- història
- propietats
- aparença
- pes atòmic
- Nombre atòmic (Z)
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- densitat
- Calor de fusió
- Calor de vaporització
- Capacitat calòrica molar
- electronegativitat
- Energies d'ionització
- ràdio atòmic
- conductivitat tèrmica
- resistivitat elèctrica
- ordre magnètic
- duresa
- reaccions químiques
- Organocompuestos
- isòtops
- Estructura i configuració electrònica
- Estats d'oxidació
- colors
- On es troba el magnesi?
- Aliments amb manganès
- paper biològic
- usos
- acers
- Llaunes d'alumini
- fertilitzants
- Agent oxidant
- vidres
- assecadors
- nanopartícules
- Marcs de metall orgànic
- referències
El manganès és un element químic que consisteix d'un metall de transició, representat pel símbol Mn, i el nombre atòmic és 25. El seu nom es deu a la magnèsia negra, avui dia mineral pirolusita, el qual va ser estudiat en Magnesia, un regió de Grècia.
És el dotzè element més abundant de l'escorça terrestre, trobant-se en una varietat de minerals com ions amb diferents estats d'oxidació. De tots els elements químics, el manganès es distingeix per presentar-se en els seus compostos amb molts estats d'oxidació, dels quals el +2 i +7 són els més comuns.
Manganès metàl·lic. Font: W. Oelen
En la seva forma pura i metàl·lica no té massa aplicacions. No obstant això, pot agregar-se a l'acer com un dels additius principals per tornar-inoxidable. És així que la seva història està íntimament relacionada amb la del ferro; tot i que els seus compostos han estat presents en pintures rupestres i vidres antics.
Els seus compostos troben aplicacions dins de bateries, mètodes analítics, catalitzadors, oxidacions orgàniques, fertilitzants, coloració de vidres i ceràmiques, assecadors i suplements nutricionals per cobrir la demanda biològica d'el manganès en els nostres cossos.
Així mateix, els compostos de manganesos són molt colorits; sense importar que en ells hi hagi interaccions amb espècies inorgàniques o orgàniques (organomanganeso). Els seus colors depenen de l'nombre o estat d'oxidació, sent el +7 més representatiu en l'agent oxidant i antimicrobià KMnO 4.
A més dels usos anteriors entorns a l'manganès, els seus nanopartícules i marcs de metall orgànic són opcions per desenvolupar catalitzadors, sòlids adsorbents, i materials de dispositius electrònics.
història
Els començaments de l'manganès, com el de molts altres metalls, estan associats als del seu mineral més abundant; en aquest cas, la pirolusita, MnO 2, a el qual cridaven magnèsia negra, pel seu color i pel fet que es recol·lectava a Magnesia, Grècia. El seu color negre va arribar a utilitzar-se fins i tot en les pintures rupestres franceses.
El seu primer nom va ser manganesa, donat per Michele Mercati, i després va canviar a manganès. El MnO 2 també es va utilitzar per descolorir vidres i, d'acord a certes investigacions, se li ha trobat en les espases dels espartans, els que per llavors ja fabricaven els seus propis acers.
De l'manganès s'admiraven els colors dels seus compostos, però no va ser sinó fins 1771 que el químic suís Carl Wilhelm va proposar la seva existència com a element químic.
Més tard, el 1774, Johan Gottlieb Gahn va aconseguir reduir el MnO 2 a manganès metàl·lic utilitzant carbó mineral; actualment reduït amb alumini o transformat a la seva sal de sulfat, MgSO 4, la qual acaba per electrolizarse.
Al segle XIX el manganès va adquirir el seu enorme valor comercial a l'demostrar-se que millorava la fortalesa de l'acer sense alterar la seva mal·leabilitat, produint-ferromanganesos. Així mateix, el MnO 2 va trobar ús com a material catòdic a les piles de zinc-carbó i alcalines.
propietats
aparença
Color platejat metàl·lic.
pes atòmic
54,938 o
Nombre atòmic (Z)
25
Punt de fusió
1.246 ºC
Punt d'ebullició
2.061 ºC
densitat
-A temperatura ambient: 7,21 g / ml.
