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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名
二酸化マンガン 酸化
マンガン(IV) | |
| その他の名前
軟マンガン鉱、マンガンの過酸化物、マンガンの黒色酸化物、酸化マンガン
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.013.821 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| マンガン 2 | |
| モル質量 | 86.9368 グラム/モル |
| 外観 | 茶黒の無地 |
| 密度 | 5.026グラム/ cm3 |
| 融点 | 535 °C (995 °F; 808 K) (分解) |
| 不溶性 | |
磁化率（χ）
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+2280.0×10 −6 cm 3 /モル[1] |
| 構造[2] | |
| 正方晶系、tP6、No.136 | |
| P4 2 /月 | |
a = 0.44008 nm、b = 0.44008 nm、c = 0.28745 nm
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数式単位( Z )
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2 |
| 熱化学[3] | |
熱容量 ( C )
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54.1 J·モル−1 ·K −1 |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
53.1 J·モル−1 ·K −1 |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−520.0 kJ·モル−1 |
ギブスの自由エネルギー (Δ f G ⦵ )
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−465.1 kJ·モル−1 |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
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| 警告 | |
| H302、H332 | |
| P261、P264、P270、P271、P301+P312、P304+P312、P304+P340、P312、P330、P501 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 引火点 | 535 °C (995 °F; 808 K) |
| 安全データシート（SDS） | 0175 の |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン
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二硫化マンガン |
その他の陽イオン
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二酸化テクネチウム 二酸化レニウム |
| マンガン(II)酸化物 マンガン(II,III)酸化物 マンガン(III)酸化物 七酸化マンガン | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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二酸化マンガンは、化学式MnOの無機化合物である。
2この黒っぽいまたは茶色の固体は、マンガンの主な鉱石であり、マンガン団塊の成分である鉱物の軟マンガン鉱として自然に発生します。MnOの主な用途は、
2はアルカリ電池や亜鉛炭素電池などの乾電池用です。[4] MnO
2顔料として、またKMnOなどの他のマンガン化合物の前駆体としても使用される。
4有機合成の試薬として使用され、例えばアリルアルコールの酸化に使用されます。MnO
2マンガン酸化物八面体間の「トンネル」または「チャネル」にさまざまな原子（および水分子）を組み込むことができるα-多形体があります。α -MnOには大きな関心が寄せられています。
2リチウムイオン電池の正極としての可能性[5] [6]
構造
MnOのいくつかの多形
2主張されている。他の多くの二酸化ケイ素と同様に、MnO
2ルチル 結晶構造で結晶化する（この多形はパイロルサイトまたはβ-MnOと呼ばれる）
2）であり、三配位酸化物アニオンと八面体金属中心を有する。[4] MnO
2は非化学量論的であり、酸素が不足している。この物質の複雑な固体化学は、 「新しく調製された」 MnOの伝説に関連している。
2有機合成における[ 7] MnOのα-多形
2非常に開放的な構造で、「チャネル」があり、銀やバリウムなどの金属イオンを収容できます。α -MnO
2よく似た鉱物にちなんで、
ホランダイトと呼ばれることもあります。
生産
天然の二酸化マンガンには不純物とかなりの量の酸化マンガン(III)が含まれています。電池とフェライト(二酸化マンガンの主な用途の2つ)の製造には高純度の二酸化マンガンが必要です。電池には「電解二酸化マンガン」が必要であり、フェライトには「化学二酸化マンガン」が必要です。[8]
化学二酸化マンガン
1つの方法は、天然の二酸化マンガンを原料とし、四酸化二窒素と水を使用してマンガン(II)硝酸塩溶液に変換する。水を蒸発させると結晶性の硝酸塩が残る。400℃の温度で塩は分解し、Nを放出する。
2お
4精製された二酸化マンガンの残留物が残る。[8] これらの2つのステップは次のように要約できる。
- マンガン
2 + いいえ
2お
4 ⇌ マンガン(NO
3）
2
別の方法では、二酸化マンガンを炭素熱還元して酸化マンガン(II)とし、これを硫酸に溶解する。ろ過した溶液を炭酸アンモニウムで処理してMnCOを沈殿させる。
3炭酸塩を空気中で焼成すると、マンガン(II)とマンガン(IV)の酸化物の混合物が得られる。このプロセスを完了するには、硫酸中のこの物質の懸濁液を塩素酸ナトリウムで処理する。その場で形成される塩素酸は、Mn(III)とMn(II)の酸化物を二酸化窒素に変換し、副産物として塩素を放出する。[8]
最後に、過マンガン酸カリウムを硫酸マンガン結晶に作用させて目的の酸化物を生成します。[9]
- 2キロマンガンO
4+ 3マンガンSO
4+ 2時間
2O → 5MnO
2+き
2それで
4+ 2時間
2それで
4
電解二酸化マンガン
