Histoire du manganèse, propriétés, structure, utilisations

Il manganèse C'est un élément chimique qui se compose d'un métal de transition, représenté par le symbole MN, et dont le nombre atomique est de 25. Son nom est dû à la magnésie noire, de nos jours.

C'est l'élément le plus abondant de la croûte de la Terre, étant dans une variété de minéraux tels que des ions avec différents états d'oxydation. De tous les éléments chimiques, le manganèse se distingue en présentant dans ses composés avec de nombreux états d'oxydation, dont +2 et +7 sont les plus courants.

Manganèse métallique. Source: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Dans sa forme pure et métallique, il n'a pas trop d'applications. Cependant, il peut être ajouté à l'acier comme l'un des principaux additifs pour le rendre inoxydable. Ainsi, son histoire est étroitement liée à celle du fer; Même lorsque leurs composés ont été présents dans des peintures de grottes et du verre ancien.

Ses composés trouvent des applications dans les batteries, les méthodes analytiques, les catalyseurs, les oxydations organiques, les engrais, la coloration en verre et en céramique, les séchoirs et les suppléments nutritionnels pour répondre à la demande biologique du manganèse dans notre corps.

De même, les composés de manganèse sont très colorés; Quoi qu'il en soit, il existe des interactions avec les espèces inorganiques ou organiques (organomanganais). Ses couleurs dépendent du nombre ou du statut d'oxydation, étant le plus représentatif +7 dans l'agent oxydant et antimicrobien KMNO₄.

En plus des utilisations précédentes du manganèse, ses nanoparticules et ses cadres métalliques organiques sont des options pour développer des catalyseurs, des solides adsorbants et des matériaux de dispositifs électroniques.

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Histoire

Les débuts du manganèse, comme de nombreux autres métaux, sont associés à ceux de leur minéral le plus abondant; Dans ce cas, la pyrolusite, MNO₂, qu'ils ont appelé la magnésie noire, pour leur couleur et parce qu'elle a été collectée en magnésie, en Grèce. Sa couleur noire a été utilisée même dans les peintures de grottes françaises.

Son prénom était le manganèse, donné par Michele Mercati, puis a changé en manganèse. Le MNO₂ Il a également été utilisé pour décolorer le verre et, selon certaines enquêtes, il a été trouvé dans les épées des Spartiates, qui ont alors déjà fabriqué leurs propres aciers.

Les couleurs de leurs composés étaient admirées du manganèse, mais ce n'est qu'en 1771 que le chimiste suisse Carl Wilhelm a proposé son existence en tant qu'élément chimique.

Plus tard, en 1774, Johan Gottlieb Gahn a réussi à réduire la mine₂ au manganèse métallique utilisant du charbon minéral; Actuellement réduit en aluminium ou transformé en sel de sulfate, MGSO₄, qui finit par électrolyer.

Au XIXe siècle, le manganèse a acquis son énorme valeur commerciale en démontrant que cela améliorait la résistance de l'acier sans modifier sa malléabilité, produisant des Ferromanganesos. Aussi, le MNO₂ Il a trouvé une utilisation comme matériau cathodique dans les batteries en zinc-carbone et alcaline.

Propriétés

Apparence

Couleur argentée métallique.

Poids atomique

54 938 U

Numéro atomique (z)

25

Point de fusion

1.246 ºC

Point d'ébullition

2.061 ºC

Densité

-À température ambiante: 7,21 g / ml.

-Au point de fusion (liquide): 5,95 g / ml

Chaleur de fusion

12,91 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

221 kJ / mol

Capacité calorique molaire

26,32 J / (mol · k)

Électronégativité

1,55 sur l'échelle Pauling

Énergies d'ionisation

Premier niveau: 717,3 kJ / mol.

Deuxième niveau: 2.150, 9 kJ / mol.

Troisième niveau: 3.348 kJ / mol.

Radio atomique

Empirique 127 h

Conductivité thermique

7.81 w / (m · k)

Résistivité électrique

1,44 µω · m à 20 ° C

Ordre magnétique

Paramagnétique, est faiblement attiré par un champ électrique.

Dureté

6.0 sur l'échelle Mohs

Réactions chimiques

Le manganèse est moins électronégatif que ses voisins les plus proches du tableau périodique, ce qui le rend moins réactif. Cependant, il peut brûler dans l'air en présence d'oxygène:

3 mn (s) +2 o₂ (g) => mn₃SOIT₄ (S)

Vous pouvez également réagir avec de l'azote à une température approximative de 1.200 ºC, pour former du manganèse nitruro:

3 mn (s) + n₂ (s) => mn₃N₂

Il est également directement combiné avec du bore, du carbone, du soufre, du silicium et du phosphore; mais pas avec l'hydrogène.

