História do manganês, propriedades, estrutura, usa

Ele manganês É um elemento químico que consiste em um metal de transição, representado pelo símbolo Mn, e cujo número atômico é 25. O nome dele é devido à magnésia negra, hoje em dia.

É o elemento mais abundante da crosta terrestre, estando em uma variedade de minerais, como íons com diferentes estados de oxidação. De todos os elementos químicos, o manganês se distingue por se apresentar em seus compostos com muitos estados de oxidação, dos quais +2 e +7 são os mais comuns.

Manganês metálico. Fonte: w. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Em sua forma pura e metálica, ele não tem muitas aplicações. No entanto, pode ser adicionado ao aço como um dos principais aditivos para torná -lo inoxidável. Assim, sua história está intimamente relacionada à do ferro; Mesmo quando seus compostos estão presentes em pinturas de cavernas e vidro antigo.

Seus compostos encontram aplicações em baterias, métodos analíticos, catalisadores, oxidações orgânicas, fertilizantes, coloração de vidro e cerâmica, secadores e suplementos nutricionais para atender à demanda biológica de manganês em nossos corpos.

Da mesma forma, os compostos de manganês são muito coloridos; Independentemente disso, existem interações com espécies inorgânicas ou orgânicas (organomanganesas). Suas cores dependem do número de número ou oxidação, sendo o mais representativo +7 no agente oxidante e antimicrobiano KMNO₄.

Além dos usos anteriores para o manganês, suas nanopartículas e quadros de metal orgânico são opções para desenvolver catalisadores, sólidos adsorventes e materiais de dispositivos eletrônicos.

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História

O início do manganês, como muitos outros metais, estão associados aos de seus minerais mais abundantes; Nesse caso, a pirolusita, mno₂, que eles chamavam de magnesia negra, por sua cor e porque foi coletada em magnésia, Grécia. Sua cor preta foi usada mesmo em pinturas de cavernas francesas.

Seu primeiro nome foi o manganês, dado por Michele Mercati, e depois mudou para manganês. O mnO₂ Também foi usado para descolorir vidro e, de acordo com certas investigações, foi encontrado nas espadas dos espartanos, que já fabricou seus próprios aços.

As cores de seus compostos foram admiradas do manganês, mas não foi até 1771 que o químico suíço Carl Wilhelm propôs sua existência como um elemento químico.

Mais tarde, em 1774, Johan Gottlieb Gahn conseguiu reduzir a mina₂ para o manganês metálico usando carvão mineral; Atualmente reduzido com alumínio ou transformado em seu sal de sulfato, mgso₄, que acaba com a eletrolia.

No século XIX, o Manganês adquiriu seu enorme valor comercial, demonstrando que melhorou a força do aço sem alterar sua maleabilidade, produzindo ferromangasos. Além disso, o MNO₂ Ele encontrou uso como material catódico nas baterias de carbono de zinco e alcalina.

Propriedades

Aparência

Cor de prata metálica.

Peso atômico

54.938 u

Número atômico (Z)

25

Ponto de fusão

1.246 ºC

Ponto de ebulição

2.061 ºC

Densidade

-À temperatura ambiente: 7,21 g/ml.

-No ponto de fusão (líquido): 5,95 g/ml

Calor de fusão

12,91 KJ/mol

Calor de vaporização

221 KJ/mol

Capacidade calórica molar

26.32 J/(mol · k)

Eletro-negatividade

1,55 na escala Pauling

Energias de ionização

Primeiro nível: 717,3 KJ/mol.

Segundo nível: 2.150, 9 KJ/mol/mol.

Terceiro nível: 3.348 kJ/mol.

Rádio atômico

Empírico 127 pm

Condutividade térmica

7,81 com (M · k)

Resistividade elétrica

1,44 µΩ · m a 20 ° C

Ordem magnética

Paramagnético, é fracamente atraído por um campo elétrico.

Dureza

6.0 na escala MOHS

Reações químicas

O manganês é menos eletronegativo do que seus vizinhos mais próximos na tabela periódica, o que o torna menos reativo. No entanto, pode queimar no ar na presença de oxigênio:

3 mn (s) +2 O₂ (g) => mn₃QUALQUER₄ (S)

Você também pode reagir com nitrogênio a uma temperatura aproximada de 1.200 ºC, para formar manganês nituro:

3 mn (s) +n₂ (s) => mn₃N₂

Também é diretamente combinado com boro, carbono, enxofre, silício e fósforo; Mas não com hidrogênio.

