De mangaan is een chemisch element dat bestaat uit een overgangsmetaal, weergegeven door het symbool Mn, en waarvan het atoomnummer 25 is. De naam is te danken aan zwart magnesiumoxide, tegenwoordig het mineraal pyrolusiet, dat werd bestudeerd in Magnesia, een regio in Griekenland.
Het is het twaalfde meest voorkomende element in de aardkorst, dat in verschillende mineralen wordt aangetroffen als ionen met verschillende oxidatietoestanden. Van alle chemische elementen onderscheidt mangaan zich doordat het in zijn verbindingen aanwezig is met vele oxidatietoestanden, waarvan +2 en +7 de meest voorkomende zijn..
In zijn pure en metallische vorm kent het niet veel toepassingen. Het kan echter aan staal worden toegevoegd als een van de belangrijkste additieven om het roestvrij te maken. De geschiedenis ervan is dus nauw verwant aan die van ijzer; ook al zijn de verbindingen ervan aanwezig geweest in grotschilderingen en oud glas.
De verbindingen vinden toepassingen in batterijen, analytische methoden, katalysatoren, organische oxidaties, meststoffen, kleuring van glazen en keramiek, drogers en voedingssupplementen om te voldoen aan de biologische vraag naar mangaan in ons lichaam..
Mangaanverbindingen zijn ook erg kleurrijk; ongeacht of er interacties zijn met anorganische of organische soorten (organomangaan). De kleuren zijn afhankelijk van het aantal of de oxidatietoestand en zijn de +7 meest representatieve in het oxiderende en antimicrobiële middel KMnO4.
Naast de bovengenoemde milieu-toepassingen van mangaan, zijn de nanodeeltjes en organische metalen raamwerken opties voor het ontwikkelen van katalysatoren, adsorberende vaste stoffen en materialen voor elektronische apparaten..
Artikel index
Het begin van mangaan, zoals dat van vele andere metalen, wordt in verband gebracht met dat van het meest voorkomende mineraal; in dit geval pyrolusiet, MnOtwee, dat ze zwart magnesia noemden, vanwege de kleur en omdat het werd verzameld in Magnesia, Griekenland. De zwarte kleur werd zelfs gebruikt in Franse grotschilderingen.
Zijn voornaam was Mangaan, gegeven door Michele Mercati, en veranderde daarna in Mangaan. Het MnOtwee Het werd ook gebruikt om glas te verkleuren en is volgens bepaalde onderzoeken gevonden in de zwaarden van de Spartanen, die toen al hun eigen staal maakten..
Mangaan werd bewonderd om de kleuren van zijn verbindingen, maar pas in 1771 stelde de Zwitserse chemicus Carl Wilhelm zijn bestaan als chemisch element voor..
Later, in 1774, slaagde Johan Gottlieb Gahn erin de MnO te verminderentwee aan metallisch mangaan met behulp van minerale steenkool; momenteel gereduceerd met aluminium of omgezet in zijn sulfaatzout, MgSO4, die uiteindelijk wordt geëlektrolyseerd.
In de 19e eeuw kreeg mangaan zijn enorme commerciële waarde toen werd aangetoond dat het de sterkte van staal verbeterde zonder de maakbaarheid te veranderen, door ferromangaan te produceren. Evenzo heeft de MnOtwee gevonden gebruik als kathodemateriaal in zink-koolstof- en alkalinebatterijen.
Metallic zilveren kleur.
54.938 u
25
1.246 ºC
2.061 ºC
-Bij kamertemperatuur: 7,21 g / ml.
-Op smeltpunt (vloeistof): 5,95 g / ml
12,91 kJ / mol
221 kJ / mol
26,32 J / (mol K)
1.55 op de schaal van Pauling
Eerste niveau: 717,3 kJ / mol.
Tweede niveau: 2.150,9 kJ / mol.
Derde niveau: 3.348 kJ / mol.
Empirisch 127 uur
7,81 W / (m · K)
1,44 µΩ · m bij 20 ºC
Paramagnetisch, het wordt zwak aangetrokken door een elektrisch veld.
6.0 op de schaal van Mohs
Mangaan is minder elektronegatief dan zijn naaste buren op het periodiek systeem, waardoor het minder reactief is. Het kan echter in de lucht branden in aanwezigheid van zuurstof:
3 Mn (s) + 2 Otwee (g) => Mn3OF4 (s)
Het kan ook reageren met stikstof bij een temperatuur van ongeveer 1.200 ° C om mangaannitride te vormen:
3 Mn (s) + Ntwee (s) => Mn3Ntwee
Het combineert ook rechtstreeks met boor, koolstof, zwavel, silicium en fosfor; maar niet met waterstof.