-En el punt de fusió (líquid): 5,95 g / ml
Calor de fusió
12,91 kJ / mol
Calor de vaporització
221 kJ / mol
Capacitat calòrica molar
26,32 J / (mol · K)
electronegativitat
1,55 en l'escala de Pauling
Energies d'ionització
Primer nivell: 717,3 kJ / mol.
Segon nivell: 2.150, 9 kJ / mol.
Tercer nivell: 3.348 kJ / mol.
ràdio atòmic
Empíric 127 pm
conductivitat tèrmica
7,81 W / (m · K)
resistivitat elèctrica
1,44 μΩ · ma 20 ºC
ordre magnètic
Paramagnètic, és atret feblement per un camp elèctric.
duresa
6,0 en l'escala de Mohs
reaccions químiques
El manganès és menys electronegatiu que els seus veïns més propers en la taula periòdica, el que ho fa menys reactiu. No obstant això, pot cremar en l'aire en presència d'oxigen:
3 Mn (s) + 2 O 2 (g) => Mn 3 O 4 (s)
També pot reaccionar amb el nitrogen a una temperatura aproximada de 1.200 ºC, per formar nitrur de manganès:
3 Mn (s) + N 2 (s) => Mn 3 N 2
També es combina directament amb el bor, carboni, sofre, silici i fòsfor; però no amb hidrogen.
El manganès es dissol ràpidament en els àcids, originant surts amb l'ió manganès (Mn 2+) i alliberant gas hidrogen. Reacciona igualment amb els halògens, però requereix de temperatures elevades:
Mn (s) + Br 2 (g) => MnBr 2 (s)
Organocompuestos
El manganès pot formar enllaços amb els àtoms de carboni, Mn-C, permetent-originar una sèrie de compostos orgànics anomenats organomanganeso.
En els organomanganesos les interaccions s'han de bé als enllaços Mn-C o Mn-X, on X és un halogen, o a el posicionament de centre positiu de manganès amb els núvols electròniques dels sistemes π conjugats de compostos aromàtics.
Per exemples de l'anterior dit hi ha els compostos iodur de fenilmanganeso, PhMnI, i el metilciclopentadienil manganès tricarbonilo, (C 5 H 4 CH 3) -Mn- (CO) 3.
Aquest últim organomanganeso forma un enllaç Mn-C amb el CO, però alhora interacciona amb el núvol aromàtica de l'anell C 5 H 4 CH 3, formant una estructura tipus sandvitx a la meitat:
Molècula de metilciclopentadienil manganès tricarbonilo. Font: 31Feesh
isòtops
Té un sol isòtop estable 55 Mn amb el 100% d'abundància. Els altres isòtops són radioactius: 51 Mn, 52 Mn, 53 Mn, 54 Mn, 56 Mn i 57 Mn.
Estructura i configuració electrònica
L'estructura de l'manganès a temperatura ambient és complexa. Encara se la considera cúbica centrada en el cos (bcc), experimentalment la seva cel·la unitària ha demostrat ser una galleda distorsionat.
Aquesta primera fase o al·lòtrop (per al cas de l'metall com a element químic), anomenada α-Mn, és estable fins als 725 ° C; assolida aquesta temperatura, ocorre una transició a un altre al·lòtrop igual de "rar", el β-Mn. Després, el al·lòtrop β predomina fins als 1095 ° C quan novament torna a transformar en un tercer al·lòtrop: el γ-Mn.
El γ-Mn té dues estructures cristal·lines diferenciables entre si. Una cúbica centrada en la cara (fcc), i l'altra tetragonal centrada a la cara (fct, per les sigles en anglès face-centered tetragonal) a temperatura ambient. I finalment, a 1134 ° C el γ-Mn es transforma en el al·lòtrop δ-Mn, el qual sí cristal·litza en una estructura bcc ordinària.
Així doncs, el manganès posseeix fins a quatre formes al·lotròpiques, totes dependents de la temperatura; i respecte a aquelles dependents de la pressió, no hi ha massa referències bibliogràfiques per consultar-les.
