Какие свойства проявляет диоксид марганца

МА́РГАНЦА ОКСИ́ДЫ, хи­мич. со­еди­не­ния мар­ган­ца с ки­сло­ро­дом, со­от­вет­ст­вую­щие разл. сте­пе­ням окис­ле­ния мар­ган­ца.

Ок­сид мар­ган­ца(II) $ce{MnO}$ (мо­но­ок­сид) – се­ро-зе­лё­ные кри­стал­лы; плот­ность 5180 кг/м3, tпл 1569 °C; ан­ти­фер­ро­маг­не­тик; об­ла­да­ет по­лу­про­вод­ни­ко­вы­ми свой­ст­ва­ми. Встре­ча­ет­ся в при­ро­де в ви­де ми­не­ра­ла ман­га­но­зи­та. Про­яв­ля­ет сла­бые оснóвные свой­ст­ва, прак­ти­че­ски не­рас­тво­рим в во­де и ще­ло­чах, хо­ро­шо рас­тво­рим в ки­сло­тах с об­ра­зо­ва­ни­ем со­лей $ce{Mn(II)}$, окис­ля­ет­ся на воз­ду­хе при ком­нат­ной темп-ре, вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся до $ce{Mn}$ во­до­ро­дом, алю­ми­ни­ем, уг­ле­ро­дом, ок­си­дом уг­ле­ро­да. По­лу­ча­ют $ce{MnO}$ вос­ста­нов­ле­ни­ем $ce{Mn3O4}$ и $ce{MnO2}$ во­до­ро­дом или ок­си­дом уг­ле­ро­да $ce{CO}$ при 700–900 °C, раз­ло­же­ни­ем $ce{Mn(OH)2, MnC2O4, Mn(NO3)2, MnCO3}$ в инерт­ной ат­мо­сфе­ре при 300 °C и др. спо­со­ба­ми. Мо­но­ок­сид $ce{MnO}$ при­ме­ня­ет­ся при про­из-ве ке­ра­ми­ки, мик­ро­удоб­ре­ний, ан­ти­фер­ро­маг­нит­ных ма­те­риа­лов и пр. Гид­ро­ксид $ce{Mn(OH)2}$ – сла­бое ос­но­ва­ние, ма­ло­рас­тво­рим в во­де.

Ок­сид мар­ган­ца(III) $ce{Mn2O3}$ (се­ск­ви­ок­сид) – бу­рые кри­стал­лы; плот­ность 4500 кг/м3, при на­гре­ва­нии вы­ше 750 °C раз­ла­га­ет­ся с вы­де­ле­ни­ем $ce{O2}$; па­ра­маг­не­тик. Су­ще­ст­ву­ет в двух кри­стал­лич. мо­ди­фи­ка­ци­ях: при на­гре­ва­нии до 670 °C тет­ра­го­наль­ная $α$-фор­ма (в при­ро­де – ми­не­рал кур­на­кит) пе­ре­хо­дит в ку­би­че­скую $β$-фор­му (в при­ро­де – ми­не­рал бик­сби­ит). Про­яв­ля­ет оснóвные свой­ст­ва, прак­ти­че­ски не­рас­тво­рим в во­де. На воз­ду­хе мед­лен­но окис­ля­ет­ся до $ce{MnO2}$, вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся во­до­ро­дом при 300 °C до $ce{MnO}$, алю­ми­ни­ем при на­гре­ва­нии – до $ce{Mn}$, в ки­слой сре­де дис­про­пор­цио­ни­ру­ет ($ce{Mn2O3 + 2H+ = MnO2 + Mn^2+ + H2O}$). По­лу­ча­ют тер­ми­че­ским раз­ло­же­ни­ем ми­не­ра­лов мар­ган­ца (гро­ути­та, ман­га­ни­та). Гид­ро­ксид $ce{Mn(OH)3}$ – очень сла­бое ос­но­ва­ние, прак­ти­че­ски не­рас­тво­рим в во­де.

