Mangan dioksida

Mangan dioksida
Nama
Nama IUPAC
Mangan oksida
Mangan(IV) oksida
Nama IUPAC (sistematis)
Mangan oksida
Nama lain
Pirolusit, mangan hiperoksida, mangan oksida hitam, manganat oksida
Penanda
Model 3D (JSmol)
3DMet {{{3DMet}}}
ChEBI
ChemSpider
Nomor EC
Nomor RTECS {{{value}}}
  • InChI=1S/Mn.2O YaY
    Key: NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N YaY
  • O=[Mn]=O
Sifat
MnO2
Massa molar 86,9368 g/mol
Penampilan Padatan coklat-hitam
Densitas 5,026 g/cm3
Titik lebur 535 °C (995 °F; 808 K) (decomposes)
taklarut
+2280,0·10−6 cm3/mol
Termokimia
Entropi molar standar (So) 53 J·mol−1·K−1[1]
Entalpi pembentukan standar (ΔfHo) −520 kJ·mol−1[1]
Bahaya
Lembar data keselamatan ICSC 0175
Berbahaya (Xn)
Oksidator (O)
Frasa-R R20/22
Frasa-S S2, S25
Titik nyala 535 °C (995 °F; 808 K)
Senyawa terkait
Anion lain
 Mangan disulfida
Kation lainnya
 Teknesium dioksida
Renium dioksida
Related mangan oksida
 Mangan(II) oksida
Mangan(II,III) oksida
Mangan(III) oksida
Mangan heptoksida
Kecuali dinyatakan lain, data di atas berlaku pada suhu dan tekanan standar (25 °C [77 °F], 100 kPa).
Referensi

Mangan(IV) oksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus MnO2. Padatan coklat atau kehitaman ini terjadi secara alamiah sebagai mineral pyrolusite, yang merupakan bijih mangan utama dan komponen dari nodul angan. Penggunaan utama untuk MnO2 adalah untuk baterai sel kering, seperti baterai alkaline dan seng-karbon.[2] MnO2 juga digunakan sebagai pigmen dan sebagai prekursor untuk senyawa mangan yang lain, seperti KMnO4. Ini digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik, misalnya, untuk oksidasi alkohol alilik. MnO2 pada α polimorf dapat menggabungkan berbagai atom (serta molekul air) di "terowongan" atau "saluran" antara oktahedra magnesium oksida. Ada minat yang cukup besar di α-MnO2 sebagai katode untuk baterai lithium ion.[3][4]

Struktur

Beberapa polimorf dari MnO2 diklaim, juga bentuk terhidrasi. Seperti banyak dioksida yang lain, MnO2 mengkristal dalam struktur kristal rutile (polimorf ini disebut β-MnO2), dengan oksida tiga koordinat dan pusat logam oktahedral. MnO2 bersifat nonstoichiometric, menjadi kekurangan oksigen. Kimia benda padat rumit dari bahan ini adalah relevan untuk peran MnO2 yang "dipersiapkan" dalam sintesis organik.[butuh rujukan] Α-polimorf dari MnO2 memiliki struktur terbuka dengan "saluran" yang dapat menampung atom logam seperti perak atau barium. α-MnO2 sering disebut Hollandite, setelah mineral yang berhubungan erat.

Produksi

Mangan dioksida alami mengandung kotoran dan mangan(III) oksida yang cukup banyak. Hanya sedikit deposito mengandung modifikasi γ dalam kemurnian yang memadai untuk industri baterai.

Produksi baterai dan ferit (dua penggunaan utama dari mangan dioksida) memerlukan mangan dioksida kemurnian tinggi. Baterai memerlukan "mangan dioksida elektrolitik" sementara ferit memerlukan "mangan dioksida kimia".[5] 

 ILHAM PASI

Mangan dioksida kimia

Salah satu metode yang dimulai dengan mangan dioksida alami dan mengubahnya menggunakan dinitrogen tetroksida dan air untuk larutan mangan(II) nitrat. Penguapan air, meninggalkan kristal garam nitrat. Pada suhu 400 °C, garam terurai, melepaskan N2O4 dan meninggalkan residu mangan dioksida murni. dua langkah Ini dapat diringkas sebagai:

MnO2 + N2O4 ⇌ Mn(NO3)2

Dalam proses yang lain mangan dioksida direduksi secara karbotermis menjadi mangan(II) oksida yang dilarutkan dalam asam sulfat. Larutan yang disaring diperlakukan dengan amonium karbonat untuk mengendapkan MnCO3. Karbonat dikalsinasi di udara untuk memberikan campuran mangan(II) dan mangan(IV) oksida. Untuk menyelesaikan proses, suspensi dari bahan ini dalam asam sulfat diobati dengan natrium klorat. Asam klorat, yang membentuk in situ, mengkonversi setiap Mn(III) dan Mn(II) oksida ke dioksida, melepaskan klorin sebagai produk turunan.