O manganês se dissolve rapidamente em ácidos, causando sais com o íon manganês (MN²⁺) e liberando gás hidrogênio. Também reage com halogênios, mas requer altas temperaturas:

Pode atendê -lo: brometo de sódio (NABR)

Mn (s) +BR₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organocompósitos

O manganês pode formar links para átomos de carbono, MN-C, permitindo que ele cause uma série de compostos orgânicos chamados organomanganeses.

Em organomanganeses, as interações são devidas a links MN-C ou MN-X, onde X é um halogênio ou ao posicionamento do centro de manganês positivo com as nuvens eletrônicas dos sistemas conjugados π de compostos aromáticos.

Para exemplos do exposto₅H₄CH₃) -Mn- (CO)₃.

Este último organomanganese forma um link MN-C com CO, mas, ao mesmo tempo, interage com a nuvem aromática do anel C₅H₄CH₃, Formando uma estrutura meio -Sandwich:

Metilciclopentadienile Manganês tricarbonil. Fonte: 31feesh [CC0]

Isótopos

Tem apenas um isótopo estável ⁵⁵Mn com 100 % de abundância. Os outros isótopos são radioativos: ⁵¹Mn, ⁵²Mn, ⁵³Mn, ⁵⁴Mn, ⁵⁶Mn e ⁵⁷Mn.

Estrutura e configuração eletrônica

A estrutura de manganês à temperatura ambiente é complexa. Embora seja considerado cúbico centrado no corpo (BCC), experimentalmente sua célula unitária provou ser um cubo distorcido.

Esta primeira fase ou alvo (no caso de metal como elemento químico), chamado α-Mn, é estável até 725 ° C; Atingiu essa temperatura, ocorre uma transição para outro igualmente "raro", o β-mn. Então, o Alotrope β predomina até 1095 ° C quando novamente se transforma em um terceiro alvo: o γ-Mn.

O γ-Mn possui duas estruturas cristalinas diferenciáveis. Um cúbico centrado no rosto (FCC) e o outro tetragonal centrado no rosto (FCT) Tetragonal centrado na face) à temperatura ambiente. E finalmente, a 1134 ° C, o γ-Mn é transformado no alotopo Δ-mn, que cristaliza em uma estrutura comum do BCC.

Assim, o manganês tem até quatro formas alotrópicas, todas dependentes da temperatura; E em relação aos dependentes da pressão, não há muitas referências bibliográficas para consultá -las.

Nessas estruturas, os átomos de MN são unidos por um título metálico governado por seus elétrons de valência, de acordo com sua configuração eletrônica:

[AR] 3D⁵ 4s²

Estados de oxidação

A configuração eletrônica de manganês nos permite observar que possui sete elétrons de valência; cinco no orbital 3D e dois no orbital 4s. Ao perder todos esses elétrons durante a formação de seus compostos, assumindo a existência do Mn Cation⁷⁺, Diz -se que adquira um número de oxidação de +7 ou Mn (vii).

O kmno₄ (K⁺Mn⁷⁺QUALQUER^2-₄) É um exemplo de um composto com o MN (vii) e é fácil reconhecê -lo por suas cores roxas brilhantes:

Duas soluções KMNO4. Um concentrado (esquerda) e o outro diluído (à direita). Fonte: Pradana Aumars [CC0]

Manganês pode perder gradualmente cada um de seus elétrons. Assim, seus números de oxidação também podem ser +1, +2 (mn²⁺, o mais estável de todos), +3 (mn³⁺) e assim por diante até +7, já mencionado.

Quanto mais positivo o número de oxidação, maior sua tendência a ganhar elétrons; Ou seja, seu poder oxidante será maior, pois os elétrons "roubarão" para outras espécies para reduzir e fornecer demanda eletrônica. É por isso que o KMNO₄ É um ótimo agente oxidante.

Cores

Todos os compostos de manganês são caracterizados por serem coloridos, e o motivo é devido a transições eletrônicas D-D, diferente para cada estado de oxidação e seus ambientes químicos. Assim, os compostos Mn (vii) são geralmente violeta, enquanto os de Mn (VI) e Mn (V), por exemplo, são verdes e azuis, respectivamente, respectivamente.

