ثاني أكسيد المنغنيز

تبدأ إحدى الطرق بثاني أكسيد المنغنيز الطبيعي، حيث يُحوّل باستخدام رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين والماء إلى محلول نترات المنغنيز (II) . يؤدي تبخر الماء إلى ترك ملح النترات البلوري. عند درجة حرارة 400 درجة مئوية، يتحلل الملح، مطلقًا النيتروجين.₂ O_4- وترك بقايا من ثاني أكسيد المنغنيز النقي. ^{[ 9 ]} يمكن تلخيص هاتين الخطوتين على النحو التالي:

MnO₂ + ن₂ O₄ ⇌Mn(NO₃ )₂

في عملية أخرى، يُختزل ثاني أكسيد المنغنيز حرارياً إلى أكسيد المنغنيز (II) الذي يُذاب في حمض الكبريتيك . يُعالج المحلول المُرشح بكربونات الأمونيوم لترسيب كربونات المنغنيز (MnCO₃)._3. يُكلسالكربوناتفي الهواء لإنتاج خليط من أكاسيد المنغنيز (II) والمنغنيز (IV). ولإتمام العملية، يُعالج معلق من هذه المادة في حمض الكبريتيك بكلوراتالصوديوم.حمض الكلوريك، الذي يتكون في الموقع، بتحويل أي أكاسيد منغنيز (III) و(II) إلى ثاني أكسيد المنغنيز، مُطلقًا الكلور كمنتج ثانوي. ^{[ 9 ]}

وأخيرًا، ينتج عن تفاعل برمنجنات البوتاسيوم مع بلورات كبريتات المنغنيز الأكسيد المطلوب. ^{[ 10 ]}

2 برمنجنات البوتاسيوم₄ + 3MnSO₄ + 2H₂ O→ 5MnO₂ +K₂ SO₄ + 2H₂ SO₄

التفاعل المذكور أعلاه هو مثال على تفاعل برمنجنات البوتاسيوم لإنتاج ثاني أكسيد المنغنيز.

من المعروف أن معظم التفاعلات مع برمنجنات البوتاسيوم تنتج ثاني أكسيد المنغنيز البني كمنتج ثانوي، حيث يخضع برمنجنات البوتاسيوم لتفاعل أكسدة واختزال حيث يقوم باختزال وأكسدة مركب مع ثاني أكسيد المنغنيز كمنتج ثانوي.

يُستخدم ثاني أكسيد المنغنيز الإلكتروليتي (EMD) في بطاريات الزنك والكربون مع كلوريد الزنك وكلوريد الأمونيوم . كما يُستخدم EMD بشكل شائع في خلايا الزنك-منغنيز القلوية القابلة لإعادة الشحن (Zn RAM) . في هذه التطبيقات، تُعدّ النقاوة بالغة الأهمية. يُنتج EMD بطريقة مشابهة لإنتاج النحاس الإلكتروليتي الصلب (ETP) : يُذاب ثاني أكسيد المنغنيز في حمض الكبريتيك (وأحيانًا يُخلط مع كبريتات المنغنيز ) ويُمرر تيار كهربائي بين قطبين. يذوب MnO₂ _، ويدخل المحلول على شكل كبريتات، ويترسب على المصعد . ^{[ 11 ]}

MnOيُعد المركب ₂ المادة الأوليةالرئيسيةللفيرومنجنيزوالسبائك ذات الصلة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في صناعة الصلب. وتشمل عمليات التحويلالاختزال الكربوني الحراريباستخدامفحم الكوك: ^{[ 12 ]}

MnO₂ + 2 C → Mn + 2 CO

تفاعلات الأكسدة والاختزال الرئيسية لـ MnO₂ في البطاريات هو اختزال إلكترون واحد:

MnO₂ + e⁻ + H ⁺ → MnO(OH)

MnO₂ يحفزالعديد من التفاعلات التي تشكلO_٢. في تجربة معملية تقليدية، ينتج عن تسخين خليط منكلورات البوتاسيوموثاني أكسيد المنغنيز غاز الأكسجين. كما يحفز ثاني أكسيد المنغنيز تحللبيروكسيد الهيدروجينإلى أكسجينوماء.

2 ساعة₂ O₂ → 2H₂ O + O₂

يتحلل ثاني أكسيد المنغنيز عند درجة حرارة أعلى من 530  درجة مئوية تقريبًا إلى أكسيد المنغنيز (III) والأكسجين. وعند درجات حرارة تقارب 1000  درجة مئوية، يتحلل مركب المنغنيز المختلط التكافؤ Mn₃ O_أربعة أشكال. درجات الحرارة المرتفعة تعطي MnO، الذي لا يمكن اختزاله إلا بصعوبة. ^{[ 12 ]}

يؤدي حمض الكبريتيك المركز الساخن إلى اختزال MnO₂ إلىكبريتات المنغنيز (II): ^{[ 4 ]}

2 MnO₂ + 2H₂ SO₄ → 2MnSO₄ + O₂ + 2H₂ O

تفاعل كلوريد الهيدروجين مع MnO₂ استخدمهاكارل ويلهلم شيلفي العزل الأصليالكلورفي عام 1774. كمصدر لكلوريد الهيدروجين، قام شيل بمعالجةكلوريد الصوديومبحمض الكبريتيك المركز: ^{[ 4 ]}

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂ O

تشير جهود الأقطاب الكهربائية القياسية إلى أن التفاعل لن يحدث...

E ^o ( MnO₂ (s) + 4 H ⁺ + 2 e ⁻ ⇌ Mn ²⁺ + 2 H₂ O) = +1.23 فولت

E ^o ( Cl₂ (g) + 2 e⁻⇌2 Cl⁻) = +1.36 V

...لكنها تحظى بالتفضيل بسبب الحموضة العالية للغاية وتطور (وإزالة) غاز الكلور.

يُعد هذا التفاعل أيضًا طريقة ملائمة لإزالة راسب ثاني أكسيد المنغنيز من وصلات الزجاج المطحون بعد إجراء تفاعل (على سبيل المثال، الأكسدة باستخدام برمنجنات البوتاسيوم ).

تسخين خليط من هيدروكسيد البوتاسيوم وثاني أكسيد المنغنيز₂ في الهواء يعطيمنجنات البوتاسيوم:

2 MnO₂ + 4 KOH + O₂ → 2كيلوجول₂ MnO₄ + 2H₂ O

يُعد منجنات البوتاسيوم المادة الأولية لبرمنجنات البوتاسيوم ، وهو عامل مؤكسد شائع.

أسفرت الحفريات في موقع كهف بيش دو لازيه جنوب غرب فرنسا عن اكتشاف كتل من أدوات الكتابة المصنوعة من ثاني أكسيد المنغنيز، والتي يعود تاريخها إلى 50 ألف عام، ونُسبت إلى إنسان نياندرتال . وقد افترض العلماء أن إنسان نياندرتال استخدم هذا المعدن لتزيين جسده، إلا أن هناك العديد من المعادن الأخرى المتوفرة بسهولة والتي تُعدّ أكثر ملاءمة لهذا الغرض. وقد توصل هيز وآخرون (في عام 2016) إلى أن ثاني أكسيد المنغنيز يُخفّض درجات حرارة احتراق الخشب من أكثر من 350 درجة مئوية (662 درجة فهرنهايت) إلى 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت)، مما يُسهّل إشعال النار بشكل كبير، ومن المرجح أن يكون هذا هو الغرض من هذه الكتل. ^{[ 13 ]}

الاستخدام السائد لأكسيد المنغنيز (MnO)_{يُستخدم ثاني أكسيد الكربون} كمكون فيالخلايا الجافة: البطاريات القلوية وما يُسمىبخلايا ليكلانشيه، أوبطاريات الزنك والكربون. ويُستهلك ما يقارب 500 ألفطنسنوياً لهذا الغرض. ^{[ 14 ]}

δ- MnOكما تم بحث المادة ₂ كمادة أساسية للكاثود في أنظمة بطاريات أيونات الزنك المائية. غالبًا ما تحتوي هذه الكاثودات على إضافات لمعالجةالمشكلات المتعلقةوالحركيةوالتوصيليةوأنابيب الكربون النانوية، من بين مواد أخرى. ^{[ 15 ]}

يُستخدم ثاني أكسيد المنغنيز بشكل متخصص كعامل مؤكسد في التخليق العضوي . ^{[ 8 ]} تعتمد فعالية هذا الكاشف على طريقة تحضيره، وهي مشكلة شائعة في الكواشف غير المتجانسة الأخرى حيث تُعد مساحة السطح، من بين متغيرات أخرى، عاملاً مهماً. ^{[ 16 ]} يُعد معدن البيرولوسيت كاشفاً ضعيفاً. مع ذلك، عادةً ما يُحضّر الكاشف في الموقع عن طريق معالجة محلول مائي من برمنجنات البوتاسيوم.₄ مع ملح المنغنيز (II)، وعادةً ما يكون الكبريتات. MnO₂ يؤكسدالأليليةالألدهيداتأوالكيتوناتالمقابلة: ^{[ 17 ]}

cis-RCH= CHCH₂ OH + MnO₂ → cis-RCH=CHCHO + MnO + H₂ O

يُحفظ تكوين الرابطة المزدوجة في التفاعل. تُعد الكحولات الأسيتيلينية المقابلة ركائز مناسبة أيضًا، على الرغم من أن الألدهيدات البروبارجيلية الناتجة قد تكون شديدة التفاعل. كما تُعد الكحولات البنزيلية ، وحتى الكحولات غير النشطة، ركائز جيدة. يتم شطر 1،2- ديولات بواسطة MnO₂ إلىثنائي الألدهيداتأوثنائي الكيتونات. بخلاف ذلك، تطبيقاتMnO₂ هناك العديد منها، وهي قابلة للتطبيق على أنواع عديدة من التفاعلات بما في ذلكأكسدةالأمينوالاقتران التأكسدي، وأكسدةالثيول.

في بكتيريا Geobacteraceae sp.، يعمل ثاني أكسيد المنغنيز (MnO₂ ₎ كمستقبل للإلكترونات مرتبط بأكسدة المركبات العضوية. ولهذا الموضوع آثار محتملة على المعالجة الحيوية في مجال علم الأحياء الدقيقة. ^{[ 18 ]}

MnO₂ يستخدمكصبغةفيصناعة السيراميكوصناعةالزجاج.