Proses yang melibatkan mangan heptoksida dan mangan monoksida. Dua reagen bergabung dengan rasio 1:3 untuk membentuk mangan dioksida:

Mn2O7 + 3 MnO → 5 MnO2

Terakhir aksi kalium permanganat dengan kristal mangan sulfat menghasilkan oksida yang diinginkan.[6]

2 KMnO4 + 3 MnSO4 + 2 H2O→ 5 MnO2 + K2SO4 + 2 H2SO4

Mangan dioksida elektrolitik

Mangan dioksida elektrolitik (EMD) digunakan dalam baterai seng-karbon bersama-sama dengan seng klorida dan amonium klorida. EMD umumnya digunakan juga dalam baterai alkalin isi ulang seng mangan dioksida (Zn RAM). Untuk aplikasi ini, kemurnian sangat penting. EMD dihasilkan dengan cara yang sama seperti tembaga electrolytic tough pitch (ETP): mangan dioksida dilarutkan dalam asam sulfat (kadang-kadang dicampur dengan mangan sulfat) dan dikenakan saat ini antara dua elektrode. Yang MnO2 larut, memasuki solusi sebagai sulfat, dan diendapkan pada anode.

Reaksi

Reaksi MnO2 yang penting berhubungan dengan redoks, baik oksidasi maupun reduksi.

Reduksi

MnO2 adalah prekursor pokok kepada ferromangan dan paduan terkait, yang banyak digunakan dalam industri baja. Konversi melibatkan pengurangan carbothermal menggunakan coke:[butuh rujukan]

MnO2 + 2 C → Mn + 2 CO

Reaksi utama MnO2 dalam baterai adalah reduksi satu-elektron:

MnO2 + e− + H+ → MnO(OH)

MnO2 mengkatalisis beberapa reaksi yang membentuk O2. Di demonstrasi laboratorium klasik, pemanasan campuran kalium klorat dan mangan dioksida menghasilkan gas oksigen. Mangan dioksida juga mengkatalisis dekomposisi hidrogen peroksida untuk oksigen dan air:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

Mangan dioksida terurai di atas sekitar 530 °C untuk mangan(III) oksida dan oksigen. Pada suhu mendekati 1000 °C, senyawa Mn3O4 bentuk. Suhu yang lebih tinggi memberikan MnO.

Asam sulfat terkonsentrasi panas mengurangi MnO2 untuk mangan(II) sulfat:

2 MnO2 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + O2 + 2 H2O

Reaksi hidrogen klorida dengan MnO2 digunakan oleh Carl Wilhelm Scheele pada isolasi awal gas klorin pada tahun 1774:

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

Sebagai sumber hidrogen klorida, Scheele memperlakukan natrium klorida dengan asam sulfat pekat.

Eo (MnO2(s) + 4 H+ + 2 e− ⇌ Mn2+ + 2 H2O) = +1.23 V
Eo (Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl−) = +1.36 V

Potensial elektrode standar untuk setengah reaksi menunjukkan bahwa reaksi ini adalah endotermik pada pH = 0 (1 M [H+
]), tapi itu yang disukai oleh pH yang semakin rendah serta evolusi (dan pembuangan) dari gas klorin.

Reaksi ini juga merupakan cara mudah untuk menghilangkan endapan mangan dioksida dari sendi kaca tanah setelah menjalankan reaksi (yakni, oksidasi dengan kalium permanganat).

Oksidasi

Memanaskan campuran KOH dan MnO2 di udara menghasilkan kalium manganat hijau:

2 MnO2 + 4 KOH + O2 → 2 K2MnO4 + 2 H2O

Kalium manganat adalah prekursor dari kalium permanganat, oksidan yang umum.

Aplikasi

Yang dominan aplikasi MnO2 adalah sebagai komponen dari baterai sel kering, baterai Leclanché, atau baterai seng–karbon. Sekitar 500.000 ton dikonsumsi untuk aplikasi ini setiap tahunnya.[7] Aplikasi industri lainnya termasuk penggunaan MnO2 sebagai pigmen anorganik pada keramik dan dalam pembuatan kaca.