Solução verde de manganato de potássio, k2mno4. Fonte: Choij [Domínio Público]

Os compostos Mn (II) parecem um pouco desbotados, contrastando o KMNO₄. Por exemplo, os mons₄ e mcl₂ Eles são cores rosa pálido sólidas, quase brancas.

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Essa diferença é devido à estabilidade do MN²⁺, cujas transições eletrônicas requerem mais energia e, portanto, mal absorve a radiação da luz visível, refletindo quase todos.

Onde está o magnésio?

Pirolusita mineral, a fonte mais rica de manganês do córtex da Terra. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Manganês constitui 0,1 % da crosta terrestre e ocupa o doze lugar entre os elementos presentes nele. Seus principais depósitos são encontrados na Austrália, África do Sul, China, Gabón e Brasil.

Entre os principais minerais de manganês estão os seguintes:

-Pirolusita (mnO₂) Com 63% de MN

-Ramsdelita (MNO₂) Com 62% de MN

-Manganita (MN₂QUALQUER₃· H₂O) com 62% de MN

-Cryptomelaan (KMN₈QUALQUER₁₆) Com 45 - 60% de MN

-Hausmanita (Mn · Mn₂QUALQUER₄) Com 72% de MN

-Braunita (3mn₂QUALQUER_{3 ·}MNSIO₃) com 50 - 60% de Mn e o (MNCO₃) Com 48% de MN.

Apenas minerais contendo mais de 35% de manganês são considerados comercialmente exploráveis.

Embora exista muito pouco manganês (10 ppm) na água do mar, no chão do fundo do mar, há longas áreas cobertas com nódulos de manganês; Também chamado de nódulos polimetálicos. Nestes existem grupos de manganês e algum ferro, alumínio e silício.

A reserva de manganês dos nódulos é estimada em uma quantidade muito maior que a reserva do metal na superfície da Terra.

Os nódulos de alta qualidade contêm entre 10 e 20% de manganês, com um pouco de cobre, cobalto e níquel. No entanto, há dúvidas sobre a lucratividade comercial da exploração de mineração dos nódulos.

Alimentos com manganês

O manganês é um elemento essencial na dieta do homem, pois intervém no desenvolvimento do tecido ósseo; bem como em sua formação e síntese de proteoglicanos, treinadores de cartilagem.

Por tudo isso, é necessária uma dieta de manganês adequada, selecionando os alimentos que contêm o elemento.

A seguir, é apresentada uma lista de alimentos que contêm manganês, com os valores expressos em mg de manganês/100 g de comida:

-Ananá 1,58 mg/100g

-Framboesa e morango 0,71 mg/100g

-Banana fresca 0,27 mg/100g

-Espinafre cozido 0,90 mg/100g

-0,45 mg/100g de batata -doce

-Soja Porto 0,5 mg/100g

-Cozido encaracolado 0,22 mg/100g

-Brócolis cozinhou 0,22 mg/100g

-Bico enlatado 0,54 m/100g

-Quinoa cozida 0,61 mg/100g

-Farinha de trigo integral 4,0 mg/100g

-Arroz abrangente cozido 0,85 mg/100g

-7,33 mg/100g todos os cereais de marca

-Chia Seeds 2,33 mg/100g

-Amêndoas com sabor 2,14 mg/100g

Com esses alimentos, é fácil atender aos requisitos de manganês, que foram estimados em homens em 2,3 mg/dia; Enquanto as mulheres precisam ingerir 1,8 mg/dia de manganês.

Artigo biológico

O manganês intervém no metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídios, bem como na formação óssea e no mecanismo de defesa contra os radicais livres.

Manganês é um cofator para a atividade de inúmeras enzimas, incluindo: superóxido de redutase, ligas, hidrolases, cinases e descarboxilases. A deficiência de manganês tem sido relacionada à perda de peso, náusea, vômito, dermatite, atraso no crescimento e anormalidades esqueléticas.

O manganês intervém na fotossíntese, especificamente no funcionamento do fotossistema II, relacionado à dissociação da água para formar oxigênio. A interação entre os fotosystems I e II é necessária para a síntese de ATP.

O manganês é considerado necessário para a fixação do nitrato por plantas, fonte de nitrogênio e um componente nutricional primário das plantas.