Le manganèse se dissout rapidement dans les acides, provoquant des sels avec l'ion manganèse (Mn²⁺) et libérer de l'hydrogène gazeux. Il réagit également avec les halogènes, mais nécessite des températures élevées:

Il peut vous servir: bromure de sodium (NABR)

Mn (s) + br₂ (g) => mnbr₂ (S)

Organocomposites

Le manganèse peut former des liens vers les atomes de carbone, MN-C, ce qui lui permet de provoquer une série de composés organiques appelés organomanganais.

Dans les organomanganesos, les interactions sont dues aux liaisons MN-C ou MN-X, où X est un halogène, ou au positionnement du centre de manganèse positif avec les nuages ​​électroniques des systèmes conjugués π des composés aromatiques.

Pour des exemples de l'avion₅H₄Ch₃) -Mn- (co)₃.

Ce dernier organomanganais forme un lien MN-C avec CO, mais en même temps interagit avec le nuage aromatique de l'anneau C₅H₄Ch₃, Formant un demi-sandwich Structure:

Tricarbonèse méthylciclopentadiétile. Source: 31feesh [CC0]

Isotopes

N'a qu'un isotope stable ⁵⁵MN avec une abondance à 100%. Les autres isotopes sont radioactifs: ⁵¹MN, ⁵²MN, ⁵³MN, ⁵⁴MN, ⁵⁶MN et ⁵⁷MN.

Structure et configuration électroniques

La structure du manganèse à température ambiante est complexe. Bien qu'il soit considéré comme un cubique centré sur le corps (BCC), expérimentalement sa cellule unitaire s'est avérée être un cube déformé.

Cette première phase ou alotrope (dans le cas du métal comme élément chimique), appelé α-MN, est stable jusqu'à 725 ° C; Atteint cette température, une transition se produit vers un autre alotrope tout aussi "rare", le β-Mn. Ensuite, l'alotrope β prédominate jusqu'à 1095 ° C lorsque vous transforme à nouveau en un troisième alotrope: le γ-Mn.

Le γ-Mn a deux structures cristallines différenciables. Un cube centré sur le visage (FCC), et l'autre tétragonal centré sur le visage (FCT) Tétragonal centré sur le visage) à température ambiante. Et enfin, à 1134 ° C, le γ-Mn est transformé en alotrope Δ-Mn, qui se cristallise dans une structure BCC ordinaire.

Ainsi, le manganèse a jusqu'à quatre formes allotropes, toutes dépendantes de la température; Et en ce qui concerne ceux qui dépendent de la pression, il n'y a pas trop de références bibliographiques pour les consulter.

Dans ces structures, les atomes MN sont unis par une liaison métallique régie par leurs électrons de valence, selon leur configuration électronique:

[Ar] 3d⁵ 4s²

États d'oxydation

La configuration électronique du manganèse nous permet d'observer qu'il a sept électrons de valence; cinq dans l'orbitale 3d et deux dans l'orbitale 4S. Lorsque vous perdez tous ces électrons pendant la formation de leurs composés, en supposant l'existence du cation Mn⁷⁺, On dit qu'il acquiert un nombre d'oxydation de +7 ou MN (VII).

Le kmno₄ (K⁺MN⁷⁺SOIT^2-₄) C'est un exemple de composé avec MN (VII), et il est facile de le reconnaître pour ses couleurs violettes vives:

Deux solutions KMNO4. Un concentré (à gauche) et l'autre dilué (à droite). Source: Pradana Aumars [CC0]

Le manganèse peut progressivement perdre chacun de ses électrons. Ainsi, ses nombres d'oxydation peuvent également être +1, +2 (Mn²⁺, le plus stable de tous), +3 (mn³⁺), et ainsi de suite jusqu'à +7, déjà mentionné.

Plus les nombres d'oxydation sont positifs, plus sa tendance à gagner des électrons est grande; C'est-à-dire que sa puissance oxydante sera plus élevée, car les électrons "voleront" à d'autres espèces pour réduire et fournir la demande électronique. C'est pourquoi le kmno₄ C'est un excellent agent oxydant.

Couleurs

Tous les composés de manganèse sont caractérisés par le fait d'être coloré, et la raison est due aux transitions électroniques D-D, différentes pour chaque état d'oxydation et leurs environnements chimiques. Ainsi, les composés Mn (VII) sont généralement violets, tandis que ceux de Mn (VI) et Mn (V), par exemple, sont verts et bleus, respectivement.