En aquestes estructures els àtoms Mn estan units per un enllaç metàl·lic regit pels seus electrons de valència, d'acord a la seva configuració electrònica:
3d 5 4s 2
Estats d'oxidació
La configuració electrònica de l'manganès permet observar que té set electrons de valència; cinc en l'orbital 3d, i dos en l'orbital 4s. A l'perdre tots aquests electrons durant la formació dels seus compostos, assumint l'existència d'el catió Mn 7 +, es diu que adquireix un nombre d'oxidació de +7 o Mn (VII).
El KMnO 4 (K + Mn 7 + O 2- 4) és un exemple d'un compost amb Mn (VII), i és fàcil reconèixer-pels seus colors morats brillants:
Dues solucions de KMnO4. Una concentrada (esquerra) i l'altra diluïda (dreta). Font: Pradana Aumars
El manganès pot anar perdent gradualment cadascun dels seus electrons. Així, els seus números d'oxidació també poden ser de +1, +2 (Mn 2+, el més estable de tots), +3 (Mn 3+), i així successivament fins al +7, ja esmentat.
Com més positius siguin els nombres d'oxidació, major serà la seva tendència a guanyar electrons; és a dir, el seu poder oxidant serà més gran, ja que "robaran" els electrons a altres espècies per reduir-se i tenir la demanda electrònica. És per això que el KMnO 4 és un gran agent oxidant.
colors
Tots els compostos de manganès es caracteritzen per ser colorits, i la raó es deu a les transicions electròniques dd, diferents per a cada estat d'oxidació i els seus entorns químics. Així, els compostos de Mn (VII) solen ser de color violetes, mentre que els de Mn (VI) i Mn (V), per exemple, són verds i blaus, respectivament.
Solució de color verd de manganato de potassi, K2MnO4. Font: Choij
Els compostos de Mn (II) llueixen una mica destenyits, contrastant a l'KMnO 4. Per exemple, el MnSO 4 i MnCl 2 són sòlids de colors rosat pàl·lid, gairebé blancs.
Aquesta diferència es deu a l'estabilitat de l'Mn 2+, les transicions electròniques requereixen de més energia i, per tant, tot just absorbeix radiacions de la llum visible reflectint gairebé totes.
On es troba el magnesi?
Mineral pirolusita, la font més rica de manganès de l'escorça terrestre. Font: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0
El manganès constitueix el 0,1% de l'escorça terrestre i ocupa el dotzè lloc entre els elements presents en ella. Els seus principals jaciments es troben a Austràlia, Sud-àfrica, Xina, Gabon i el Brasil.
Entre els principals minerals de manganès hi ha els següents:
-Pirolusita (MnO 2) amb el 63% de Mn
-Ramsdelita (MnO 2) amb 62% de Mn
-Manganita (Mn 2 O 3 · H 2 O) amb 62% de Mn
-Criptomelano (KMN 8 O 16) amb 45 - 60% de Mn
-Hausmanita (Mn · Mn 2 O 4) amb el 72% de Mn
-Braunita (3mn 2 O 3 · MnSiO 3) amb 50 - 60% de Mn i la (MnCO 3) amb 48% de Mn.
Solament els minerals que contenen més de l'35% de manganès es consideren comercialment explotables.
Encara que en l'aigua de mar hi ha molt poc manganès (10 ppm), al pis de el fons marí hi ha llargues àrees cobertes de nòduls de manganès; també anomenats nòduls polimetàl·lics. En aquests existeixen cúmuls de manganès i una mica de ferro, alumini i silici.
La reserva de manganès dels nòduls s'estima en una quantitat molt més gran que la reserva de l'metall a la superfície terrestre.
Els nòduls d'alt grau contenen entre 10 i 20% de manganès, amb una mica de coure, cobalt i níquel. No obstant això, hi ha dubtes sobre la rendibilitat comercial de l'explotació minera dels nòduls.
Aliments amb manganès
El manganès és un element essencial en la dieta de l'home, ja que intervé en el desenvolupament de el teixit ossi; així com en la seva formació i en la síntesi dels proteoglicans, formadors de cartílags.
