микроорганизме, пријатније ће бити ваше апликације са околином.

Неке од његових употреба су:

-Одстране отпадне воде

- Опскрбите нутритивне потребе мангана

-Служи као антимикробно и против гљивично средство

Разградите боје

-То су део суперкондензатора и литијум-јонских батерија

-Катализирајте епоксидацију олефина

-Очисти ДНК екстракте

Између ових примена, наночестице њихових оксида (НП МнО) такође могу учествовати или чак заменити металне.

Органски метални оквири

Манганови јони могу да ступају у интеракцију са органском матрицом да би се успоставили метални органски оквир (МОФ: Метал Органиц Фрамеворк). Унутар порозности или међупрости ове врсте чврстих материја, са усмереним везама и добро дефинисаним структурама, хемијске реакције могу се произвести и катализирати хетерогено.

На пример, почевши од МнЦ ₂ · 4Х ₂ О, Бензенетрицарбокилиц киселине и Н, Н-диметилформамид, ова два органски молекули координација са Мн ²⁺ да формира МОФ.

Овај МОФ-Мн је способан да катализује оксидацију алкана и алкена, попут циклохексена, стирена, циклооктена, адамантана и етилбензена, претварајући их у епоксиде, алкохоле или кетоне. Оксидације настају унутар чврсте и њених замршених кристалних (или аморфних) решетки.

Референце

1. М. Велд и други. (1920). Манган: употреба, припрема, трошкови рударства и производња феро-легура. Опоравак од: дигицолл.маноа.хаваии.еду
2. Википедиа. (2019). Манган. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Ј. Брадлеи и Ј. Тхевлис. (1927). Кристална структура α-мангана. Опоравак од: роиалсоциетипублисхинг.орг
4. Фуллилове Ф. (2019). Манган: Чињенице, употребе и користи. Студи. Опоравак од: студи.цом
5. Краљевско хемијско друштво. (2019). Периодна табела: манган. Опоравак од: рсц.орг
6. Вахид Х. и Нассер Г. (2018). Зелена синтеза наночестица мангана: Примене и будућа перспектива - Преглед. Часопис за фотохемију и фотобиологију Б: Биологија свезак 189, стр. 234-243.
7. Цларк Ј. (2017). Манган. Опоравак од: цхемгуиде.цо.ук
8. Фарзанех и Л. Хамидипоур. (2016). Мн-метални органски оквир као хетерогени катализатор оксидације алкана и алкена. Часопис за науку, Исламска Република Иран 27 (1): 31-37. Универзитет у Техерану, ИССН 1016-1104.
9. Национални центар за информације о биотехнологији. (2019). Манган. ПубЦхем база података. ЦИД = 23930. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов