MANGANEZ: TARIHÇESI, ÖZELLIKLERI, YAPISI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2024

Manganez Mn sembolü ile temsil edilen bir geçiş metali içeren kimyasal element ve atom sayısı 25 Adını bağlı Magnesia incelenmiştir siyah magnezya bugün pirolusit cevheri için bir olduğu Yunanistan bölgesi.

Farklı oksidasyon durumlarına sahip iyonlar olarak çeşitli minerallerde bulunan, yer kabuğunda en bol bulunan on ikinci elementtir. Tüm kimyasal elementlerden manganez, bileşiklerinde +2 ve +7 en yaygın olan birçok oksidasyon durumuna sahip olarak mevcut olmasıyla ayırt edilir.

Metalik manganez. Kaynak: W. Oelen

Saf ve metalik formunda çok fazla uygulama alanı yoktur. Bununla birlikte, paslanmaz hale getirmek için ana katkı maddelerinden biri olarak çeliğe eklenebilir. Bu nedenle tarihçesi demir ile yakından ilgilidir; Bileşikleri mağara resimlerinde ve eski camlarda mevcut olsa bile.

Bileşikleri, vücudumuzdaki biyolojik manganez talebini karşılamak için piller, analitik yöntemler, katalizörler, organik oksidasyonlar, gübreler, cam ve seramiklerin boyanması, kurutucular ve besin takviyeleri içinde uygulamalar bulur.

Ayrıca manganez bileşikleri çok renklidir; inorganik veya organik türlerle (organomanganez) etkileşim olup olmadığına bakılmaksızın. Renkleri, oksidasyon sayısına veya durumuna bağlıdır ve oksitleyici ve antimikrobiyal madde KMnO _4'teki en temsilci olan +7'dir .

Manganezin yukarıdaki çevresel kullanımlarına ek olarak, nanopartikülleri ve organik metal çerçeveleri, katalizörler, adsorban katılar ve elektronik cihaz malzemeleri geliştirmek için seçeneklerdir.

Tarih

Manganezin başlangıcı, diğer birçok metalde olduğu gibi, en bol bulunan mineraller ile ilişkilidir; bu durumda siyah magnezya dedikleri pirolusit, MnO ₂ , renginden ve Magnesia, Yunanistan'da toplandığı için. Siyah rengi Fransız mağara resimlerinde bile kullanıldı.

İlk adı Michele Mercati tarafından verilen Manganezdi ve sonra Manganez olarak değişti. MnO ₂ ayrıca camın rengini renklendirmek için kullanıldı ve bazı araştırmalara göre, o zamanlar zaten kendi çeliklerini yapan Spartalıların kılıçlarında bulundu.

Manganez, bileşiklerinin renkleri nedeniyle beğenildi, ancak 1771'e kadar İsviçreli kimyager Carl Wilhelm, varlığını bir kimyasal element olarak önerdi.

Daha sonra, 1774'te Johan Gottlieb Gahn, kömür kullanarak MnO _2'yi metalik manganeze indirmeyi başardı ; Şu anda alüminyum ile indirgenmesidir veya sülfat tuzu, MgSO dönüştürülmüş ₄ elektrolize biter.

19. yüzyılda manganez muazzam ticari değerini, dövülebilirliğini değiştirmeden ferromangan üreten çeliğin mukavemetini geliştirdiği gösterildiğinde elde etti. Benzer şekilde, MnO ₂ çinko-karbon ve alkalin pillerde katodik bir malzeme olarak kullanıldı.

Özellikleri

Görünüm

Metalik gümüş rengi.

Atom ağırlığı

54.938 u

Atom numarası (Z)

25

Erime noktası

1.246ºC

Kaynama noktası

2.061 ºC

Yoğunluk

- Oda sıcaklığında: 7,21 g / mL.

-Erime noktasında (sıvı): 5,95 g / mL

Füzyon ısısı

12.91 kJ / mol

Buharlaşma ısısı

221 kJ / mol

Molar kalori kapasitesi

26.32 J / (mol K)

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 1.55

İyonlaşma enerjileri

Birinci seviye: 717,3 kJ / mol.

İkinci seviye: 2.150.9 kJ / mol.

Üçüncü seviye: 3,348 kJ / mol.

Atomik radyo

Ampirik 127 pm

Termal iletkenlik

7,81 W / (m · K)

Elektriksel direnç

1,44 µΩ · m, 20ºC'de

Manyetik düzen

Paramanyetik, bir elektrik alanı tarafından zayıf bir şekilde çekilir.

