Mangan dioksida
Mangan(IV) oksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus . Padatan coklat atau kehitaman ini terjadi secara alamiah sebagai mineral pyrolusite, yang merupakan bijih mangan utama dan komponen dari nodul angan. Penggunaan utama untuk adalah untuk baterai sel kering, seperti baterai alkaline dan seng-karbon. juga digunakan sebagai pigmen dan sebagai prekursor untuk senyawa mangan yang lain, seperti . Ini digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik, misalnya, untuk oksidasi alkohol alilik. pada α polimorf dapat menggabungkan berbagai atom (serta molekul air) di "terowongan" atau "saluran" antara oktahedra magnesium oksida. Ada minat yang cukup besar di sebagai katoda untuk baterai lithium ion.
Beberapa polimorf dari diklaim, juga bentuk terhidrasi. Seperti banyak dioksida yang lain, mengkristal dalam struktur kristal rutile (polimorf ini disebut ), dengan oksida tiga koordinat dan pusat logam oktahedral. bersifat nonstoichiometric, menjadi kekurangan oksigen. Kimia benda padat rumit dari bahan ini adalah relevan untuk peran yang "dipersiapkan" dalam sintesis organik. Α-polimorf dari memiliki struktur terbuka dengan "saluran" yang dapat menampung atom logam seperti perak atau barium. sering disebut Hollandite, setelah mineral yang berhubungan erat.
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".
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 dan meninggalkan residu mangan dioksida murni. dua langkah Ini dapat diringkas sebagai:
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 . 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:
Terakhir aksi kalium permanganat dengan kristal mangan sulfat menghasilkan oksida yang diinginkan.
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 elektroda. Yang MnO2 larut, memasuki solusi sebagai sulfat, dan diendapkan pada anoda.
Reaksi yang penting berhubungan dengan redoks, baik oksidasi maupun reduksi.
adalah prekursor pokok kepada ferromangan dan paduan terkait, yang banyak digunakan dalam industri baja. Konversi melibatkan pengurangan carbothermal menggunakan coke:
Reaksi utama dalam baterai adalah reduksi satu-elektron:
Mangan dioksida terurai di atas sekitar 530 °C untuk mangan(III) oksida dan oksigen. Pada suhu mendekati 1000 °C, senyawa bentuk. Suhu yang lebih tinggi memberikan MnO.
Asam sulfat terkonsentrasi panas mengurangi untuk mangan(II) sulfat:
Reaksi hidrogen klorida dengan digunakan oleh Carl Wilhelm Scheele pada isolasi awal gas klorin pada tahun 1774:
Sebagai sumber hidrogen klorida, Scheele memperlakukan natrium klorida dengan asam sulfat pekat.
Potensial elektroda 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).
Memanaskan campuran KOH dan di udara menghasilkan kalium manganat hijau:
Kalium manganat adalah prekursor dari kalium permanganat, oksidan yang umum.
Yang dominan aplikasi adalah sebagai komponen dari baterai sel kering, baterai Leclanché, atau baterai seng–karbon. Sekitar 500.000 ton dikonsumsi untuk aplikasi ini setiap tahunnya. Aplikasi industri lainnya termasuk penggunaan sebagai pigmen anorganik pada keramik dan dalam pembuatan kaca.
Salah satu penggunaan khusus mangan dioksida adalah sebagai oksidan dalam sintesis organik. 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. Mineral pyrolusite membuatnya reagen yang kurang baik. Biasanya, bagaimanapun, reagen yang dihasilkan in situ dengan perlakuan dari larutan dengan garam Mn(II), biasanya sulfat. mengoksidasi alkohol alilik yang sesuai aldehida atau keton:
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 untuk dialdehida atau diketon. Jika tidak, aplikasi sangat banyak, yang berlaku untuk berbagai jenis reaksi termasuk oksidasi amina, aromatisasi, oksidatif kopling, dan oksidasi tiol.
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.
Mangan dioksida dapat sedikit menodai kulit manusia jika lembab 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.