Per tot això, cal una dieta adequada de manganès, seleccionant els aliments que contenen l'element.
La següent és una llista d'aliments que contenen manganès, amb els valors expressats en mg de manganès / 100 g de l'aliment:
-Ananá 1,58 mg / 100g
-Frambuesa i maduixa 0,71 mg / 100g
-Banana fresca 0,27 mg / 100g
-Espinaca cuita 0,90 mg / 100g
-Batata 0,45 mg / 100g
-Poroto de soja 0,5 mg / 100g
-Col arrissada cuita 0,22 mg / 100g
-Brócoli cuit 0,22 mg / 100g
-Garbanzo en llauna 0,54 m / 100g
-Quinoa cuita 0,61 mg / 100g
-Farina de blat integral 4,0 mg / 100g
-Arròs integral cuit 0,85 mg / 100g
Cereals tipus All Brand 7,33 mg / 100g
-Llavors de chía 2,33 mg / 100g
-Almendras torrades 2,14 mg / 100g
Amb aquests aliments és fàcil complir amb els requeriments de manganès, que s'han estimat en els homes en 2,3 mg / dia; mentre que les dones necessiten ingerir 1,8 mg / dia de manganès.
paper biològic
El manganès intervé en el metabolisme dels carbohidrats, proteïnes i lípids, així com en la formació òssia i en el mecanisme de defensa contra els radicals lliures.
El manganès és un cofactor per a l'activitat de nombrosos enzims, entre elles: superòxid reductasa, ligases, hidrolases, quinases i descarboxilases. La deficiència de l'manganès ha estat relacionada amb la pèrdua de pes, nàusees, vòmits, dermatitis, retard en el creixement i anormalitats esquelètiques.
El manganès intervé en la fotosíntesi, específicament en el funcionament de l'Fotosistema II, relacionat amb la dissociació de l'aigua per formar oxigen. La interacció entre els Fotosistemes I i II és necessària per a la síntesi de l'ATP.
El manganès és considerat necessari per a la fixació de l'nitrat per les plantes, font de nitrogen i un component nutricional primari de les plantes.
usos
acers
El manganès per si sol és un metall amb propietats insuficients per a aplicacions industrials. Això no obstant, quan es barreja en petites proporcions amb el ferro fos, els acers resultants. Aquest aliatge, anomenada ferromanganès, també s'addiciona a altres acers, sent un component essencial per a tornar-inoxidable.
No només augmenta la seva resistència a el desgast i la seva fortalesa, sinó que a més ho desulfura, desoxigena i desfosforila, removent els àtoms de S, O i P indesitjables en la producció d'acer. El material format és tan fort que s'utilitza per a la creació de vies ferroviàries, barrots de les gàbies a les presons, cascs, caixes fortes, rines, etc.
El manganès pot a més alearse amb el coure, zinc i níquel; és a dir, per a produir aliatges no ferrosos.
Llaunes d'alumini
El manganès també s'utilitza per a la producció d'aliatges d'alumini, les quals normalment es destina per a la fabricació de llaunes de begudes gasoses o cerveses. Aquests aliatges Al-Mn són resistents a la corrosió.
fertilitzants
A causa que el manganès és beneficiós per a les plantes, com MnO 2 o MgSO 4 troba ús en la formulació de fertilitzants, de tal manera que els sòls s'enriqueixin d'aquest metall.
Agent oxidant
El Mn (VII), expressament com KMnO 4, és un poderós agent oxidant. La seva acció és tal que ajuda a desinfectar les aigües, sent la desaparició del seu color violeta indicatiu que va neutralitzar els microbis presents.
Així mateix, serveix com titulante en reaccions redox analítiques; per exemple, en la determinació de ferro ferrós, sulfits i peròxids d'hidrogen. I a més, és un reactiu per dur a terme certes oxidacions orgàniques, sent la majoria de les vegades síntesi d'àcids carboxílics; entre ells, l'àcid benzoic.
vidres
El vidre naturalment presenta un color verd causa del seu contingut d'òxid fèrric o silicats ferrosos. Si s'agrega un compost que d'alguna manera pugui reaccionar amb el ferro i aïllar-lo de l'material, llavors el vidre es decolorará o perdrà el seu color verd característic.