Sertlik

Mohs ölçeğinde 6.0

Kimyasal reaksiyonlar

Manganez, periyodik tablodaki en yakın komşularından daha az elektronegatiftir ve bu da onu daha az reaktif hale getirir. Ancak oksijen varlığında havada yanabilir:

3 Mn (k) + 2 O ₂ (g) => Mn ₃ O ₄ (k)

Ayrıca manganez nitrür oluşturmak için yaklaşık 1.200 ° C sıcaklıkta nitrojen ile reaksiyona girebilir:

3 Mn (k) + N ₂ (k) => Mn ₃ N ₂

Ayrıca doğrudan bor, karbon, kükürt, silikon ve fosfor ile birleşir; ama hidrojenle değil.

Manganez asitlerde hızla çözünür, manganez iyonu (Mn ²⁺ ) ile tuzlara neden olur ve hidrojen gazı açığa çıkarır. Halojenlerle eşit şekilde tepki verir, ancak yüksek sıcaklıklar gerektirir:

Mn (k) + Br ₂ (g) => MnBr ₂ (k)

Organocomposites

Manganez, karbon atomları olan Mn-C ile bağlar oluşturarak, organomanganez adı verilen bir dizi organik bileşiği oluşturmasına izin verir.

Organomanganezde etkileşimler, X'in bir halojen olduğu Mn-C veya Mn-X bağlarından veya manganezin pozitif merkezinin, aromatik bileşiklerin konjuge sistemlerinin elektronik bulutları ile konumlandırılmasına bağlıdır.

Yukarıda bileşiklerin örnekleri phenylmanganese iyodür, PhMnI ve metilsiklopentadienil manganez trikarbonil (Cı vardır ₅ H ₄ CH ₃ ) -Mn- (CO) ₃ .

Bu son organomanganese formları, bir Mn-Cı-CO ile bir bağ, ancak C aromatik bulutu ile aynı zamanda karşılıklı bölümlerle de ₅ H ₄ CH ₃ halka bir sandviç benzeri bir orta yapı oluşturan:

Metilsiklopentadienil manganez trikarbonil molekülü. Kaynak: 31Feesh

izotopları

% 100 bolluk ile tek kararlı ⁵⁵ Mn izotopuna sahiptir. Diğer izotoplar radyoaktiftir: ⁵¹ Mn, ⁵² Mn, ⁵³ Mn, ⁵⁴ Mn, ⁵⁶ Mn ve ⁵⁷ Mn.

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Manganezin oda sıcaklığında yapısı karmaşıktır. Vücut merkezli kübik (bcc) olarak kabul edilmesine rağmen, deneysel olarak birim hücresinin bozuk bir küp olduğu gösterilmiştir.

Α-Mn adı verilen bu ilk faz veya allotrop (kimyasal element olarak metal olması durumunda) 725 ° C'ye kadar stabildir; Bu sıcaklığa ulaşıldığında, eşit derecede "nadir" başka bir allotrop olan β-Mn'ye geçiş gerçekleşir. Daha sonra allotrop β, kendisini tekrar üçüncü bir allotropa dönüştürdüğünde 1095 ° C'ye kadar baskındır: γ-Mn.

Γ-Mn iki farklılaştırılabilir kristal yapıya sahiptir. Oda sıcaklığında bir yüz merkezli kübik (fcc) ve diğeri yüz merkezli dörtgen (fct). Ve son olarak, 1134 ° C'de γ-Mn, sıradan bir bcc yapısında kristalleşen allotrop δ-Mn'ye dönüşür.

Bu nedenle, manganez, tümü sıcaklığa bağlı olan dört adede kadar allotropik forma sahiptir; ve baskıya bağlı olanlarla ilgili olarak, onlara başvurulacak çok fazla bibliyografik referans yoktur.

Bu yapılarda, Mn atomları, elektronik konfigürasyonlarına göre, valans elektronları tarafından yönetilen metalik bir bağ ile bağlanır:

3d ⁵ 4s ²

Oksidasyon durumları

Manganezin elektronik konfigürasyonu, yedi değerlik elektronuna sahip olduğunu gözlemlememizi sağlar; 3B yörüngesinde beş ve 4s yörüngesinde iki. Bileşiklerinin oluşumu sırasında tüm bu elektronları kaybederek, Mn ⁷⁺ katyonunun varlığını varsayarak, +7 veya Mn (VII) oksidasyon sayısını elde ettiği söylenir.