Solution verte du manganate de potassium, K2MNO4. Source: Choij [Domaine public]

Les composés Mn (II) semblent un peu délavés, contrastant le KMNO₄. Par exemple, les mons₄ et MCL₂ Ce sont des couleurs roses pâles solides, presque blanches.

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Cette différence est due à la stabilité du Mn²⁺, dont les transitions électroniques nécessitent plus d'énergie et, par conséquent, absorbe à peine le rayonnement de la lumière visible en reflétant presque tous.

Où est le magnésium?

Pirolusita minéral, la source de manganèse la plus riche du cortex de la Terre. Source: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le manganèse constitue 0,1% de la croûte terre. Ses principaux dépôts se trouvent en Australie, en Afrique du Sud, en Chine, à Gabón et au Brésil.

Parmi les principaux minéraux du manganèse sont les suivants:

-Pyrolusite (MNO₂) Avec 63% de Mn

-Ramsdelita (MNO₂) Avec 62% de Mn

-Manganita (MN₂SOIT₃· H₂O) avec 62% de Mn

-Cryptomelaan (kmn₈SOIT₁₆) Avec 45 à 60% de Mn

-Hausmanita (Mn · Mn₂SOIT₄) Avec 72% de Mn

-Braunita (3mn₂SOIT_{3 ·}Mnsio₃) avec 50 à 60% de Mn et le (MNCO₃) Avec 48% de Mn.

Seuls les minéraux contenant plus de 35% de manganèse sont considérés comme exploitables commercialement.

Bien qu'il y ait très peu de manganèse (10 ppm) dans l'eau de mer, sur le sol du fond marin, il y a de longues zones couvertes de nodules de manganèse; Également appelé nodules polymétalliques. Dans ces grappes de manganèse et du fer, de l'aluminium et du silicium.

La réserve de manganèse des nodules est estimée en une quantité beaucoup plus élevée que la réserve du métal à la surface de la Terre.

Les nodules de haute qualité contiennent entre 10 et 20% de manganèse, avec du cuivre, du cobalt et du nickel. Cependant, il y a des doutes sur la rentabilité commerciale de l'exploitation minière des nodules.

Aliments avec manganèse

Le manganèse est un élément essentiel de l'alimentation de l'homme, car il intervient dans le développement du tissu osseux; ainsi que dans leur formation et sa synthèse de protéoglycanes, les entraîneurs du cartilage.

Pour tout cela, un régime de manganèse adéquat est nécessaire, en sélectionnant les aliments qui contiennent l'élément.

Ce qui suit est une liste d'aliments contenant du manganèse, avec les valeurs exprimées en Mg de manganèse / 100 g de nourriture:

-Ananá 1,58 mg / 100g

-Framboise et fraise 0,71 mg / 100g

-Banane fraîche 0,27 mg / 100g

-Épinards cuits 0,90 mg / 100g

-0,45 mg / 100 g de patate douce

-Soja porto 0,5 mg / 100g

-Bouclé cuit 0,22 mg / 100g

-Le brocoli cuit 0,22 mg / 100g

-Chiche en conserve 0,54 m / 100g

-Quinoa cuit 0,61 mg / 100g

-Farine de blé intégrale 4,0 mg / 100g

-Riz complet cuit 0,85 mg / 100g

-7,33 mg / 100g toutes les céréales de marque

-Graines de chia 2,33 mg / 100g

-Amandes goûtées 2,14 mg / 100g

Avec ces aliments, il est facile de répondre aux exigences du manganèse, qui ont été estimées chez les hommes en 2,3 mg / jour; Alors que les femmes doivent ingérer 1,8 mg / jour de manganèse.

Papier biologique

Le manganèse intervient dans le métabolisme des glucides, des protéines et des lipides, ainsi que dans la formation osseuse et dans le mécanisme de défense contre les radicaux libres.

Le manganèse est un cofacteur pour l'activité de nombreuses enzymes, notamment: superoxyde de réductase, ligues, hydrolases, kinases et décarboxylases. La carence en manganèse a été liée à la perte de poids, aux nausées, aux vomissements, à la dermatite, au retard de croissance et aux anomalies squelettiques.

Le manganèse intervient dans la photosynthèse, en particulier dans le fonctionnement du photosystème II, lié à la dissociation de l'eau pour former l'oxygène. L'interaction entre les photosystèmes I et II est nécessaire pour la synthèse d'ATP.

Le manganèse est considéré comme nécessaire pour réparer le nitrate par les plantes, la source d'azote et une composante nutritionnelle primaire des plantes.