Sintesis organik

Salah satu penggunaan khusus mangan dioksida adalah sebagai oksidan dalam sintesis organik.[8] Efektivitas reagen tergantung pada metode persiapan, masalah yang khas untuk reagen heterogen lain dimana daerah permukaan, di antara variabel-variabel lain, adalah faktor yang signifikan.[9] Mineral pyrolusite membuatnya reagen yang kurang baik. Biasanya, bagaimanapun, reagen yang dihasilkan in situ dengan perlakuan dari larutan KMnO4 dengan garam Mn(II), biasanya sulfat. MnO2 mengoksidasi alkohol alilik yang sesuai aldehida atau keton:[10]

cis-RCH=CHCH2OH + MnO2 → cis-RCH=CHCHO + MnO + H2O

Konfigurasi ikatan rangkap dilestarikan dalam reaksi. Alkohol asetilenik yang sesuai juga merupakan substrat cocok, meskipun aldehida propargilik yang dihasilkan dapat cukup reaktif. Alkohol benzilik dan bahkan yang tidak aktif juga merupakan substrat yang baik. 1,2-Diol dibelah oleh MnO2 untuk dialdehida atau diketon. Jika tidak, aplikasi MnO2 sangat banyak, yang berlaku untuk berbagai jenis reaksi termasuk oksidasi amina, aromatisasi, oksidatif kopling, dan oksidasi tiol.

Pigmen

Mangan dioksida, dalam bentuk umber, adalah salah satu dari zat alami tertua yang digunakan oleh nenek moyang manusia. Itu digunakan sebagai pigmen setidaknya dari zaman paleolitikum pertengahan. Itu mungkin yang pertama kali digunakan untuk lukisan tubuh, dan kemudian untuk lukisan gua. Beberapa lukisan gua tertua yang terkenal di Eropa dibuat dengan mangan dioksida.

Bahaya

Mangan dioksida dapat sedikit menodai kulit manusia jika lembap atau dalam campuran heterogen, tetapi noda dapat dibersihkan dengan mudah dengan menggosok. Ketika kering hindari menghirup partikel-partikel halus dengan mengenakan masker untuk menghindari kerusakan paru-paru.

Lihat juga

  • Daftar pigmen anorganik

Referensi

  1. ^ a b Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. hlm. A22. ISBN 0-618-94690-X. 
  2. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. hlm. 1218–20. ISBN 0-08-022057-6. 
  3. ^ Barbato, S (31 May 2001). "Hollandite cathodes for lithium ion batteries. 2. Thermodynamic and kinetics studies of lithium insertion into BaMMn7O16 (M=Mg, Mn, Fe, Ni)". Electrochimica Acta. 46 (18): 2767–2776. doi:10.1016/S0013-4686(01)00506-0. 
  4. ^ Tompsett, David A.; Islam, M. Saiful (25 June 2013). "Electrochemistry of Hollandite α-MnO : Li-Ion and Na-Ion Insertion and Li Incorporation". Chemistry of Materials. 25 (12): 2515–2526. doi:10.1021/cm400864n. 
  5. ^ Preisler, Eberhard (1980), "Moderne Verfahren der Großchemie: Braunstein", Chemie in unserer Zeit, 14 (5): 137–48, doi:10.1002/ciuz.19800140502  More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan) .
  6. ^ Arthur Sutcliffe (1930) Practical Chemistry for Advanced Students (1949 Ed.), John Murray - London.
  7. ^ Reidies, Arno H. (2002), "Manganese Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 20, Weinheim: Wiley-VCH, hlm. 495–542, doi:10.1002/14356007.a16_123, ISBN 3-527-30385-5  More than one of |ISBN= dan |isbn= specified (bantuan); More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan) .
  8. ^ Cahiez, G.; Alami, M.; Taylor, R. J. K.; Reid, M.; Foot, J. S. (2004), "Manganese Dioxide", dalam Paquette, Leo A., Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, New York: J. Wiley & Sons .
  9. ^ Attenburrow, J.; Cameron, A. F. B.; Chapman, J. H.; Evans, R. M.; Hems, B. A.; Jansen, A. B. A.; Walker, T. (1952), "A synthesis of vitamin a from cyclohexanone", J. Chem. Soc.: 1094–1111, doi:10.1039/JR9520001094  More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan)
  10. ^ Leo A. Paquette and Todd M. Heidelbaugh. "(4S)-(−)-tert-Butyldimethylsiloxy-2-cyclopen-1-one". Org. Synth.; Coll. Vol. 9: 136. 

Pranala luar