KMnO ₄ (K ⁺ Mn ^{7 +} O ^2- ₄ ) Mn sahip bir bileşik (VII) 'nin bir örneğidir ve parlak mor renk tanımak için kolaydır:

İki KMnO4 çözümü. Biri konsantre (solda) ve diğeri seyreltilmiş (sağda). Kaynak: Pradana Aumars

Manganez yavaş yavaş her elektronunu kaybedebilir. Böylece, oksidasyon sayıları +1, +2 (Mn ²⁺ , en kararlı olanı), +3 (Mn ³⁺ ) ve daha önce bahsedildiği gibi +7'ye kadar olabilir.

Oksidasyon sayıları ne kadar pozitifse, elektron kazanma eğilimleri o kadar artar; başka bir deyişle, kendilerini azaltmak ve elektronik talebi karşılamak için diğer türlerden elektronları “çalacakları” için oksitleme güçleri daha büyük olacaktır. Bu nedenle KMnO ₄ harika bir oksitleyici ajandır.

Renkler

Tüm manganez bileşikleri renkli olmaları ile karakterize edilir ve bunun nedeni, her oksidasyon durumu ve kimyasal ortamları için farklı olan elektronik geçişler dd'dir. Bu nedenle, Mn (VII) bileşikleri genellikle mor renkte iken, örneğin Mn (VI) ve Mn (V) bileşikleri sırasıyla yeşil ve mavidir.

Yeşil potasyum manganat çözeltisi, K2MnO4. Kaynak: Choij

KMnO _4'ün aksine Mn (II) bileşikleri biraz solmuş görünüyor . Örneğin, MnSO ₄ ve MnCl ₂ olan pembe, hemen hemen beyaz bir katı madde soluk.

Bu fark, elektronik geçişleri daha fazla enerji gerektiren ve bu nedenle neredeyse hepsini yansıtan radyasyonu görünür ışıktan zar zor emen Mn ^{2 + '} nin kararlılığından kaynaklanmaktadır .

Magnezyum nerede bulunur?

Pirolüzit minerali, yer kabuğundaki en zengin manganez kaynağıdır. Kaynak: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Manganez, yer kabuğunun% 0.1'ini oluşturur ve içinde bulunan elementler arasında onikinci sırada yer alır. Ana yatakları Avustralya, Güney Afrika, Çin, Gabon ve Brezilya'dadır.

Ana manganez mineralleri arasında şunlar yer almaktadır:

-Pirrolusit (MnO ₂ )% 63 Mn ile

-Ramsdelite (MnO ₂ )% 62 Mn ile

-Manganit (Mn ₂ O ₃ · H ₂ O)% 62 Mn ile

-Kriptomelan (KMn ₈ O ₁₆ )% 45 - 60 Mn ile

-Hausmanit (Mn · Mn ₂ O ₄ )% 72 Mn ile

-Braunit (3Mn ₂ O _{3 ·} MnSiO ₃ )% 50-60 Mn ve (MnCO ₃ )% 48 Mn ile.

Yalnızca% 35'ten fazla manganez içeren mineraller ticari olarak çıkarılabilir olarak kabul edilir.

Deniz suyunda çok az manganez (10 ppm) olmasına rağmen, deniz dibinin tabanında mangan yumruları ile kaplı uzun alanlar vardır; polimetalik nodüller olarak da adlandırılır. Bunlarda manganez ve bir miktar demir, alüminyum ve silikon birikintileri vardır.

Nodüllerin manganez rezervinin, dünya yüzeyindeki metal rezervinden çok daha büyük olduğu tahmin edilmektedir.

Yüksek dereceli nodüller, bir miktar bakır, kobalt ve nikel ile% 10-20 manganez içerir. Bununla birlikte, nodüllerin çıkarılmasının ticari karlılığı konusunda şüpheler vardır.

Manganezli yiyecekler

Manganez, kemik dokusunun gelişimine müdahale ettiği için insan beslenmesinde önemli bir unsurdur; yanı sıra oluşumunda ve kıkırdak oluşturan proteoglikanların sentezinde.

Bütün bunlar için, elementi içeren yiyecekleri seçerek yeterli bir manganez diyeti gereklidir.