電解二酸化マンガン（EMD）は、塩化亜鉛や塩化アンモニウムとともに亜鉛炭素電池に使用されています。EMDは、亜鉛二酸化マンガン充電式アルカリ電池（Zn RAM）にも一般的に使用されています。これらの用途では、純度が極めて重要です。EMDは、電解タフピッチ（ETP）銅と同様の方法で製造されます。二酸化マンガンを硫酸（硫酸マンガンと混合する場合もあります）に溶解し、2つの電極間で電流を流します。MnO 2が溶解し、硫酸塩として溶液に入り、陽極に堆積します。[10]
反応
MnOの重要な反応
2酸化と還元の両方
の酸化還元反応と関連しています。
削減
マンガン
2鉄鋼業界で広く使用されているフェロマンガンおよび関連合金の主な原料です。変換にはコークスを使用した炭素熱還元が含まれます。[11]
- マンガン
2 + 2 C → マンガン + 2 CO
MnOの重要な酸化還元反応
2電池では1電子還元が起こります。
- マンガン
2 + 電子− + H+
→ マンガン酸マンガン酸
マンガン
2 Oを形成するいくつかの反応を触媒する
2古典的な実験室実験では、塩素酸カリウムと二酸化マンガンの混合物を加熱すると酸素ガスが発生します。二酸化マンガンは過酸化水素を酸素と水に分解する触媒作用も持っています。
- 2時間
2お
2 → 2時間
2O + O
2
二酸化マンガンは、約530℃以上で酸化マンガン(III)と酸素に分解する。1000℃近くの温度では、混合原子価化合物 Mn
3お
4形態。温度が高いとMnOが生成され、これは還元されにくい。[11]
高温濃硫酸はMnOを減少させる
2硫酸マンガン(II)：[4]
- 2マンガンO
2+ 2時間
2それで
4 → 2マンガンSO
4 + O プラス
2 + 2時間
2お
塩化水素とMnOの反応
21774年にカール・ヴィルヘルム・シェーレが塩素ガス
の最初の分離に使用しました。
- マンガン
2 + 4 HCl → MnCl
2 + クリア
2 + 2時間
2お
塩化水素源として、シェーレは塩化ナトリウムを濃硫酸で処理した。[4]
- E
o( MnO
2(秒) + 4 時間+
+ 2 e − ⇌ マンガン2+ + 2 H
20 ) = +1.23 V - E
o( Cl
2(g) + 2 e − ⇌ 2 Cl − ) = +1.36 V
- E
標準電極電位に基づくと、反応は進行しないと予想されますが、非常に高い酸性度と塩素ガスの発生（および除去）によって反応が促進されます。
この反応は、反応（例えば、過マンガン酸カリウムによる酸化） を実行した後、すりガラス接合部から二酸化マンガンの沈殿物を除去する便利な方法でもあります。
酸化
KOHとMnOの混合物を加熱する
2空気中では緑色のマンガン酸カリウムを与える。
- 2マンガンO
2 + 4 KOH + O
2 → 2K
2マンガン
4 + 2時間
2お
マンガン酸カリウムは、一般的な酸化剤である 過マンガン酸カリウムの前駆体です。
発生と応用
MnOの主な用途
2乾電池の材料として、アルカリ電池やルクランシェ電池、亜鉛炭素電池などに使用される。この用途では年間約50万トンが消費されている。 [12] その他の工業用途としては、MnO
2セラミックやガラス製造における無機顔料として。また、水処理用途にも使用されています。[13]
先史時代
フランス南西部のペシュ・ド・ラゼ洞窟遺跡の発掘調査で、5万年前のネアンデルタール人のものとされる二酸化マンガンの筆記具のブロックが 発見された。科学者たちは、ネアンデルタール人がこの鉱物を身体の装飾に使っていたと推測しているが、その目的に適した他の鉱物も数多く入手しやすい。ヘイズらは（2016年）二酸化マンガンが木材の燃焼温度を350°C（662°F）以上から250°C（482°F）に下げ、火起こしをはるかに容易にすると結論付けており、これがブロックの目的である可能性が高い。[14]
有機合成
二酸化マンガンの特殊な用途は、有機合成における酸化剤としてである。[7]試薬の有効性は調製方法に依存し、これは他の不均一試薬で典型的な問題であり、他の変数の中でも表面積が重要な要素となる。[15]鉱物の軟マンガン鉱は試薬として適していない。しかし、通常、試薬は水溶液KMnO
4Mn(II)塩、典型的には硫酸塩 。MnO
2アリルアルコールを対応するアルデヒドまたはケトンに酸化する：[16]
- シス-RCH= CHCH
2OH + MnO
2 → シス-RCH=CHCHO + MnO + H
2お
- シス-RCH= CHCH
反応中、二重結合の配置は保存される。対応するアセチレンアルコールも適切な基質であるが、結果として生じるプロパルギルアルデヒドは非常に反応性が高い場合がある。ベンジルアルコールや不活性アルコールも良好な基質である。1,2-ジオールはMnOによって分解される。
2ジアルデヒドまたはジケトンに。それ以外の場合、MnO
2数多くあり、アミン酸化、芳香族化、酸化カップリング、チオール酸化など多くの種類の反応に適用できます。
微生物学
Geobacteraceae属では 、MnO 2は有機化合物の酸化に関与する電子受容体として機能します。このテーマはバイオレメディエーションに影響を与えます。[17]
参照
参考文献
- ^ ランブル、p.4.71
- ^ Haines, J.; Léger, JM; Hoyau, S. (1995). 「高圧下におけるβ-MnO 2のルチル型からCaCl 2型への二次相転移」 Journal of Physics and Chemistry of Solids . 56 (7): 965–973. Bibcode :1995JPCS...56..965H. doi :10.1016/0022-3697(95)00037-2.
- ^ ランブル、5.25ページ
- ^ abcd グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン（1984）。元素の化学。オックスフォード：ペルガモン・プレス。pp . 1218–20。ISBN 978-0-08-022057-4。。
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引用元
- ランブル、ジョン・R.編（2018年）。CRC化学・物理ハンドブック（第99版）。フロリダ州ボカラトン：CRCプレス。ISBN 978-1-1385-6163-2。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには二酸化マンガンに関連するメディアがあります。
- MnO2 を利用した有機合成手順のインデックス
- 酸化マンガン(IV)との反応例
- 国家汚染物質目録 – マンガンおよび化合物ファクトシート
- MnO2のPubChem要約
- 国際化学物質安全性カード 0175
- ポッターズマンガン毒性（エルケ・ブロジェット著）
- 二酸化マンガンと過マンガン酸カリウムの反応（1893年）AJホプキンス