Applications

Aciers

Le manganèse n'est qu'un métal avec des propriétés insuffisantes pour les applications industrielles. Cependant, lorsqu'il est mélangé dans de petites proportions avec une fonte, les aciers qui en résultent. Cet alliage, appelé ferromanganais, est également ajouté à d'autres aciers, étant un élément essentiel pour le rendre en acier inoxydable.

Non seulement il augmente sa résistance à l'usure et à la force, mais aussi à la désulfura, au désoxygène et à la parasphorile, en supprimant les atomes de S, ou et non résistés dans la production d'acier. Le matériau formé est si fort qu'il est utilisé pour la création de chemins de fer, des barres de cage dans les prisons, les casques, les coffres-forts, les roues, etc.

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Le manganèse peut également allier le cuivre, le zinc et le nickel; c'est-à-dire pour produire des alliages non ferreux.

Canettes en aluminium

Le manganèse est également utilisé pour la production d'alliages d'aluminium, qui est normalement alloué à la fabrication de canettes de gaz ou de bières. Ces alliages al-mn sont résistants à la corrosion.

Les engrais

Parce que le manganèse est bénéfique pour les plantes, en tant que MNO₂ ou mgso₄ Trouvez une utilisation dans la formulation des engrais, afin que les sols soient enrichis dans ce métal.

Agent d'oxydation

Le MN (VII), expressément comme KMNO₄, C'est un puissant agent oxydant. Son action est telle qu'elle aide à désinfecter les eaux, étant la disparition de sa couleur violette indiquant qu'elle a neutralisé les microbes présents.

Il sert également de titre dans les réactions redox analytiques; Par exemple, dans la détermination du fer ferreux, des sulfites et des peroxydes d'hydrogène. Et en outre, il est réactif d'effectuer certaines oxydations organiques, la plupart du temps, la synthèse des acides carboxyliques; Parmi eux, l'acide benzoïque.

Verre

Le verre présente naturellement une couleur verte en raison de sa teneur en oxyde ferrique ou de ses silicates ferreux. Si un composé est ajouté qui peut réagir en quelque sorte avec le fer et l'isoler du matériau, alors le verre sera décoloré ou perdu sa couleur verte caractéristique.

Quand le manganèse est ajouté en tant que MNO₂ Dans ce but, et rien de plus, le verre transparent se termine des tons roses, violets ou bleuâtre; Raison pour laquelle d'autres ions métalliques sont toujours ajoutés pour contrer un tel effet et maintenir le verre incolore, si c'est le désir.

D'un autre côté, s'il y a un excès₂, Le verre est obtenu avec des nuances brunes ou même noires.

Séchoirs

Salts de manganèse, en particulier MNO₂, MN₂SOIT₃, MSSO₄, MNC₂SOIT₄ (oxalate), et autres, sont utilisés pour sécher les graines de lin ou les basses températures.

Nanoparticules

Comme les autres métaux, leurs cristaux ou agrégats peuvent être si petits jusqu'à atteindre les écailles nanométriques; Ce sont des nanoparticules de manganèse (NPS-MN), réservées aux applications en dehors des aciers.

NPS-MN offre une plus grande réactivité lorsqu'ils traitent des réactions chimiques où le manganèse métallique peut intervenir. Bien que votre méthode de synthèse soit verte, en utilisant des plantes ou des extraits de micro-organismes, plus amical sera vos applications potentielles avec l'environnement.

Certaines de ses utilisations sont:

-Ils purifient les eaux usées

-L'offre de demande nutritionnelle du manganèse

-Ils servent d'agent antimicrobien et antifongique

-Ils dégradent les colorants

-Ils font partie de Lithium Ion Super C Fornset

-Ils catalysent l'époxydation des oléfines

-Les extraits d'ADN purifient

Parmi ces applications, les nanoparticules de leurs oxydes (MNO NPS) peuvent également participer ou même remplacer.

Cadres en métal biologique

Les ions de manganèse peuvent interagir avec une matrice organique pour établir un cadre métallique organique (MOF: Cadre organique métallique). Dans les porosités ou les interstices de ce type de solide, avec des liaisons directionnelles et des structures bien définies, des réactions chimiques peuvent être produites et catalysées.

Par exemple, à partir de mncl₂· 4h₂Ou, l'acide benzénotricarboxylique et le n, n-imiméthylformamide, ces deux molécules organiques sont coordonnées avec le Mn²⁺ Pour former un mof.

Ce MOF-MN est capable de catalyser l'oxydation des alcanes et des alcènes, tels que: Cyclohexen, Stretch, Cyclooocteno, Adamantano et Ethylbenzène, les transformant en époxydes, alcools ou cétones. Les oxydations se produisent à l'intérieur du solide et ses réseaux cristallins complexes (ou amorphes).

Les références

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