Mangan i jego związki

Mangan

Mangan – szary metal ciężki, w stanie czystym ma mniejszą odporność na korozję niż gdy zawiera domieszki. Używa się go do wzbogacania stopów – polepsza ich twardość i ciągliwość.

Jest to bardzo ważny mikroelement. Wpływa na działanie wielu enzymów, układ nerwowy oraz jest niezbędny do prawidłowego rozwoju tkanki kostnej. Jego niedobór może zmniejszyć intensywność wzrostu oraz obniżyć płodność. Nadmiar działa toksycznie.

Związki manganu są stosowane także w medycynie, jako środki dezynfekujące (antyseptyczne) do odkażania ran. Manganian(VII) potasu możesz kupić w niewielkich ilościach (ok 5g) w aptece pod nazwą kalium (Kalii permanganas). Jest w postaci malutkich tabletek.

Po wrzuceniu do wody mangan reaguje z wydzieleniem wodoru i utworzeniem wodorotlenku na II stopniu utlenienia (raczej nie jest to bardzo gwałtowna reakcja):

Mn + 2H₂O → Mn(OH)₂ + H₂

W postaci rozdrobnionej samoistnie zapala się w powietrzu:

2Mn + O₂ → 2MnO

Stopnie utlenienia manganu:

Mangan na II stopniu utlenienia

Tlenek manganu(II)   MnO

Oliwkowe ciało stałe, trudnorozpuszczalne w wodzie. O charakterze zasadowym świadczy pozytywny wynik reakcji z kwasami i negatywny z zasadami:

MnO + 2HCl   →  MnCl₂ + H₂O

MnO  +  Na(OH) →  nie reaguje

Wodorotlenek manganu(II)   Mn(OH)₂

Biały, trudnorozpuszczalny w wodzie, nietrwały. Pod wpływem powietrza dość szybko przekształca się w ciemnobrunatny uwodniony tlenek manganu (IV):

2Mn(OH)₂ + O₂ →  2MnO_{2 ^·} H₂O

Ma charakter zasadowy – reaguje z kwasami dając sole o bladoróżowym zabarwieniu (przy wysokim stężeniu).

Mangan na III stopniu

Tlenek manganu(III)  Mn₂O₃

Czarne ciało stałe otrzymywane w reakcji tlenku MnO w bardzo wysokiej temperaturze (blisko 1000K) z tlenem (np z powietrza).

Mangan na IV stopniu

Tlenek manganu(IV)    MnO₂

W przyrodzie jest to główne złoże tego pierwiastka, znane jako braunsztyn. W stanie bezwodnym jest czarny, w stanie uwodnionym staje się brunatny. Powstaje w wyniku rozkładu KMnO₄ – zarówno w wyniku termicznej reakcji, jak i reakcjach redoks w środowisku obojętnym.

rozkład termiczny:  2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (jest to laboratoryjna metoda otrzymywania tlenu)

Jest to tlenek amfoteryczny. W reakcji z zasadami tworzy sole:

MnO₂ + CaO → CaMnO₃

W reakcji z kwasami daje również sole, jednak ze względu na dość silne właściwości utleniające reaguje nieco inaczej z kwasami beztlenowymi. Łatwo utlenia chlor w HCl:

MnO₂ + 4HCl  → MnCl₂ + Cl_2↑ + 2H₂O

Dodatkowo jest to znany katalizator rozkładu nadtlenku wodoru:

2H₂O₂ → O₂ + 2H₂O

MnO₂ znalazł zastosowanie przy odbarwianiu szkła, do produkcji zapałek (utleniacz).

Mangan na V stopniu

Podmanganiany, manganiany(V), np: Na₃MnO₄

Dla zainteresowanych: w środowisku kwaśnym i obojętnym związki te ulegają reakcji dysproporcjonacji. Powstają związki manganu na IV in a VI stopniu utlenienia. Z roztworów wodnych krystalizuje w formie uwodnionej o barwie jasnoniebieskiej: Na₃MnO_4^·10H₂O

Mangan na VI stopniuu

Manganiany(VI)

Są trwałe w środowisku zasadowym. Roztwór manganianu(VI) potasu ma barwę zieloną. Jeśli tylko pozostawimy go na dłużej w wodzie nie alkalizując środowiska, lub zakwasimy roztwór, wówczas zachodzi reakcja dysproporcjonacji:

środowisko obojętne:

3K₂MnO₄ + 2H₂O → 2KMnO₄ + MnO_2¯ +  4KOH

środowisko kwaśne:

3K₂MnO₄ + 4HCl → 2KMnO₄ + MnO_2¯ + 4KCl + 2H₂O

Mangan na VII stopniu

Nadmanganian potasu, manganian(VII) potasu      KMnO₄

Bardzo silny utleniacz, który znajduje zastosowanie w chemii organicznej i nieorganicznej.

Kryształki są fioletowe z czarnozielonym połyskiem, zaś roztwór jest intensywnie fioletowy.

W zależności od środowiska nadmanganian potasu może redukować się do różnych związków.

• w środowisku zasadowym – do manganianu(VI) potasu o zielonym zabarwieniu:

2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH → 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O

• w środowisku obojętnym powstaje nierozpuszczalny w wodzie tlenek manganu(IV)

2KMnO₄+ 3K₂SO₃ + H₂O → 2MnO₂ + 3K₂SO₄ + 2KOH

• w środowisku kwaśnym otrzymujemy jon Mn²⁺ (najczęściej jakaś rozpuszczalna sól: MnSO₄, MnCl₂), którego roztwory w dużym stężeniu przyjmuje barwę lekko różową. Na ogół jednak powstający roztwór jest bezbarwny:

2KMnO₄+ 5K₂SO₃ + 3H₂SO_{4   ^→} 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O

Kwas manganowy(VII) HMnO₄

Bardzo mocny kwas, otrzymywany w nielicznych reakcjach, m.in. poprzez rozpuszczenie tlenku manganu(VII) w wodzie (wg niektórych źródeł taka reakcja nie zachodzi, także ta informacja jest dyskusyjna). Kwas ten istnieje jedynie w roztworach wodnych.