Formulários

Aça

Manganês é apenas um metal com propriedades insuficientes para aplicações industriais. No entanto, quando misturado em pequenas proporções com ferro fundido, aços resultantes. Essa liga, chamada Ferromanganese, também é adicionada a outros aços, sendo um componente essencial para torná -lo inoxidável.

Não apenas aumenta sua resistência ao desgaste e força, mas também dessulfura, desoxigênio e parasforila, removendo os átomos de S, ou e e não foram influentes na produção de aço. O material formado é tão forte que é usado para a criação de ferrovias, barras de gaiola em prisões, capacetes, cofres, rodas, etc.

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O manganês também pode liga de cobre, zinco e níquel; isto é, para produzir ligas não ferrosas.

Latas de alumínio

O manganês também é usado para a produção de ligas de alumínio, que normalmente é alocada para a fabricação de latas a gás ou cervejas. Essas ligas Al-Mn são resistentes à corrosão.

Fertilizantes

Porque o manganês é benéfico para as plantas, como um MNO₂ ou mgso₄ Encontre uso na formulação de fertilizantes, para que os solos sejam enriquecidos neste metal.

Agente oxidante

O Mn (vii), expressamente como kmno₄, É um agente oxidante poderoso. Sua ação é tal que ajuda a desinfetar as águas, sendo o desaparecimento de sua cor violeta indicativa de que neutralizou os micróbios presentes.

Também serve como um título nas reações redox analíticas; Por exemplo, na determinação de ferro ferroso, sulfitos e peróxidos de hidrogênio. Além disso, é um reagente realizar certas oxidações orgânicas, na maioria das vezes a síntese de ácidos carboxílicos; Entre eles, ácido benzóico.

Vidro

O vidro apresenta naturalmente uma cor verde devido ao seu teor de óxido férrico ou silicatos ferrosos. Se for adicionado um composto que, de alguma forma.

Quando o manganês é adicionado como um MNO₂ Com esse propósito, e nada mais, o vidro transparente termina que cobra tons rosa, violeta ou azulado; Razão pela qual outros íons metálicos são sempre adicionados para combater esse efeito e manter vidro incolor, se esse é o desejo.

Por outro lado, se houver um excesso meu₂, O vidro é obtido com nuances marrons ou até pretas.

Secadores

Sais de manganês, especialmente MNO₂, Mn₂QUALQUER₃, MSSO₄, MNC₂QUALQUER₄ (oxalato) e outros, são usados ​​para secar sementes de linhaça ou baixas temperaturas.

Nanopartículas

Como outros metais, seus cristais ou agregados podem ser tão pequenos até atingir as escalas nanométricas; São essas nanopartículas de manganês (NPS-MN), reservadas para aplicações fora dos aços fora.

O NPS-MN fornece maior reatividade quando lidam com reações químicas onde o manganês metálico pode intervir. Embora seu método de síntese seja verde, usando plantas ou extratos de microrganismos, mais amigável será suas aplicações em potencial com o ambiente.

Alguns de seus usos são:

-Eles purificam águas residuais

-Manganês Nutrição exige oferta

-Eles servem como um agente antimicrobiano e antifúngico

-Eles degradam corantes

-Eles fazem parte do lítio Super C Fornset

-Eles catalisam a epoxidação de olefina

-Extratos de DNA purificam

Entre essas aplicações, as nanopartículas de seus óxidos (NPS MNO) também podem participar ou até substituir o Metallic.

Quadros de metal orgânico

Os íons manganês podem interagir com uma matriz orgânica para estabelecer uma estrutura de metal orgânica (MOF: Estrutura orgânica de metal). Dentro das porosidades ou interstícios desse tipo de sólido, com links direcionais e estruturas bem definidas, reações químicas podem ser produzidas e catalisadas.

Por exemplo, a partir de MNCL₂· 4h₂Ou, ácido benzenotricarboxílico e n, n-imimimetilformamida, essas duas moléculas orgânicas são coordenadas com o MN²⁺ Para formar um MOF.

Este MOF-Mn é capaz de catalisar a oxidação de alcanos e alcenos, como: ciclohexeno, alongamento, ciclooocteno, adamantano e etilbenzeno, transformando-os em epóxidos, álcoois ou cetonas. Oxidações ocorrem dentro das redes sólidas e suas intrincadas redes cristalinas (ou amorfas).

Referências

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