Двой­ной ок­сид мар­ган­ца(III,IV) $ce{Mn3O4}$ – чёр­но-ко­рич­не­вые кри­стал­лы; при обыч­ных ус­ло­ви­ях ус­той­чи­ва тет­ра­го­наль­ная $α$-фор­ма (в при­ро­де – ми­не­рал га­ус­ма­нит); плот­ность 4856 кг/м3; $t_{пл}$ 1590 °C; па­ра­маг­не­тик; прак­ти­че­ски не­рас­тво­рим в во­де. Ки­сло­ро­дом окис­ля­ет­ся до $ce{Mn2O3}$, в ат­мо­сфе­ре во­до­ро­да при 500 °C вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся до $ce{MnO}$. Об­ра­зу­ет­ся при на­гре­ва­нии до 1000 °C со­еди­не­ний $ce{Mn}$ на воз­ду­хе или в ат­мо­сфе­ре ки­сло­ро­да, при тер­ми­че­ском (при 950 °C) раз­ло­же­нии $ce{MnO2}$. При­ме­ня­ет­ся для по­лу­че­ния фер­ри­тов, ман­га­на­тов, как ка­та­ли­за­тор.

Ди­ок­сид мар­ган­ца(IV) $ce{MnO2}$ – тём­но-се­рые или тём­но-ко­рич­не­вые кри­стал­лы, наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ное в при­ро­де со­еди­не­ние $ce{Mn}$. Ус­той­чи­ва тет­ра­го­наль­ная $β$-фор­ма (в при­ро­де – ми­не­рал пи­ро­лю­зит), плот­ность 5026 кг/м3; при температуре вы­ше 580 °C раз­ла­га­ет­ся; па­ра­маг­не­тик. Ди­ок­сид – не­сте­хио­мет­ри­че­ское со­еди­не­ние, в кри­стал­лич. ре­шёт­ке все­гда на­блю­да­ет­ся не­дос­та­ток ки­сло­ро­да. Об­ла­да­ет ам­фо­тер­ны­ми свой­ст­ва­ми; в во­де и в ще­ло­чах прак­ти­че­ски не­рас­тво­рим; при на­гре­ва­нии про­яв­ляет свой­ст­ва окис­ли­те­ля (например, $ce{MnO2 + 4HCl — Cl2 +MnCl2 +2H2O}$); по от­но­ше­нию к бо­лее силь­ным окис­ли­те­лям в ще­лоч­ной сре­де яв­ля­ет­ся вос­стано­ви­те­лем (об­ра­зу­ет­ся $ce{MnO_4^{2–}}$); при окис­ли­тель­ном сплав­ле­нии $ce{MnO2}$ со ще­ло­ча­ми об­ра­зу­ют­ся ман­га­на­ты. По­лу­ча­ют $ce{MnO2}$ вос­ста­нов­ле­ни­ем $ce{KMnO4}$ в ней­траль­ной сре­де, элек­тро­ли­зом со­лей $ce{Mn(II)}$ и др. спо­со­ба­ми. Ди­ок­сид мар­ган­ца(IV) при­ме­ня­ет­ся для по­лу­че­ния $ce{Mn}$ и его со­еди­не­ний, как де­по­ля­ри­за­тор в су­хих галь­ва­ни­че­ских эле­мен­тах, окис­ли­тель (в хи­мич. пром-сти, гид­ро­ме­тал­лур­гии, ор­га­нич. син­те­зе), в про­из-ве кир­пи­ча, цвет­но­го стек­ла, ка­та­ли­за­то­ров, сик­ка­ти­вов, кра­си­те­лей, кра­сок и др.

Из­вест­ны двой­ные и трой­ные ок­си­ды мар­ган­ца(IV); напр., пу­тём сплав­ления пи­ро­лю­зи­та $ce{MnO2}$ с ок­си­дом каль­ция по­лу­че­ны $ce{CaMnO3 , Ca2MnO4: и: Ca3 MnO8}$ . Трой­ные ок­си­ды со­ста­ва $ce{M^{I}_{1–x}M^{II}_{x}MnO3}$ со струк­ту­рой пе­ров­ски­та ($ce{M^{I}}$ – ред­ко­зе­мель­ный эле­мент, $ce{M^{II}}$ – щё­лоч­но­зе­мель­ный эле­мент, $x$ = 0,2–0,5), напри­мер $ce{Ca_{1–x}La_{x}MnO3}$, про­яв­ля­ют вы­со­кую элек­трич. про­во­ди­мость и фер­ро­маг­нит­ные свой­ст­ва, при­чём элек­трич. со­про­тив­ле­ние этих со­еди­не­ний умень­ша­ет­ся на неск. по­ряд­ков при вне­се­нии их в маг­нит­ное по­ле.

