Оксид марганца(IV)

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Окси́д ма́рганца(IV) (диокси́д марганца) $\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ — порошок тёмно-коричневого цвета, нерастворимый в воде. Наиболее устойчивое соединение марганца, широко распространённое в земной коре (минерал пиролюзит).

Химические свойства

При обычных условиях диоксид марганца ведет себя довольно инертно. При нагревании с кислотами проявляет окислительные свойства, например, окисляет концентрированную соляную кислоту до хлора:

$4\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\uparrow +2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

С серной и азотной кислотами $\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ разлагается с выделением кислорода:

$2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4⟶2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow +2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений $\mathrm{M}\mathrm{n}{\phantom{A}}^{+7}$ и $\mathrm{M}\mathrm{n}{\phantom{A}}^{+6}$:

$3\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶3\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Диоксид марганца проявляет амфотерные свойства. Так, в концентрированных сернокислых растворах образует сульфат марганца(IV):

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4⟶\mathrm{M}\mathrm{n}(\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4){\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

А при сплавлении с щелочами и основными оксидами MnO₂ выступает в роли кислотного оксида, образуя соли — манганиты:

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}⟶\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$.

Является катализатором разложения пероксида водорода:

$2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2}{\to }2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow$.

При нагревании выше Шаблон:Nobr разлагается:

$4\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\stackrel{530{\phantom{A}}^{\circ }\text{C}}{\to }2\mathrm{M}\mathrm{n}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$.

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия с образованием манганата калия и кислорода:

$2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4\stackrel{\mathrm{t}}{\to }\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow$.

Также можно получить реакцией перманганата калия с пероксидом водорода. На практике образовавшийся $\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ каталитически разлагает пероксид водорода, вследствие чего реакция до конца не протекает:

$2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}+2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\uparrow$.

При температуре выше Шаблон:Nobr восстановлением перманганата калия водородом:

$2\mathrm{K}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\stackrel{\mathrm{t}}{\to }\mathrm{K}{\phantom{A}}_2\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

Структура

Известны несколько полиморфных модификаций диоксида марганца и его гидратированных форм. Диоксид марганца, как и многие другие диоксиды, имеет кристаллическую структуру рутила (пиролюзит, или $\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$), где атомы металла занимают центры октаэдров, а координационное число атомов кислорода равно трём. Для диоксида марганца характерен недостаток кислорода, его нестехиометричный состав достигается за счет вакансий в подрешетке кислорода. У α-модификации диоксида марганца очень открытая структура, содержащая «каналы», в которых могут размещаться атомы некоторых металлов, например, серебра или бария. $\mathrm{\alpha }{\phantom{A}}^{-}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$, вслед за структурно родственным минералом, часто называют голландитом.

Археология

• Красящие вещества, обнаруженные во время раскопок в пещере Ласко и образцы, взятые с некоторых наскальных изображений, соответствовали диоксиду марганца.
• Учёные определили, что кусочки чёрных камней из пещеры Пеш-де-Лазе на юге Франции, состоят из диоксида марганца. Возможно, неандертальцы использовали этот минерал в качестве окислителя и катализатора реакций окисления и горения.

Применение

• Применяется для промышленного производства марганца;
• Деполяризатор в марганец-цинковых элементах питания;
• Компонент минеральных пигментов;
• Осветлитель стекла.

Литература

• Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001
• Неорганическая химия под редакцией Ю. Д. Третьякова; Химия переходных элементов Кн. 1
• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ
• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