Aşağıda mg manganez / 100 g gıda olarak ifade edilen değerlerle manganez içeren yiyeceklerin bir listesi bulunmaktadır:

-Ananá 1.58 mg / 100g

-Ahududu ve çilek 0.71 mg / 100g

-Taze muz 0.27 mg / 100g

- Pişmiş ıspanak 0,90 mg / 100g

- Tatlı patates 0.45 mg / 100g

-Soya fasulyesi 0.5 mg / 100g

- Pişmiş lahana 0.22 mg / 100g

-Haşlanmış brokoli 0.22 mg / 100g

-Nohut konservesi 0.54 m / 100g

-Pişmiş kinoa 0.61 mg / 100g

-Buğday unu 4.0 mg / 100g

-Kahverengi pirinç 0.85 mg / 100g

-Tüm Marka tip tahıllar 7.33 mg / 100g

-Chia tohumları 2.33 mg / 100g

- Kavrulmuş badem 2.14 mg / 100g

Erkeklerde 2.3 mg / gün olarak tahmin edilen manganez ihtiyacını bu yiyeceklerle karşılamak kolaydır; Kadınların günde 1.8 mg manganez alması gerekir.

Biyolojik rol

Manganez, karbonhidratların, proteinlerin ve lipitlerin metabolizmasında, kemik oluşumunda ve serbest radikallere karşı savunma mekanizmasında rol oynar.

Manganez, süperoksit redüktaz, ligazlar, hidrolazlar, kinazlar ve dekarboksilazlar dahil çok sayıda enzimin aktivitesi için bir kofaktördür. Manganez eksikliği, kilo kaybı, bulantı, kusma, dermatit, büyüme geriliği ve iskelet anormallikleri ile ilişkilendirilmiştir.

Manganez fotosentezde, özellikle de Fotosistem II'nin işleyişinde, suyun oksijen oluşturmak için ayrışmasıyla ilgili olarak rol oynar. Fotosistemler I ve II arasındaki etkileşim, ATP'nin sentezi için gereklidir.

Manganez, bitkiler tarafından nitratın fiksasyonu için gerekli kabul edilir, bir nitrojen kaynağı ve bitkilerin temel bir besin bileşeni.

Uygulamalar

Çelikler

Tek başına manganez, endüstriyel uygulamalar için yetersiz özelliklere sahip bir metaldir. Bununla birlikte, dökme demir ile küçük oranlarda karıştırıldığında, ortaya çıkan çelikler. Ferromangan adı verilen bu alaşım, diğer çeliklere de eklenir ve paslanmaz yapmak için temel bir bileşen olur.

Sadece aşınma direncini ve mukavemetini artırmakla kalmaz, aynı zamanda çelik üretiminde istenmeyen S, O ve P atomlarını ortadan kaldırarak kükürt giderir, oksijeni giderir ve fosfordan arındırır. Oluşturulan malzeme o kadar güçlüdür ki, demiryolu rayları, hapishane kafes çubukları, kasklar, kasalar, tekerlekler vb. Oluşturmak için kullanılır.

Manganez ayrıca bakır, çinko ve nikel ile alaşımlanabilir; yani demir dışı alaşımlar üretmek.

Alüminyum kutular

Manganez ayrıca normalde soda veya bira kutuları yapmak için kullanılan alüminyum alaşımlarının üretiminde de kullanılır. Bu Al-Mn alaşımları korozyona dayanıklıdır.

Gübreler

Manganez bitkiler için faydalı olduğu için MnO ₂ veya MgSO _{4 gibi} gübre formülasyonunda toprakları bu metalle zenginleştirecek şekilde kullanım alanı bulur.

Oksitleyici ajan

Mn (VII), özellikle KMnO ₄ , güçlü bir oksitleyici ajandır. Etkisi, mevcut mikropları etkisiz hale getirdiğini gösteren mor renginin kaybolmasıyla suları dezenfekte etmeye yardımcı olacak şekildedir.

Aynı zamanda analitik redoks reaksiyonlarında titrant görevi görür; örneğin, demirli demir, sülfitler ve hidrojen peroksitlerin tayininde. Ve ek olarak, çoğu zaman karboksilik asitlerin sentezi olan belirli organik oksidasyonları gerçekleştirmek için bir reaktiftir; aralarında benzoik asit.

Gözlük

Cam, demir oksit veya demir silikat içeriği nedeniyle doğal olarak yeşil bir renge sahiptir. Demir ile bir şekilde reaksiyona girebilen ve onu malzemeden izole edebilen bir bileşik eklenirse, camın rengi değişir veya karakteristik yeşil rengini kaybeder.

