Mangan i jego związki

Mangan jako pierwiastek

Mangan występuje w związkach chemicznych najczęściej na: $II$ , $III$ , $IV$ , $VI$ i $II$ stopniu utlenieniastopień utlenieniastopniu utlenienia. Konfiguracje elektronowe manganu na różnych stopniach utlenienia przedstawiono w poniższej tabeli.

**Konfiguracje elektronowe manganu na różnych stopniach utlenienia**
Stopień utlenienia	Konfiguracja elektronowa
atomu manganu – ${Mn}^{0}$	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 4 s^{2} 3 d^{5}$
mangan na $+ II$ stopniu utlenienia – ${Mn}^{II}$	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{5}$
mangan na $+ III$ stopniu utlenienia – ${Mn}^{III}$	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{4}$
mangan na $+ IV$ stopniu utlenienia – ${Mn}^{IV}$	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{3}$
mangan na $+ VI$ stopniu utlenienia – ${Mn}^{VI}$	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6} 3 d^{1}$
mangan na $+ VII$ stopniu utlenienia – ${Mn}^{VII}$	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6} 3 s^{2} 3 p^{6}$

Mangan jest pierwiastkiem aktywnym chemicznie. W postaci rozdrobnionej spala się w tlenie, tworząc mieszaninę tlenków ${MnO}_{2}$ i ${Mn}_{3} O_{4}$ . Reaguje z kwasami z wyparciem wodoru, np.:

Mn + 2 HCl \to {MnCl}_{2} + H_{2} ↑

Tworzy kilka grup związków, które zostały omówione poniżej.

R1RoqwIparOrp

Zdjęcie przedstawia różne kawałki manganu. Jeden ma postać sześcianu o gładkich ścianach. Pozostałe kawałki mają gładkie podstawy, ale ich wierzchnia warstwa jest zbudowana z drobnych kuleczek. — Czyste ( $99,99 %$ ) kawałki manganu rafinowane elektrolitycznie
Źródło: By Alchemist-hp (talk) (www.pse-mendelejew.de) - Praca własna, FAL, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11930318, licencja: CC BY-NC-ND 3.0.

bg‑magenta

Tlenki manganu

Mangan tworzy kilka podstawowych tlenków: tlenek manganu( $II$ ) $MnO$ , tlenek manganu( $III$ ) ${Mn}_{2} O_{3}$ , tlenek manganu( $IV$ ) ${MnO}_{2}$ i tlenek manganu( $VII$ ) ${Mn}_{2} O_{7}$ .

Charakter chemiczny tych tlenków zmienia się wraz ze zmianą stopnia utlenieniastopień utlenieniastopnia utlenienia manganu w tych związkach. Zależność tę przedstawiono w poniższej tabeli.

**Charakterystyka tlenków manganu**
Stopień utlenienia manganu	Wzór tlenku	Nazwa	Barwa	Charakter chemiczny
$II$	$MnO$	tlenek manganu( $II$ )	biała/bladoróżowa	zasadowy
$III$	${Mn}_{2} O_{3}$	tlenek manganu( $III$ )	czarna	zasadowy
$IV$	${MnO}_{2}$	tlenek manganu( $IV$ )	brunatna	amfoteryczny
$VII$	${Mn}_{2} O_{7}$	tlenek manganu( $VII$ )	ciemnozielona (ciecz)	kwasowy

bg‑gray1

Tlenek manganu( $II$ ) $MnO$

RbGn7EMQDn0mP

Zdjęcie przedstawia sączek karbowany, umieszczony w lejku, na którym znajduje się jasnobrązowy osad tlenku manganu(dwa). — Tlenek manganu( $II$ )
Źródło: Chemicalinterest, dostępny w internecie: wikipedia.org, domena publiczna.

W przemyśle tlenek manganu( $II$ ) otrzymuje się z tlenku manganu( $IV$ ) poprzez redukcję metanem, wodorem lub tlenkiem węgla( $II$ ) w temperaturze powyżej $800 ° C$ .

{MnO}_{2} + H_{2} \overset{800 ° C}{\to} MnO + H_{2} O

W tej formie występuje jako oliwkowo‑szare ciało stałe, trudno rozpuszczalne w wodzie i niereagujące z wodą – nie zachodzi zatem reakcja:

MnO + H_{2} O \to Mn {(OH)}_{2}

Więc tlenek ten pomimo, że zasadowy, to nie jest zasadotwóczy.