Quan s'afegeix manganès com MnO 2 amb aquest propòsit, i res més, el vidre transparent acaba cobrant tonalitats rosades, violetes o blavoses; raó per la qual sempre s'addicionen altres ions metàl·lics per contrarestar aquest efecte i mantenir el vidre incolor, si és aquest el desig.
D'altra banda, si hi ha un excés de MnO 2, s'obté un vidre amb matisos marrons o inclusivament de color negre.
assecadors
Les sals de manganès, especialment MnO 2, Mn 2 O 3, MnSO 4, MNC 2 O 4 (oxalat), i altres, s'utilitzen per assecar llavors de llinosa o olis a baixes o altes temperatures.
nanopartícules
A l'igual que altres metalls, els seus vidres o agregats poden ser tan petits fins arribar a les escales nanomètriques; aquests són, les nanopartícules de manganès (NPs-Mn), reservades per a aplicacions alienes als acers.
Les NPs-Mn aporten major reactivitat quan es tracten de reaccions químiques on pugui intervenir el manganès metàl·lic. Mentre el seu mètode de síntesi sigui verd, utilitzant extractes de plantes o microorganismes, més amigable seran els seus potencials aplicacions amb el medi ambient.
Alguns dels seus usos són:
-Depuran aigües residuals
-Suplen demandes nutricionals de manganès
-Van bé com a agent antimicrobià i antifúngic
-Degradan colorants
Formen part de supercondensadors i bateries de ions liti
-Catalizan l'epoxidació de les olefines
-Purifican extractes d'ADN
Entre aquestes aplicacions les nanopartícules de les seves òxids (NPs MnO) també poden participar o fins i tot substituir les metàl·liques.
Marcs de metall orgànic
Els ions de manganès poden interactuar amb una matriu orgànica per establir un marc metall orgànic (MOF: Metall Organic Framework). Dins de les porositats o intersticis d'aquest tipus de sòlid, amb enllaços direccionals i estructures ben definides, poden produir-se i catalizarse heterogèniament reaccions químiques.
Per exemple, partint de l'MnCl 2 · 4H 2 O, àcid bencenotricarboxílico i N, N-dimetilformamida, aquestes dues molècules orgàniques es coordinen amb el Mn 2+ per formar un MOF.
Aquest MOF-Mn és capaç de catalitzar l'oxidació d'alcans i alquens, com ara: ciclohexé, estiré, cicloocteno, adamantano i etilbenzè, transformant-los en epòxids, alcohols o cetones. Les oxidacions ocorren dins de l'sòlid i els seus intricats xarxes cristal·lines (o amorfes).
referències
- M. Weld & others. (1920). Manganese: facis servir, preparation, mining costs and the production of ferro-alloys. Recuperat de: digicoll.manoa.hawaii.edu
- Wikipedia. (2019). Manganese. Recuperat de: en.wikipedia.org
- J. Bradley & J. Thewlis. (1927). The Crystal Structure of α-Manganese. Recuperat de: royalsocietypublishing.org
- Fullilove F. (2019). Manganese: Facts, Usis & Benefits. Study. Recuperat de: study.com
- Royal Society of Chemistry. (2019). Periodic table: manganese. Recuperat de: rsc.org
- Vahid H. & Nasser G. (2018). Green synthesis of manganese nanoparticles: Applications and future perspective-A review. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology Volume 189, Pages 234-243.
- Clark J. (2017). Manganese. Recuperat de: chemguide.co.uk
- Farzaneh & L. Hamidipour. (2016). Mn-Metall Organic Framework es Heterogenous Catalyst for Oxidation of Alkanes and Alkenes. Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran 27 (1): 31 - 37. University of Tehran, ISSN 1016-1104.
- National Center for Biotechnology Information. (2019). Manganese. PubChem Database. CID = 23930. Recuperat de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov