le manganèse est un élément chimique constitué d'un métal de transition, représenté par le symbole Mn, et dont le numéro atomique est 25. Son nom est dû à la magnésie noire, de nos jours la pyrolusite minérale, qui a été étudiée en Magnésie, une région de Grèce.
C'est le douzième élément le plus abondant de la croûte terrestre, trouvé dans une variété de minéraux sous forme d'ions avec différents états d'oxydation. De tous les éléments chimiques, le manganèse se distingue par sa présence dans ses composés présentant de nombreux états d'oxydation, dont +2 et +7 sont les plus courants..
Dans sa forme pure et métallique, il n'a pas beaucoup 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 si ses composés ont été présents dans les peintures rupestres et le verre ancien.
Ses composés trouvent des applications dans les batteries, les méthodes analytiques, les catalyseurs, les oxydations organiques, les engrais, la coloration des verres et des céramiques, les séchoirs et les compléments nutritionnels pour répondre à la demande biologique en manganèse dans notre corps..
En outre, les composés de manganèse sont très colorés; qu'il y ait des interactions avec des espèces inorganiques ou organiques (organomanganèse). Ses couleurs dépendent du nombre ou de l'état d'oxydation, étant le +7 le plus représentatif de l'agent oxydant et antimicrobien KMnO4.
En plus des utilisations environnementales ci-dessus du manganèse, ses nanoparticules et ses armatures métalliques organiques sont des options pour le développement de catalyseurs, de solides adsorbants et de matériaux pour dispositifs électroniques..
Index des articles
Les débuts du manganèse, comme celui de nombreux autres métaux, sont associés à ceux de son minéral le plus abondant; dans ce cas, pyrolusite, MnOdeux, qu'ils appelaient la magnésie noire, pour sa couleur et parce qu'elle était collectée en magnésie, en Grèce. Sa couleur noire était même utilisée dans les peintures rupestres françaises.
Son premier nom était le manganèse, donné par Michele Mercati, puis il a changé en manganèse. Le MnOdeux Il a également été utilisé pour décolorer le verre et, selon certaines enquêtes, il a été trouvé dans les épées des Spartiates, qui fabriquaient déjà leurs propres aciers..
Le manganèse était admiré pour les couleurs de ses composés, mais ce n'est qu'en 1771 que le chimiste suisse Carl Wilhelm proposa son existence en tant qu'élément chimique..
Plus tard, en 1774, Johan Gottlieb Gahn a réussi à réduire le MnOdeux au manganèse métallique utilisant du charbon minéral; actuellement réduit avec de l'aluminium ou transformé en son sel sulfate, MgSO4, qui finit par être électrolysé.
Au 19e siècle, le manganèse a acquis son énorme valeur commerciale lorsqu'il a été démontré qu'il améliorait la résistance de l'acier sans altérer sa malléabilité, produisant du ferromanganèse. De même, le MnOdeux trouvé une utilisation comme matériau de cathode dans les piles zinc-carbone et alcalines.
Couleur argent métallique.
54 938 unités
25
1 246 ºC
2 061 ºC
-À température ambiante: 7,21 g / mL.
-Au point de fusion (liquide): 5,95 g / mL
12,91 kJ / mol
221 kJ / mol
26,32 J / (mol K)
1,55 sur l'échelle de Pauling
Premier niveau: 717,3 kJ / mol.
Deuxième niveau: 2150,9 kJ / mol.
Troisième niveau: 3348 kJ / mol.
Empirique 127 pm
7,81 W / (m K)
1,44 µΩ · m à 20 ºC
Paramagnétique, il est faiblement attiré par un champ électrique.
6,0 sur l'échelle de Mohs
Le manganèse est moins électronégatif que ses plus proches voisins du tableau périodique, ce qui le rend moins réactif. Cependant, il peut brûler dans l'air en présence d'oxygène:
3 Mn (s) + 2 Odeux (g) => Mn3OU ALORS4 (s)
Il peut également réagir avec l'azote à une température d'environ 1200 ° C, pour former du nitrure de manganèse:
3 Mn (s) + Ndeux (s) => Mn3Ndeux
Il se combine également directement avec le bore, le carbone, le soufre, le silicium et le phosphore; mais pas avec de l'hydrogène.
Le manganèse se dissout rapidement dans les acides, provoquant des sels avec l'ion manganèse (Mndeux+) et libérant de l'hydrogène gazeux. Il réagit également avec les halogènes, mais nécessite des températures élevées:
Mn (s) + Brdeux (g) => MnBrdeux (s)
Le manganèse peut former des liaisons avec des atomes de carbone, Mn-C, ce qui lui permet de créer une série de composés organiques appelés organomanganèse.
En organomanganèse, les interactions sont dues soit aux liaisons Mn-C ou Mn-X, où X est un halogène, soit au positionnement du centre positif du manganèse avec les nuages électroniques des systèmes π conjugués de composés aromatiques.
Des exemples de ce qui précède sont les composés iodure de phénylmanganèse, PhMnI, et méthylcyclopentadiényl manganèse tricarbonyle, (C5H4CH3) -Mn- (CO)3.
Ce dernier organomanganèse forme une liaison Mn-C avec CO, mais interagit en même temps avec le nuage aromatique du cycle C5H4CH3, formant une structure en sandwich au milieu:
A un seul isotope stable 55Mn avec une abondance de 100%. Les autres isotopes sont radioactifs: 51Mn, 52Mn, 53Mn, 54Mn, 56Mn et 57Mn.
La structure du manganèse à température ambiante est complexe. Bien qu'il soit considéré comme un cube centré sur le corps (bcc), il a été démontré expérimentalement que sa cellule unitaire était un cube déformé.
Cette première phase ou allotrope (dans le cas du métal en tant qu'élément chimique), appelée α-Mn, est stable jusqu'à 725 ° C; Une fois cette température atteinte, une transition se produit vers un autre allotrope tout aussi «rare», le β-Mn. Ensuite, l'allotrope β prédomine jusqu'à 1095 ° C lorsqu'il redevient un troisième allotrope: le γ-Mn.
Γ-Mn a deux structures cristallines différentiables. Une cubique centrée sur la face (fcc) et l'autre tétragonale centrée sur la face (fct) face centrée tétragonale) à température ambiante. Et enfin, à 1134 ° C, le γ-Mn est transformé en allotrope δ-Mn, qui cristallise dans une structure bcc ordinaire.
Ainsi, le manganèse a jusqu'à quatre formes allotropes, toutes dépendantes de la température; et concernant ceux qui dépendent de la pression, il n'y a pas trop de références bibliographiques pour les consulter.
Dans ces structures, les atomes de Mn sont liés par une liaison métallique régie par leurs électrons de valence, selon leur configuration électronique:
[Ar] 3d5 4 sdeux
La configuration électronique du manganèse permet d'observer qu'il possède sept électrons de valence; cinq dans l'orbitale 3d et deux dans l'orbitale 4s. En perdant tous ces électrons lors de la formation de ses composés, en supposant l'existence du cation Mn7+, on dit qu'il acquiert un indice d'oxydation de +7 ou Mn (VII).
Le KMnO4 (K+Mn7+OU ALORSdeux-4) est un exemple de composé avec Mn (VII), et il est facile à reconnaître par ses couleurs violettes brillantes:
Le manganèse peut progressivement perdre chacun de ses électrons. Ainsi, leurs nombres d'oxydation peuvent également être +1, +2 (Mndeux+, le plus stable de tous), +3 (Mn3+), et ainsi de suite jusqu'à +7, déjà mentionné.
Plus les nombres d'oxydation sont positifs, plus leur tendance à gagner des électrons est grande; c'est-à-dire que leur pouvoir oxydant sera plus important, puisqu'ils «voleront» les électrons d'autres espèces pour se réduire et répondre à la demande électronique. C'est pourquoi le KMnO4 c'est un excellent agent oxydant.
Tous les composés de manganèse se caractérisent par leur couleur, et la raison est due aux transitions électroniques d-d, différentes pour chaque état d'oxydation et leurs environnements chimiques. Ainsi, les composés de Mn (VII) sont généralement de couleur violette, tandis que ceux de Mn (VI) et Mn (V), par exemple, sont respectivement verts et bleus..
Les composés Mn (II) semblent un peu délavés, contrairement au KMnO4. Par exemple, le MnSO4 et MnCldeux sont des solides rose pâle, presque blancs.
Cette différence est due à la stabilité du Mndeux+, dont les transitions électroniques nécessitent plus d'énergie et, par conséquent, absorbent à peine le rayonnement de la lumière visible, reflétant la quasi-totalité d'entre eux.
Le manganèse constitue 0,1% de la croûte terrestre et occupe la douzième place parmi les éléments qui y sont présents. Ses principaux gisements se trouvent en Australie, en Afrique du Sud, en Chine, au Gabon et au Brésil.
Les principaux minéraux de manganèse sont les suivants:
-Pyrolusite (MnOdeux) avec 63% Mn
-Ramsdelite (MnOdeux) avec 62% de Mn
-Manganite (MndeuxOU ALORS3HdeuxO) avec 62% Mn
-Cryptomélane (KMn8OU ALORS16) avec 45 - 60% Mn
-Hausmanite (MnMndeuxOU ALORS4) avec 72% Mn
-Braunite (3MndeuxOU ALORS3 ·MnSiO3) avec 50-60% Mn et le (MnCO3) avec 48% de Mn.
Seuls les minéraux contenant plus de 35% de manganèse sont considérés comme commercialement exploitables.
Bien qu'il y ait très peu de manganèse dans l'eau de mer (10 ppm), sur le fond marin, il y a de longues zones couvertes de nodules de manganèse; également appelés nodules polymétalliques. Dans ceux-ci, il y a des accumulations de manganèse et de fer, d'aluminium et de silicium.
On estime que la réserve de manganèse des nodules est bien supérieure à la réserve de métal à la surface de la terre..
Les nodules de haute qualité contiennent 10 à 20% de manganèse, avec du cuivre, du cobalt et du nickel. Cependant, il existe des doutes sur la rentabilité commerciale de l'extraction des nodules..
Le manganèse est un élément essentiel de l'alimentation de l'homme, car il intervient dans le développement du tissu osseux; ainsi que dans sa formation et dans la synthèse de protéoglycanes, formateurs de cartilage.
Pour tout cela, une alimentation adéquate au manganèse est nécessaire, en sélectionnant les aliments qui contiennent l'élément.
Voici une liste des aliments contenant du manganèse, avec les valeurs exprimées en mg de manganèse / 100 g de l'aliment:
-Ananas 1,58 mg / 100 g
-Framboise et fraise 0,71 mg / 100g
-Banane fraîche 0,27 mg / 100g
-Épinards cuits 0,90 mg / 100g
-Patate douce 0.45mg / 100g
-Soja 0,5 mg / 100g
-Chou frisé cuit 0,22 mg / 100 g
-Brocoli cuit 0,22 mg / 100g
-Pois chiche en conserve 0,54 m / 100g
-Quinoa cuit 0,61 mg / 100g
-Farine de blé entier 4,0 mg / 100g
-Riz brun cuit 0,85 mg / 100g
-Céréales All Brand 7,33 mg / 100g
-Graines de chia 2,33 mg / 100g
-Amandes grillées 2,14 mg / 100g
Avec ces aliments, il est facile de répondre aux besoins en manganèse, qui ont été estimés chez les hommes à 2,3 mg / jour; tandis que les femmes doivent ingérer 1,8 mg / jour de manganèse.
Le manganèse est impliqué 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 de l'activité de nombreuses enzymes, notamment: la superoxyde réductase, les ligases, les hydrolases, les kinases et les décarboxylases. Une carence en manganèse a été associée à une perte de poids, des nausées, des vomissements, une dermatite, un retard de croissance et des anomalies squelettiques..
Le manganèse est impliqué dans la photosynthèse, en particulier dans le fonctionnement du photosystème II, lié à la dissociation de l'eau pour former de l'oxygène. L'interaction entre les photosystèmes I et II est nécessaire à la synthèse de l'ATP.
Le manganèse est considéré comme nécessaire pour la fixation du nitrate par les plantes, une source d'azote et un composant nutritionnel primaire des plantes.
Le manganèse seul est un métal aux propriétés insuffisantes pour les applications industrielles. Cependant, lorsqu'ils sont mélangés en petites proportions avec de la fonte, les aciers résultants. Cet alliage, appelé ferromanganèse, est également ajouté à d'autres aciers, étant un composant essentiel pour le rendre inoxydable..