Ок­сид мар­ган­ца(VII) $ce{Mn2O7}$ (геп­та­ок­сид ди­мар­ган­ца) – ко­рич­не­вая ле­ту­чая гиг­ро­ско­пич­ная мас­ля­ни­стая жид­кость, при ох­ла­ж­де­нии тём­но-зе­лё­ные кри­стал­лы; $t_{пл}$ 5,9 °C, плот­ность 2400 кг/м3. Очень не­ус­той­чив: при мед­лен­ном на­гре­ва­нии вы­ше 55 °C раз­ла­га­ет­ся с вы­де­ле­ни­ем $ce{O2}$ и об­ра­зо­ва­ни­ем низ­ших ок­си­дов, раз­ла­га­ет­ся со взры­вом при ме­ха­нич. воз­дей­ст­вии, в при­сут­ст­вии сле­дов ор­га­нич. ве­ществ, при темп-ре вы­ше 95 °C или боль­ших ско­ро­стях на­гре­ва­ния взры­ва­ет­ся; об­ла­да­ет ки­слот­ны­ми свой­ст­ва­ми; очень силь­ный окис­ли­тель (ди­эти­ло­вый эфир, спирт и др. ор­га­нич. ве­ще­ст­ва при со­при­кос­но­ве­нии с $ce{Mn2O7}$ вос­пла­ме­ня­ют­ся). По­лу­ча­ют при взаи­мо­дей­ст­вии $ce{KMnO4}$ c кон­цен­трир. $ce{H2SO4}$ при ох­ла­ж­де­нии.

Оксид марганца(IV) (диоксид марганца)  — порошок тёмно-коричневого цвета, нерастворимый в воде. Наиболее устойчивое соединение марганца, широко распространённое в земной коре (минерал пиролюзит).

Химические свойства

При обычных условиях диоксид марганца ведет себя довольно инертно. При нагревании с кислотами проявляет окислительные свойства, например, окисляет концентрированную соляную кислоту до хлора:

.

С серной и азотной кислотами разлагается с выделением кислорода:

.

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений и :

.

Диоксид марганца проявляет амфотерные свойства. Так, в концентрированных сернокислых растворах образует сульфат марганца(IV):

.

А при сплавлении с щелочами и основными оксидами MnO2 выступает в роли кислотного оксида, образуя соли — манганиты:

.

Является катализатором разложения пероксида водорода:

.

При нагревании выше 530°C разлагается:

.

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия:

.

Также можно получить реакцией перманганата калия с пероксидом водорода. На практике образовавшийся каталитически разлагает пероксид водорода, вследствие чего реакция до конца не протекает.

.

При температуре выше 100°C восстановлением перманганата калия водородом:

.

Структура

Многие полиморфы диоксида марганца и гидратированных форм были предложены. Диоксид марганца, как и многие другие диоксиды, имеет кристаллическую структуру рутила (эта полиморфная форма называется) Способ кристаллизации, с трехкоординированным оксидом и октаэдрическим металлическим центром. Диоксид марганца является типичным некомпозитным соединением с вакансиями атомов кислорода. Это сложное твердое соединение относится к недавно полученному методу диоксида марганца в органическом синтезе. Следует отметить, что α-полиморф диоксида марганца имеет очень открытую структуру и имеет «каналы», в которых могут размещаться атомы металлов, такие как серебро или барий. После тесно связанных минералов,Его часто называют голландским.

Археология

• Красящие вещества, обнаруженные во время раскопок в пещере Ласко и образцы, взятые с некоторых наскальных изображений, соответствовали диоксиду марганца[1].
• Учёные определили, что кусочки чёрных камней из пещеры Пеш-де-Лазе на юге Франции, сложены исключительно из диоксида марганца. Возможно,
  • Применяется для промышленного производства марганца;
  • Как деполяризатор в «батарейках» (сухих гальванических элементах);
  • Компонент минеральных пигментов;
  • Осветлитель стекла.

  Примечания

  Литература

  • Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001
  • Неорганическая химия под редакцией Ю. Д. Третьякова; Химия переходных элементов Кн. 1
  • Полианит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

• 29.03.2018

  Двуокись марганца — неорганическое соединение, оксид марганца (IV) с формулой MnO2. Встречается в естественном виде как широко распространенный минерал пиролюзит. В промышленности двуокись марганца получают электролизом раствора сульфата марганца, в лабораториях — из перманганата калия нагреванием или взаимодействием с пероксидом водорода.

  Свойства

  Тонкодисперсионный или мелкокристаллический порошок темно-коричневого или черного цвета. Не растворяется в воде. Разлагается при нагревании свыше +105 °С. Токсичен.

  Химически реактив очень устойчив, считается самым стабильным кислородосодержащим соединением марганца. В нормальных условиях вступает в реакции слабо. Проявляет амфотерные свойства, т.е. образует как кислоты, так и щелочи. Может проявлять себя как восстановитель, но чаще как сильный окислитель. Реагирует с сильными неорганическими и органическими кислотами, такими как серная, соляная, азотная, щавелевая с образованием солей: сульфатов, хлоридов, нитратов, оксалатов. В реакции с соляной кислотой выделяется хлор. С азотной и серной кислотами — кислород. Взаимодействует с сильными окислителями. В реакциях со щелочами образует соли марганцовистой (Н2МпО3) кислоты — манганиты.

  Это интересно

  • Человечество использует вещество практически с самого своего зарождения. Археологи установили, что наскальные рисунки из пещеры Ласко (Франция) нанесены именно двуокисью марганца. Этим рисункам, по данным радиоуглеродного анализа, от 17 до 19 тысяч лет.
  • Есть и еще более древние свидетельства. В пещере Пеш-де-Лазе (Франция) найдены куски черного камня, являющегося диоксидом марганца. Эти камни, судя по всему, использовали неандертальцы для разжигания или поддержания огня около полумиллиона лет назад.

  Меры предосторожности

  Относится ко 2-му классу опасности для здоровья человека. Может попасть внутрь при вдыхании пылевого аэрозоля. Вызывает раздражение при контакте с кожей. При проглатывании или вдыхании накапливается в организме. Высокая доза попавшего в организм реактива оказывает негативное воздействие на органы дыхания, центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. По правилам техники безопасности, установленных ГОСТом, при работе с диоксидом марганца следует использовать спецодежду, резиновые перчатки и респираторы типа «Лепесток» с противопылевым фильтром, защитные очки. В воздухе рабочей зоны следует регулярно проверять концентрацию реактива. Само помещение должно быть снабжено принудительной вентиляцией.

  Хранят и транспортируют двуокись марганца во влагостойких мешках, бумажных с пропиткой или пластиковых, а также в стальных контейнерах и картонно-навивных барабанах. Хранят на крытых складах.

  Применение

  • В качестве сырья для получения производных марганца.
  • Для производства сухих химических источников тока.
  • Катализатор в химических синтезах. Например, при выделении кислорода из хлората калия, в реакциях полимеризации.
  • Для изготовления эмалей, красок, олиф (как катализатор процесса, пигмент, добавка для более быстрого высыхания). Для окрашивания тротуарной плитки и силикатного кирпича.
  • В стекловарении для осветления стекла, в производстве фарфора.
  • В строительной индустрии для изготовления изделий из бетона, керамики, искусственного мрамора и гранита, песчано-цементных смесей.
  • В металлургии и гидрометаллургии для выплавки стали (очистка от сернистых и фосфорных примесей), цинка, меди.
  • В кожевенном производстве для выделки особо качественных (хромовых) кож.
  • Для получения кристаллов с ферромагнитными, ферроэлектрическими и пьезоэлектрическими свойствами.
  • В сельском хозяйстве — добавка в корма для животных.
  • При производстве противогазов, способных защищать от угарного газа.
  • В специализированных аппаратах для очистки газов от паров ртути.
  • В лабораторной практике — для получения хлора из соляной кислоты.