Innym sposobem otrzymywania tego tlenku jest termiczny rozkład węglanu manganu( $II$ ).

{MnCO}_{3} \overset{ogrzewanie}{\to} MnO + {CO}_{2} ↑

Tlenek manganu( $II$ ) ma charakter zasadowy, o czym świadczy pozytywny wynik reakcji z kwasami i negatywny z zasadami:

MnO + 2 HCl \to {MnCl}_{2} + H_{2} O

MnO + NaOH \to

reakcja nie zachodzi

bg‑gray1

Tlenek manganu( $III$ ) ${Mn}_{2} O_{3}$

Naturalnie występuje jako minerał braunit. Jest to czarne ciało stałe, otrzymywane w reakcji tlenku $MnO$ z tlenem w bardzo wysokiej temperaturze. Najczęściej można otrzymać go poprzez rozkład termiczny tlenku manganu( $IV$ ).

4 {MnO}_{2} \overset{500 - 900 ° C}{\to} 2 {Mn}_{2} O_{3} + O_{2} ↑

Tlenek manganu( $III$ ) należy do grupy tlenków zasadowych. Nie rozpuszcza się w wodzie, etanolu i acetonie.

bg‑gray1

Tlenek manganu( $IV$ ) ${MnO}_{2}$

Tlenek manganu( $IV$ ) w przyrodzie występuje w formie pospolitego minerału: piroluzytu, który jest kruchy i nieprzezroczysty. Odmiany ziemisteodmiana ziemistaOdmiany ziemiste piroluzytu są natomiast bardzo miękkie i tłuste w dotyku oraz brudzą ręce. Tlenek manganu( $IV$ ) jest także składnikiem braunsztynu – najważniejszej rudy manganowej.

Tlenek manganu( $IV$ ) w stanie bezwodnym jest czarny, w stanie uwodnionym staje się brunatny. Można go otrzymać między innymi w wyniku rozkładu ${KMnO}_{4}$ – zarówno w wyniku termicznej reakcji, jak i reakcjach redoks w środowisku obojętnym.

2 {KMnO}_{4} \to K_{2} {MnO}_{4} + {MnO}_{2} + O_{2} ↑

2 {KMnO}_{4} + 3 K_{2} {SO}_{3} + H_{2} O \to 2 {MnO}_{2} + 3 K_{2} {SO}_{4} + 2 KOH

${MnO}_{2}$ jest tlenkiem amfoterycznym, ale dość biernym chemicznie. Reaguje stapiany ze ze stałym wodorotlenkiem sodu, ale nie z jego wodnym roztworem:

{MnO}_{2} + 2 NaOH \to {Na}_{2} {MnO}_{3} + H_{2} O

Z kwasami również reaguje opornie. Z kwasem chlorowodorowym reaguje dopiero przy znacznych jego stężeniach, ulegając reakcji redoks:

{MnO}_{2} + 4 HCl \to {MnCl}_{2} + {Cl}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

**Właściwości amfoteryczne tlenku manganu( $IV$ )**
reaguje z kwasami	reaguje z zasadami
$2 {MnO}_{2} + 2 H_{2} {SO}_{4} \to 2 {MnSO}_{4} + O_{2} ↑ + 2 H_{2} O$	Na przykład podczas stapiania ${MnO}_{2}$ z $KOH$ , pod wpływem tlenu z powietrza powstaje sól manganu na $VI$ stopniu utlenienia. $2 {MnO}_{2} + 4 KOH + O_{2} \to 2 K_{2} {MnO}_{4} + 2 H_{2} O$
Równanie wskazuje, że następuje redukcjaredukcjaredukcja $Mn$ na $IV$ stopniu utlenienia do $Mn$ na $II$ stopniu utlenienia, czyli ${MnO}_{2}$ jest w tych reakcjach utleniaczem.utleniaczutleniaczem.	Następuje utlenienieutlenianieutlenienie $Mn$ na $IV$ stopniu utlenienia do $Mn$ na $VI$ stopniu utlenienia, czyli ${MnO}_{2}$ jest w tych reakcjach reduktoremreduktorreduktorem.

Podczas ogrzewania tlenek manganu( $IV$ ) rozkłada się między innymi z wydzieleniem tlenu (jest to laboratoryjna metoda otrzymywania tlenu).

4 {MnO}_{2} \overset{500 - 900 ° C}{\to} 2 {Mn}_{2} O_{3} + O_{2} ↑

${MnO}_{2}$ znalazł zastosowanie w produkcji zapałek (utleniacz).

bg‑gray1

Tlenek manganu( $VII$ ) ${Mn}_{2} O_{7}$

Tlenek manganu( $VII$ ) wydziela się w postaci ciemnozielonej oleistej cieczy, w wyniku działania stężonego kwasu siarkowego( $VI$ ) na stały ${KMnO}_{4}$ :

2 {KMnO}_{4} + H_{2} {SO}_{4} \to {Mn}_{2} O_{7} + K_{2} {SO}_{4} + H_{2} O

${Mn}_{2} O_{7}$ jest tlenkiem kwasowym i reaguje z zasadami, tworzy sole nietrwałego kwasu manganowego( $VII$ ) – manganiany( $VII$ ), np. manganian( $VII$ ) potasu ${KMnO}_{4}$ . Jest wybuchowy.

bg‑magenta

Sole manganu

Mangan tworzy liczne sole. Roztwory wodne rozpuszczalnych soli manganu( $II$ ) są zazwyczaj bezbarwne (a przy znacznych stężeniach jonów ${Mn}^{2 +}$ bladoróżowe), a siarczek manganu( $II$ ) to cielisty osad, który powstaje np. w reakcji:

{MnCl}_{2} + {Na}_{2} S \to MnS ↓ + 2 NaCl

Najbardziej popularną solą manganu( $II$ ) jest siarczan( $VI$ ) manganu( $II$ ) ${MnSO}_{4}$ . Sól ta w stanie bezwodnym jest bezbarwana, natomiast w postaci hydratu oraz w roztworze wodnym przybiera barwę bladoróżową.

Z kolei sole manganu( $III$ ) są zazwyczaj barwnymi związkami zarówno w roztworze wodnym, jak i w ciele stałym. Powstają poprzez roztworzenie w odpowiednich kwasach tlenku manganu( $III$ ). Do soli manganu na stopniu utlenienia $III$ zaliczyć można między innymi: siarczan( $VI$ ) manganu( $III$ ) ${Mn}_{2} {({SO}_{4})}_{3}$ , fluorek manganu( $III$ ) ${MnF}_{3}$ oraz chlorek manganu( $III$ ) ${MnCl}_{3}$ .

Na wyższych stopniach utlenienia mangan występuje w anionach, ale także w solach, np. $K_{2} {MnO}_{4}$ i ${KMnO}_{4}$ .

bg‑magenta

Wodorotlenki

Wśród związków manganu nie sposób nie wspomnieć o wodorotlenku manganu( $II$ ) $Mn {(OH)}_{2}$ . Wodorotlenek manganu( $II$ ) jest ciałem stałym o białej barwie, bardzo słabo rozpuszczalnym w wodzie. Świeżo strącony biały osad wodorotlenku manganu( $II$ ), pod wpływem tlenu z powietrza lub nadtlenku wodoru, utlenia się do uwodnionego tlenku manganu i przybiera barwę brunatną.

{MnCl}_{2} + 2 NaOH \to Mn {(OH)}_{2} ↓ + 2 NaCl

2 Mn {(OH)}_{2} + O_{2} \to 2 {MnO}_{2} + 2 H_{2} O

Wodorotlenek manganu( $II$ ) ma charakter zasadowy – reaguje z kwasami, dając sole o bladoróżowym zabarwieniu.

Mn {(OH)}_{2} + 2 HCl \to {MnCl}_{2} + 2 H_{2} O

bg‑magenta

Manganiany

Odrębną grupę związków manganu stanowią manganiany, czyli sole kwasów manganowych. W zależności od stopnia utlenienia manganu, znane są:

manganiany( $IV$ ) – ${MnO}_{3}^{2 -}$ lub ${MnO}_{4}^{4 -}$ ;
manganiany( $V$ ) – ${MnO}_{4}^{3 -}$ ;
manganiany( $VI$ ) – ${MnO}_{4}^{2 -}$ (nazwa zwyczajowa: manganiany).
manganiany( $VII$ ) – ${MnO}_{4}^{-}$ (nazwa półsystematyczna: nadmanganiany).

Manganiany( $VI$ ) o wzorze ogólnym ${Me}_{2} {MnO}_{4}$ (gdzie $Me$ – symbol metalu) to związki trwałe w środowisku zasadowym. Najbardziej znanym manganianem( $VI$ ) jest manganian( $VI$ ) potasu $K_{2} {MnO}_{4}$ , który można otrzymać w reakcji:

{MnO}_{2} + {KNO}_{3} + K_{2} {CO}_{3} \to K_{2} {MnO}_{4} + {KNO}_{2} + {CO}_{2} ↑

Roztwór manganianu( $VI$ ) potasu ma barwę zieloną. Jeśli tylko zostawimy go na dłużej w wodzie, nie alkalizując środowiska lub zakwasimy roztwór, wówczas zachodzi reakcja dysproporcjonowania:

środowisko obojętne:

3 K_{2} {MnO}_{4} + 2 H_{2} O \to 2 {KMnO}_{4} + {MnO}_{2} + 4 KOH

środowisko kwasowe:

3 K_{2} {MnO}_{4} + 4 HCl \to 2 {KMnO}_{4} + {MnO}_{2} + 4 KCl + 2 H_{2} O

3 {MnO}_{4}^{2 -} + 4 H_{3} O^{+} \to 2 {MnO}_{4}^{-} + {MnO}_{2} + 6 H_{2} O

Najbardziej popularnym manganianem( $VII$ ) jest manganian( $VII$ ) potasu ${KMnO}_{4}$ – zwany dawniej nadmanganianem potasu. Związek ten otrzymuje się za pomocą elektrolitycznego utleniania manganianu( $VI$ ). W procesie elektrolizy następuje utlenianie jonów ${MnO}_{4}^{2 -}$ do jonów ${MnO}_{4}^{-}$ , co można zapisać za pomocą schematu:

{MnO}_{4}^{2 -} \to {MnO}_{4}^{-} + e^{-}

${KMnO}_{4}$ to bardzo silny utleniacz, który znajduje zastosowanie w chemii organicznej i nieorganicznej. Kryształki są fioletowe z czarnozielonym połyskiem, zaś roztwór wodny jest intensywnie fioletowy. Ze względu na swoje właściwości oksydo‑redukcyjne, związki manganu stanowią podstawowe wyposażenie niemal każdego laboratorium.

Ciekawostka

W Stanach Zjednoczonych wykorzystuje się nie ${KMnO}_{4}$ , a ${NaMnO}_{4}$ .

R1VyQYBJwKwpN

Zdjęcie przedstawia pewną ilość drobnych, czarnych kryształków umieszczonych na szkiełku zegarkowym. — Nadmanganian potasu (manganian( $VII$ ) potasu), ${KMnO}_{4}$
Źródło: Adam Rędzikowski, Wikipedia, licencja: CC BY-SA 4.0.

Polecenie 1

Czy wiesz, jak zmieniają się właściwości fizyczne związków manganu w zależności od stopnia utlenienia? Zapoznaj się z filmem edukacyjnym, a następnie rozwiąż ćwiczenia sprawdzające.

R1KIm56NY9tR9

Film edukacyjny pt. Jakie związki chemiczne tworzy mangan?
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R18MPtF6aYCfk

Ćwiczenie 1

Ćwiczenie 2

Zapisz w formie cząsteczkowej równania reakcji chemicznych, które zostały przedstawione w doświadczeniu ukazanym na końcu filmu edukacyjnego.

R1bFTZ2Vo6qep

RNwpiNmFqox9L

2 {KMnO}_{4} + 5 {Na}_{2} {SO}_{3} + 3 H_{2} {SO}_{4} \to 2 {MnSO}_{4} + 5 {Na}_{2} {SO}_{4} + K_{2} {SO}_{4} + 3 H_{2} O

2 {KMnO}_{4} + 3 {Na}_{2} {SO}_{3} + H_{2} O \to 2 {MnO}_{2} ↓ + 3 {Na}_{2} {SO}_{4} + 2 KOH

2 {KMnO}_{4} + {Na}_{2} {SO}_{3} + 2 KOH \to 2 K_{2} {MnO}_{4} + {Na}_{2} {SO}_{4} + H_{2} O

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Zastosowanie chromu i jego związków

Gdzie w przyrodzie występuje mangan?

Mangan jako pierwiastek