Non seulement il augmente sa résistance à l'usure et sa résistance, mais il le désulfure, le désoxygène et le déphosphoryle, éliminant ainsi les atomes de S, O et P indésirables dans la production d'acier. Le matériau formé est si résistant qu'il est utilisé pour la création de voies ferrées, de barres de cage de prison, de casques, de coffres-forts, de roues, etc..
Le manganèse peut également être allié au cuivre, au zinc et au nickel; c'est-à-dire pour produire des alliages non ferreux.
Le manganèse est également utilisé pour la production d'alliages d'aluminium, qui sont normalement utilisés pour fabriquer des canettes de soda ou de bière. Ces alliages Al-Mn résistent à la corrosion.
Parce que le manganèse est bénéfique pour les plantes, comme MnOdeux ou MgSO4 trouve une utilisation dans la formulation d'engrais, de telle sorte que les sols sont enrichis avec ce métal.
Le Mn (VII), expressément comme KMnO4, c'est un puissant agent oxydant. Son action est telle qu'elle aide à désinfecter les eaux, la disparition de sa couleur violette indiquant qu'elle a neutralisé les microbes présents.
Il sert également de titrant dans les réactions redox analytiques; par exemple, dans le dosage du fer ferreux, des sulfites et des peroxydes d'hydrogène. Et en plus, c'est un réactif pour effectuer certaines oxydations organiques, la plupart du temps étant la synthèse d'acides carboxyliques; parmi eux, l'acide benzoïque.
Le verre a naturellement une couleur verte en raison de sa teneur en oxyde ferrique ou en silicates ferreux. Si un composé est ajouté qui peut d'une manière ou d'une autre réagir avec le fer et l'isoler du matériau, le verre se décolore ou perd sa couleur verte caractéristique..
Lorsque le manganèse est ajouté sous forme de MnOdeux dans ce but, et rien d'autre, le verre transparent finit par prendre des teintes roses, violettes ou bleuâtres; raison pour laquelle d'autres ions métalliques sont toujours ajoutés pour contrecarrer cet effet et garder le verre incolore, si tel est le désir.
En revanche, s'il y a un excès de MnOdeux, on obtient un verre aux nuances brunes voire noires.
Sels de manganèse, en particulier MnOdeux, MndeuxOU ALORS3, MnSO4, MnCdeuxOU ALORS4 (oxalate), et d'autres, sont utilisés pour sécher les graines ou les huiles de lin à des températures basses ou élevées.
Comme d'autres métaux, ses cristaux ou agrégats peuvent être aussi petits que des échelles nanométriques; ce sont des nanoparticules de manganèse (NPs-Mn), réservées à des applications autres que les aciers.
Les NPs-Mn offrent une plus grande réactivité face aux réactions chimiques où le manganèse métallique peut intervenir. Tant que votre méthode de synthèse est verte, utilisant des extraits de plantes ou des micro-organismes, plus vos applications potentielles seront respectueuses de l'environnement..
Certaines de ses utilisations sont:
-Ils purifient les eaux usées
-Répondre aux demandes nutritionnelles en manganèse
-Servir d'agent antimicrobien et antifongique
-Dégrader les colorants
-Ils font partie des supercondensateurs et des batteries lithium-ion
-Ils catalysent l'époxydation des oléfines
-Purifier les extraits d'ADN
Parmi ces applications, les nanoparticules de leurs oxydes (NPs MnO) peuvent également participer voire remplacer les métalliques..
Les ions manganèse peuvent interagir avec une matrice organique pour établir une charpente métallique organique (MOF: Cadre organique en métal). Dans les porosités ou interstices de ce type de solide, avec des liaisons directionnelles et des structures bien définies, des réactions chimiques peuvent être produites et catalysées de manière hétérogène..
Par exemple, à partir de MnCldeux4HdeuxO, acide benzènetricarboxylique et N, N-diméthylformamide, ces deux molécules organiques se coordonnent avec Mndeux+ pour former un MOF.
Ce MOF-Mn est capable de catalyser l'oxydation d'alcanes et d'alcènes, tels que: le cyclohexène, le styrène, le cyclooctène, l'adamantane et l'éthylbenzène, en les transformant en époxydes, alcools ou cétones. Des oxydations se produisent dans le solide et ses réseaux cristallins (ou amorphes) complexes.
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