Manganez bu amaçla MnO ₂ olarak eklendiğinde ve başka hiçbir şey eklenmediğinde , berrak cam pembe, mor veya mavimsi bir renk alır; Bu nedenle, bu etkiye karşı koymak ve arzu buysa camı renksiz tutmak için her zaman başka metal iyonları eklenir.

Öte yandan, MnO ₂ fazlalığı varsa , kahverengi hatta siyah tonları olan bir bardak elde edilir.

Kurutucular

Özellikle MnO Manganez tuzları, ₂ , Mn ₂ O ₃ , MnSO ₄ , MNC ₂ O ₄ (oksalat), ve diğerleri, düşük ya da yüksek sıcaklıklarda keten tohumu veya yağların kuru için kullanılır.

Nanoparçacıklar

Diğer metaller gibi kristalleri veya agregaları nanometrik ölçekler kadar küçük olabilir; Bunlar, çelikler dışındaki uygulamalar için ayrılmış manganez nanopartiküllerdir (NPs-Mn).

NPs-Mn, metalik manganezin müdahale edebileceği kimyasal reaksiyonlarla uğraşırken daha fazla reaktivite sağlar. Sentez yönteminiz yeşil olduğu sürece, bitki özleri veya mikroorganizmalar kullanarak, potansiyel uygulamalarınız o kadar çevre dostu olacaktır.

Kullanımlarından bazıları şunlardır:

- Atıksu arıtımı

-Manganezin besin taleplerini karşılayın

Antimikrobiyal ve antifungal ajan olarak servis edin

-Degrade renklendiriciler

-Süper kapasitörlerin ve lityum iyon pillerin parçasıdırlar

-Olefinlerin epoksidasyonunu katalize edin

-Purify DNA ekstreleri

Bu uygulamalar arasında oksitlerinin nanopartikülleri (NPs MnO) metalik olanlara katılabilir veya hatta bunların yerini alabilir.

Organik metal çerçeveler

Manganez iyonları, bir metal organik çerçeve (MOF: Metal Organik Çerçeve) oluşturmak için organik bir matris ile etkileşime girebilir. Yönlü bağlara ve iyi tanımlanmış yapılara sahip bu tür katının gözenekleri veya boşlukları içinde kimyasal reaksiyonlar meydana gelebilir ve heterojen bir şekilde katalize olabilir.

Örneğin, MnCl itibaren ₂ , 4H · ₂ , O, benzentrikarboksilik asit ve N, N-dimetilformamid, bu iki organik moleküller Mn ile koordine ²⁺ bir MOF oluşturulur.

Bu MOF-Mn, sikloheksen, stiren, siklookten, adamantan ve etilbenzen gibi alkanların ve alkenlerin oksidasyonunu katalize ederek bunları epoksitlere, alkollere veya ketonlara dönüştürebilir. Oksidasyonlar, katı ve onun karmaşık kristal (veya amorf) kafeslerinde meydana gelir.

Referanslar

1. M. Weld ve diğerleri. (1920). Manganez: kullanımları, hazırlanması, madencilik maliyetleri ve ferro alaşımların üretimi. Digicoll.manoa.hawaii.edu adresinden kurtarıldı
2. Vikipedi. (2019). Manganez. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. J. Bradley ve J. Thewlis. (1927). Α-Manganezin Kristal Yapısı. Royalsocietypublishing.org'dan kurtarıldı
4. Fullilove F. (2019). Manganez: Gerçekler, Kullanımlar ve Faydalar. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
5. Kraliyet Kimya Derneği. (2019). Periyodik tablo: manganez. Rsc.org'dan kurtarıldı
6. Vahid H. ve Nasser G. (2018). Manganez nanopartiküllerinin yeşil sentezi: Uygulamalar ve gelecek perspektifi - Bir inceleme. Fotokimya ve Fotobiyoloji B Dergisi: Biyoloji Cilt 189, Sayfa 234-243.
7. Clark J. (2017). Manganez. Kurtarıldı: chemguide.co.uk
8. Farzaneh ve L. Hamidipour. (2016). Alkanların ve Alkenlerin Oksidasyonu için Heterojen Katalizör Olarak Mn-Metal Organik Çerçeve. Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran 27 (1): 31-37. University of Tahran, ISSN 1016-1104.
9. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Manganez. PubChem Veritabanı. CID = 23930. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov