Войти
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Имена ИЮПАК Диоксид марганца Оксид марганца (IV) | |
| Другие имена Пиролюзит, гипероксид марганца, черный оксид марганца, оксид марганца | |
| Идентификаторы | |
| Количество CAS | |
| 3D модель ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.013.821  |
| Номер ЕС | |
| PubChem CID | |
| Номер RTECS | |
| UNII | |
| Панель управления CompTox ( EPA) | |
ИнЧИ
| |
Улыбки
| |
| Характеристики | |
| Химическая формула | MnO 2 |
| Молярная масса | 86,9368 г / моль |
| Появление | Коричнево-черный твердый |
| Плотность | 5,026 г / см 3 |
| Температура плавления | 535 ° С (995 ° F, 808 К) (разлагается) |
| Растворимость в воде | нерастворимый |
| Магнитная восприимчивость (χ) | + 2280,0 10 −6 см 3 / моль |
| Состав | |
| Кристальная структура | Тетрагональ, тП6, №136 |
| Космическая группа | P4 2 / мм |
| Постоянная решетки | a = 0,44008 нм, b = 0,44008 нм, c = 0,28745 нм |
| Формула единиц ( Z) | 2 |
| Термохимия | |
| Теплоемкость ( C) | 54,1 Дж моль −1 K −1 |
| Стандартная мольная энтропия ( S | 53,1 Дж моль −1 K −1 |
| Std энтальпия формации (Δ F H ⦵298) | −520,0 кДж моль −1 |
| Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚) | −465,1 кДж моль −1 |
| Опасности | |
| Паспорт безопасности | ICSC 0175 |
| Классификация ЕС (DSD) (устаревшая) | Вредный ( Xn) окислитель ( O) |
| R-фразы (устаревшие) | R20 / 22 |
| S-фразы (устаревшие) | (S2), S25 |
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  1 1 2 OX |
| точка возгорания | 535 ° С (995 ° F, 808 К) |
| Родственные соединения | |
| Другие анионы | Дисульфид марганца |
| Другие катионы | Диоксид технеция Диоксид рения |
| Связанные оксиды марганца | Оксид марганца (II) Оксид марганца (II, III) Оксид марганца (III) Гептоксид марганца |
| Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 N проверить ( что есть ?)  Y N | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Диоксид марганца - неорганическое соединение с формулой MnO. 2. Это черноватое или коричневое твердое вещество встречается в природе в виде минерала пиролюзита, который является основной рудой марганца и компонентом марганцевых конкреций. Основное использование MnO 2для сухих батарей, таких как щелочные батареи и угольно-цинковые батареи. MnO 2также используется как пигмент и как предшественник других соединений марганца, таких как KMnO 4. Используется как реагент в органическом синтезе, например, для окисления аллиловых спиртов. MnO 2представляет собой α-полиморф, который может включать различные атомы (а также молекулы воды) в «туннели» или «каналы» между октаэдрами оксида марганца. Значительный интерес вызывают α-MnO 2как возможный катод для литий-ионных аккумуляторов.
Несколько полиморфных из MnO 2востребованы, а также в гидратированной форме. Как и многие другие диоксиды, MnO 2кристаллизуется в кристаллической структуре рутила (этот полиморф называется пиролюзитом или β-MnO 2), с трехкоординатными оксидными и октаэдрическими металлическими центрами. MnO 2характерно нестехиометрическое, с недостатком кислорода. Сложная химия твердого тела этого материала имеет отношение к "свежеприготовленному" MnO. 2в органическом синтезе. Α-полиморф MnO 2имеет очень открытую структуру с «каналами», которые могут принимать атомы металлов, таких как серебро или барий. α-MnO 2часто называют голландитом, в честь близкого ему минерала.
Встречающийся в природе диоксид марганца содержит примеси и значительное количество оксида марганца (III). Только ограниченное количество отложений содержит γ-модификацию с чистотой, достаточной для аккумуляторной промышленности.
Производство батарей и феррита (два основных вида использования диоксида марганца) требует диоксида марганца высокой чистоты. Батареям требуется «электролитический диоксид марганца», а для ферритов - «химический диоксид марганца».
Один из методов начинается с природного диоксида марганца и превращается с помощью четырехокиси азота и воды в раствор нитрата марганца (II). При испарении воды остается кристаллическая нитратная соль. При температуре 400 ° C соль разлагается с выделением N 2О 4и оставляя остаток очищенного диоксида марганца. Эти два шага можно резюмировать следующим образом:
В другом процессе диоксид марганца карботермически восстанавливается до оксида марганца (II), который растворяется в серной кислоте. Отфильтрованный раствор обрабатывают карбонатом аммония для осаждения MnCO. 3. Карбонат прокаливают на воздухе, получая смесь оксидов марганца (II) и марганца (IV). Для завершения процесса суспензию этого материала в серной кислоте обрабатывают хлоратом натрия. Хлорная кислота, которая образуется in situ, превращает любые оксиды Mn (III) и Mn (II) в диоксид, выделяя хлор в качестве побочного продукта.
Третий процесс включает гептоксид марганца и монооксид марганца. Два реагента объединяются в соотношении 1: 3 с образованием диоксида марганца:
Наконец, действие перманганата калия на кристаллы сульфата марганца дает желаемый оксид.
Электролитический диоксид марганца (EMD) используется в угольно-цинковых батарей вместе с хлоридом цинка и хлорида аммония. EMD также обычно используется в перезаряжаемых щелочных элементах из диоксида цинка и марганца (Zn RAM). Для этих приложений чистота чрезвычайно важна. EMD производится таким же образом, как и медь с вязкой электролитической смолой (ETP) : диоксид марганца растворяется в серной кислоте (иногда в смеси с сульфатом марганца ) и подвергается воздействию тока между двумя электродами. MnO 2 растворяется, входит в раствор в виде сульфата и осаждается на аноде.
Важные реакции MnO 2 связаны с его окислительно-восстановительным потенциалом, как окислением, так и восстановлением.
MnO 2является главным предшественником для ферромарганцевых и смежных сплавов, которые широко используются в металлургической промышленности. Конверсии включают карботермическое восстановление с использованием кокса :
Ключевые реакции MnO 2 в батареях происходит одноэлектронное восстановление:
MnO 2 катализирует несколько реакций, образующих O 2. В классической лабораторной демонстрации при нагревании смеси хлората калия и диоксида марганца образуется газообразный кислород. Диоксид марганца также катализирует разложение перекиси водорода до кислорода и воды :
Диоксид марганца разлагается выше 530 ° C до оксида марганца (III) и кислорода. При температурах, близких к 1000 ° C, соединение Mn со смешанной валентностью 3О 4формы. Более высокие температуры дают MnO.
Горячая концентрированная серная кислота снижает содержание MnO 2к сульфату марганца (II) :
Реакция хлороводорода с MnO 2был использован Карлом Вильгельмом Шееле при первоначальном выделении газообразного хлора в 1774 году:
В качестве источника хлористого водорода Шееле обработал хлорид натрия концентрированной серной кислотой.
В стандартных электродных потенциалов для половины реакций показывают, что реакция является эндотермической при рН = 0 (1 М [ H+ ]), но этому способствует более низкий pH, а также выделение (и удаление) газообразного хлора.
Эта реакция также является удобным способом удаления осадка диоксида марганца из стыков матового стекла после проведения реакции (например, окисления перманганатом калия ).
Нагревание смеси КОН и MnO 2в воздухе дает зеленый манганат калия :
Манганат калия является предшественником перманганата калия, обычного окислителя.
Преимущественное применение MnO 2является составной частью сухих батарей: щелочных батарей и так называемых батарей Лекланше или угольно-цинковых батарей. Ежегодно для этой цели расходуется около 500 000 тонн. Другие промышленные применения включают использование MnO 2как неорганический пигмент в керамике и стекольном производстве. Он также используется при очистке воды.
Диоксид марганца используется в качестве окислителя в органическом синтезе. Эффективность реагента зависит от метода приготовления, проблема, которая типична для других гетерогенных реагентов, где площадь поверхности, среди других переменных, является важным фактором. Минерал пиролюзит - плохой реагент. Однако обычно реагент генерируется на месте при обработке водного раствора KMnO. 4с солью Mn (II), обычно сульфатом. MnO 2окисляет аллиловые спирты до соответствующих альдегидов или кетонов :
Конфигурация двойной связи сохраняется в реакции. Соответствующие ацетиленовые спирты также являются подходящими субстратами, хотя образующиеся пропаргиловые альдегиды могут быть весьма реакционноспособными. Бензиловые и даже неактивированные спирты также являются хорошими субстратами. 1,2- Диолы расщепляются MnO 2к диальдегидам или дикетонам. В противном случае приложения MnO 2многочисленны, применимы ко многим типам реакций, включая окисление амина, ароматизацию, окислительное сочетание и окисление тиола.