Mangaan lost snel op in zuren, waardoor zouten ontstaan met het mangaanion (Mntwee+) en het vrijkomen van waterstofgas. Het reageert gelijk met halogenen, maar vereist hoge temperaturen:
Mn (s) + Brtwee (g) => MnBrtwee (s)
Mangaan kan bindingen vormen met koolstofatomen, Mn-C, waardoor het een reeks organische verbindingen kan voortbrengen die organomangaan worden genoemd.
In organomangaan zijn de interacties ofwel te wijten aan de Mn-C- of Mn-X-bindingen, waarbij X een halogeen is, of aan de positionering van het positieve centrum van mangaan met de elektronische wolken van de geconjugeerde π-systemen van aromatische verbindingen..
Voorbeelden van het voorgaande zijn de verbindingen fenylmangaanjodide, PhMnI en methylcyclopentadienylmangaan-tricarbonyl, (C5H.4CH3) -Mn- (CO)3.
Dit laatste organomangaan vormt een Mn-C-binding met CO, maar werkt tegelijkertijd samen met de aromatische wolk van de C-ring5H.4CH3, het vormen van een sandwich-achtige structuur in het midden:
Heeft een enkele stabiele isotoop 55Mn met 100% overvloed. De andere isotopen zijn radioactief: 51Mn, 52Mn, 53Mn, 54Mn, 56Mn en 57Mn.
De structuur van mangaan bij kamertemperatuur is complex. Hoewel het wordt beschouwd als lichaamsgerichte kubiek (bcc), is experimenteel aangetoond dat de eenheidscel een vervormde kubus is.
Deze eerste fase of allotroop (in het geval van metaal als chemisch element), α-Mn genaamd, is stabiel tot 725 ° C; Zodra deze temperatuur is bereikt, vindt er een overgang plaats naar een andere even "zeldzame" allotroop, β-Mn. Vervolgens overheerst de β-allotroop tot 1095 ° C en wordt hij weer een derde allotroop: de γ-Mn.
Γ-Mn heeft twee differentieerbare kristalstructuren. Eén vlak gecentreerd kubiek (fcc) en het andere vlak gecentreerd tetragonaal (fct) gezicht gecentreerd tetragonaal) op kamertemperatuur. En tenslotte wordt bij 1134 ° C de γ-Mn omgezet in de allotroop δ-Mn, die kristalliseert in een gewone bcc-structuur.
Mangaan heeft dus tot vier allotrope vormen, allemaal afhankelijk van de temperatuur; en wat betreft degenen die afhankelijk zijn van druk, er zijn niet te veel bibliografische referenties om ze te raadplegen.
In deze structuren zijn de Mn-atomen verbonden door een metaalbinding die wordt beheerst door hun valentie-elektronen, volgens hun elektronische configuratie:
[Ar] 3d5 4stwee
De elektronische configuratie van mangaan stelt ons in staat om te zien dat het zeven valentie-elektronen heeft; vijf in de 3d-orbitaal en twee in de 4s-orbitaal. Door al deze elektronen te verliezen tijdens de vorming van zijn verbindingen, uitgaande van het bestaan van het kation Mn7+, er wordt gezegd dat het een oxidatiegetal krijgt van +7 of Mn (VII).
De KMnO4 (K+Mn7+OFtwee-4) is een voorbeeld van een verbinding met Mn (VII), en is gemakkelijk te herkennen aan de heldere paarse kleuren:
Mangaan kan geleidelijk elk van zijn elektronen verliezen. Hun oxidatiegetallen kunnen dus ook +1, +2 (Mntwee+, de meest stabiele van allemaal), +3 (Mn3+), enzovoort tot +7, al genoemd.
Hoe positiever de oxidatiegetallen, hoe groter hun neiging om elektronen te winnen; dat wil zeggen, hun oxiderende kracht zal groter zijn, aangezien ze de elektronen van andere soorten zullen "stelen" om zichzelf te verminderen en te voorzien in de elektronische vraag. Dat is de reden waarom de KMnO4 het is een geweldig oxidatiemiddel.
Alle mangaanverbindingen worden gekenmerkt doordat ze kleurrijk zijn, en de reden is te wijten aan de elektronische d-d-overgangen, verschillend voor elke oxidatietoestand en hun chemische omgeving. Zo zijn de verbindingen van Mn (VII) gewoonlijk paars van kleur, terwijl die van bijvoorbeeld Mn (VI) en Mn (V) respectievelijk groen en blauw zijn..
Mn (II) -verbindingen zien er wat vervaagd uit, in tegenstelling tot KMnO4. Bijvoorbeeld de MnSO4 en MnCltwee zijn bleekroze, bijna witte vaste stoffen.
Dit verschil is te wijten aan de stabiliteit van de Mntwee+, waarvan de elektronische overgangen meer energie vergen en daarom nauwelijks zichtbare lichtstraling absorberen en bijna allemaal reflecteren.
Mangaan vormt 0,1% van de aardkorst en neemt de twaalfde plaats in van de elementen die erin aanwezig zijn. De belangrijkste afzettingen bevinden zich in Australië, Zuid-Afrika, China, Gabon en Brazilië.
Onder de belangrijkste mangaanmineralen zijn de volgende:
-Pyrolusiet (MnOtwee) met 63% Mn
-Ramsdelite (MnOtwee) met 62% van Mn
-Manganiet (MntweeOF3H.tweeO) met 62% Mn
-Cryptomelaan (KMn8OF16) met 45 - 60% Mn
-Hausmanite (MnMntweeOF4) met 72% Mn
-Braunite (3MntweeOF3 ·MnSiO3) met 50 - 60% Mn en de (MnCO3) met 48% Mn.
Alleen mineralen die meer dan 35% mangaan bevatten, worden als commercieel exploiteerbaar beschouwd.
Hoewel er zeer weinig mangaan in zeewater zit (10 ppm), zijn er op de zeebodem lange gebieden bedekt met mangaanknobbeltjes; ook wel polymetaalknobbeltjes genoemd. Hierin zijn er ophopingen van mangaan en wat ijzer, aluminium en silicium.
De mangaanreserve van de knobbeltjes wordt geschat op veel groter dan de metaalreserve op het aardoppervlak..
Hoogwaardige knobbeltjes bevatten 10-20% mangaan, met wat koper, kobalt en nikkel. Er zijn echter twijfels over de commerciële winstgevendheid van het delven van de knobbeltjes..
Mangaan is een essentieel element in de voeding van de mens, omdat het ingrijpt bij de ontwikkeling van botweefsel; evenals bij de vorming en bij de synthese van proteoglycanen, kraakbeenvormers.
Voor dit alles is een adequaat mangaandieet nodig, waarbij u de voedingsmiddelen selecteert die het element bevatten.
Hieronder volgt een lijst van voedingsmiddelen die mangaan bevatten, met de waarden uitgedrukt in mg mangaan / 100 g van het voedsel:
-Ananas 1,58 mg / 100 g
-Framboos en aardbei 0,71 mg / 100 g
-Verse banaan 0,27 mg / 100 g
-Gekookte spinazie 0,90 mg / 100 g
-Zoete aardappel 0,45 mg / 100 g
-Soja 0,5 mg / 100 g
-Gekookte boerenkool 0,22 mg / 100 g
-Gekookte broccoli 0,22 mg / 100 g
-Kikkererwten in blik 0,54 m / 100 g
-Gekookte quinoa 0,61 mg / 100 g
-Volkorenmeel 4,0 mg / 100 g
-Gekookte bruine rijst 0,85 mg / 100 g
-Alle merkgranen 7,33 mg / 100 g
-Chia-zaden 2,33 mg / 100 g
-Geroosterde amandelen 2,14 mg / 100 g
Met deze voedingsmiddelen is het gemakkelijk om aan de mangaanbehoefte te voldoen, die bij mannen wordt geschat op 2,3 mg / dag; terwijl vrouwen 1,8 mg mangaan per dag nodig hebben.
Mangaan is betrokken bij het metabolisme van koolhydraten, eiwitten en lipiden, evenals bij botvorming en bij het afweermechanisme tegen vrije radicalen.
Mangaan is een cofactor voor de activiteit van talrijke enzymen, waaronder: superoxidereductase, ligasen, hydrolasen, kinasen en decarboxylasen. Mangaangebrek is in verband gebracht met gewichtsverlies, misselijkheid, braken, dermatitis, groeiachterstand en skeletafwijkingen..
Mangaan is betrokken bij fotosynthese, met name bij de werking van Photosystem II, gerelateerd aan de dissociatie van water om zuurstof te vormen. De interactie tussen fotosystemen I en II is nodig voor de synthese van ATP.
Mangaan wordt noodzakelijk geacht voor de fixatie van nitraat door planten, een bron van stikstof en een primaire voedingscomponent van planten.
Mangaan alleen is een metaal met onvoldoende eigenschappen voor industriële toepassingen. Echter, wanneer gemengd in kleine hoeveelheden met gietijzer, de resulterende staalsoorten. Deze legering, ferromangaan genaamd, wordt ook aan andere staalsoorten toegevoegd en is een essentieel onderdeel om het roestvrij te maken..
Het verhoogt niet alleen de slijtvastheid en sterkte, maar het ontzwavelt, deoxygeneert en defosforyleert het ook en verwijdert ongewenste S-, O- en P-atomen bij de staalproductie. Het gevormde materiaal is zo sterk dat het wordt gebruikt voor het maken van spoorlijnen, kooistaven, helmen, kluizen, wielen, enz..
Mangaan kan ook worden gelegeerd met koper, zink en nikkel; d.w.z. om non-ferro legeringen te produceren.
Mangaan wordt ook gebruikt voor de productie van aluminiumlegeringen, die normaal gesproken worden gebruikt voor het maken van frisdrank of bierblikjes. Deze Al-Mn-legeringen zijn bestand tegen corrosie.
Omdat mangaan gunstig is voor planten, zoals MnOtwee of MgSO4 vindt toepassing bij de formulering van meststoffen, zodanig dat bodems worden verrijkt met dit metaal.
De Mn (VII), uitdrukkelijk als KMnO4, het is een krachtig oxidatiemiddel. De werking is zodanig dat het helpt om het water te desinfecteren, waarbij het verdwijnen van de violette kleur aangeeft dat het de aanwezige microben neutraliseerde.
Het dient ook als titrant bij analytische redoxreacties; bijvoorbeeld bij de bepaling van ferro-ijzer, sulfieten en waterstofperoxiden. En bovendien is het een reagens om bepaalde organische oxidaties uit te voeren, meestal de synthese van carbonzuren; onder hen benzoëzuur.
Glas heeft van nature een groene kleur vanwege het gehalte aan ijzeroxide of ferrosilicaten. Als een verbinding wordt toegevoegd die op de een of andere manier met ijzer kan reageren en het van het materiaal kan isoleren, zal het glas verkleuren of zijn karakteristieke groene kleur verliezen..
Wanneer mangaan wordt toegevoegd als MnOtwee met dit doel, en niets anders, neemt het doorzichtige glas roze, violette of blauwachtige tinten aan; reden waarom altijd andere metaalionen worden toegevoegd om dit effect tegen te gaan en het glas kleurloos te houden, als dat de wens is.
Aan de andere kant, als er een overschot aan MnO istwee, een glas met bruine of zelfs zwarte tinten wordt verkregen.
Mangaanzouten, vooral MnOtwee, MntweeOF3, MnSO4, MnCtweeOF4 (oxalaat) en andere worden gebruikt om lijnzaad of oliën bij lage of hoge temperaturen te drogen.
Net als andere metalen kunnen de kristallen of aggregaten zo klein zijn als nanometrische schalen; dit zijn mangaannanodeeltjes (NPs-Mn), gereserveerd voor andere toepassingen dan staal.
NPs-Mn bieden een grotere reactiviteit bij het omgaan met chemische reacties waarbij metallisch mangaan kan ingrijpen. Zolang uw synthesemethode groen is, met plantenextracten of micro-organismen, zullen uw mogelijke toepassingen milieuvriendelijker zijn..
Enkele van de toepassingen zijn:
-Ze zuiveren afvalwater
-Voldoe aan de voedingsbehoeften van mangaan
-Dienen als een antimicrobieel en antischimmelmiddel
-Breek kleurstoffen af
-Ze maken deel uit van supercondensatoren en lithium-ionbatterijen
-Ze katalyseren de epoxidatie van olefinen
-Zuiver DNA-extracten
Onder deze toepassingen kunnen de nanodeeltjes van hun oxiden (NP's MnO) ook deelnemen aan of zelfs de metalen vervangen..
Mangaanionen kunnen een interactie aangaan met een organische matrix om een organisch metalen raamwerk te vormen (MOF: Metalen organisch raamwerkBinnen de porositeiten of tussenruimten van dit type vaste stof, met directionele bindingen en goed gedefinieerde structuren, kunnen chemische reacties heterogeen worden geproduceerd en gekatalyseerd..
Bijvoorbeeld vanaf MnCltwee4HtweeO, benzeentricarbonzuur en N, N-dimethylformamide, deze twee organische moleculen coördineren met Mntwee+ om een MOF te vormen.
Dit MOF-Mn is in staat de oxidatie van alkanen en alkenen, zoals: cyclohexeen, styreen, cycloocteen, adamantaan en ethylbenzeen, te katalyseren en om te zetten in epoxiden, alcoholen of ketonen. Oxidaties treden op in de vaste stof en zijn ingewikkelde kristallijne (of amorfe) roosters.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.