Mangan dioksida

Mangan dioksida
Nama
	Nama IUPAC Mangan oksida; Mangan(IV) oksida
	Nama IUPAC (sistematis) Mangan oksida
	Nama lain Pirolusit, mangan hiperoksida, mangan oksida hitam, manganat oksida
Penanda
Nomor CAS	1313-13-9 ;
Model 3D (JSmol)	Gambar interaktif;
3DMet	{{{3DMet}}}
ChEBI	CHEBI:136511 ;
ChemSpider	14117 ;
Nomor EC
PubChem CID	14801;
Nomor RTECS	{{{value}}}
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID6042109 ;
	InChI InChI=1S/Mn.2O Key: NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N ;
	SMILES O=[Mn]=O;
Sifat
Rumus kimia	MnO2
Massa molar	86,9368 g/mol
Penampilan	Padatan coklat-hitam
Densitas	5,026 g/cm3
Titik lebur	535 °C (995 °F; 808 K) (decomposes)
Kelarutan dalam air	taklarut
Suseptibilitas magnetik (χ)	+2280,0·10−6 cm3/mol
Termokimia
Entropi molar standar (So)	53 J·mol−1·K−1
Entalpi pembentukan standar (ΔfHo)	−520 kJ·mol−1
Bahaya
Lembar data keselamatan	ICSC 0175
Klasifikasi UE (DSD) (usang)	Berbahaya (Xn); Oksidator (O)
Frasa-R	R20/22
Frasa-S	S2, S25
Titik nyala	535 °C (995 °F; 808 K)
Senyawa terkait
Anion lain	Mangan disulfida
Kation lainnya	Teknesium dioksida; Renium dioksida
Related mangan oksida	Mangan(II) oksida; Mangan(II,III) oksida; Mangan(III) oksida; Mangan heptoksida
	Kecuali dinyatakan lain, data di atas berlaku pada suhu dan tekanan standar (25 °C [77 °F], 100 kPa).
	Referensi

^mangan_{Mangan(IV) oksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus MnO₂. Padatan coklat atau kehitaman ini terjadi secara alamiah sebagai mineral pyrolusite, yang merupakan bijih mangan utama dan komponen dari nodul angan. Penggunaan utama untuk MnO₂ adalah untuk baterai sel kering, seperti baterai alkaline dan seng-karbon.^[2] MnO₂ juga digunakan sebagai pigmen dan sebagai prekursor untuk senyawa mangan yang lain, seperti KMnO₄. Ini digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik, misalnya, untuk oksidasi alkohol alilik. MnO₂ pada α polimorf dapat menggabungkan berbagai atom (serta molekul air) di "terowongan" atau "saluran" antara oktahedra magnesium oksida. Ada minat yang cukup besar di α-MnO₂ sebagai katode untuk baterai lithium ion.^[3]^[4]}

Struktur sunting

Beberapa polimorf dari MnO₂ diklaim, juga bentuk terhidrasi. Seperti banyak dioksida yang lain, MnO₂ mengkristal dalam struktur kristal rutile (polimorf ini disebut β-MnO₂), dengan oksida tiga koordinat dan pusat logam oktahedral. MnO₂ bersifat nonstoichiometric, menjadi kekurangan oksigen. Kimia benda padat rumit dari bahan ini adalah relevan untuk peran MnO₂ yang "dipersiapkan" dalam sintesis organik.^{[butuh rujukan]} Α-polimorf dari MnO₂ memiliki struktur terbuka dengan "saluran" yang dapat menampung atom logam seperti perak atau barium. α-MnO₂ sering disebut Hollandite, setelah mineral yang berhubungan erat.

Produksi sunting

Mangan dioksida alami mengandung kotoran dan mangan(III) oksida yang cukup banyak. Hanya sedikit deposito mengandung modifikasi γ dalam kemurnian yang memadai untuk industri baterai.

Produksi baterai dan ferit (dua penggunaan utama dari mangan dioksida) memerlukan mangan dioksida kemurnian tinggi. Baterai memerlukan "mangan dioksida elektrolitik" sementara ferit memerlukan "mangan dioksida kimia".^[5]

 ILHAM PASI

Mangan dioksida kimia sunting

Salah satu metode yang dimulai dengan mangan dioksida alami dan mengubahnya menggunakan dinitrogen tetroksida dan air untuk larutan mangan(II) nitrat. Penguapan air, meninggalkan kristal garam nitrat. Pada suhu 400 °C, garam terurai, melepaskan N₂O₄ dan meninggalkan residu mangan dioksida murni. dua langkah Ini dapat diringkas sebagai:

MnO₂ + N₂O₄ ⇌ Mn(NO₃)₂

Dalam proses yang lain mangan dioksida direduksi secara karbotermis menjadi mangan(II) oksida yang dilarutkan dalam asam sulfat. Larutan yang disaring diperlakukan dengan amonium karbonat untuk mengendapkan MnCO₃. Karbonat dikalsinasi di udara untuk memberikan campuran mangan(II) dan mangan(IV) oksida. Untuk menyelesaikan proses, suspensi dari bahan ini dalam asam sulfat diobati dengan natrium klorat. Asam klorat, yang membentuk in situ, mengkonversi setiap Mn(III) dan Mn(II) oksida ke dioksida, melepaskan klorin sebagai produk turunan.

Proses yang melibatkan mangan heptoksida dan mangan monoksida. Dua reagen bergabung dengan rasio 1:3 untuk membentuk mangan dioksida:

Mn₂O₇ + 3 MnO → 5 MnO₂

Terakhir aksi kalium permanganat dengan kristal mangan sulfat menghasilkan oksida yang diinginkan.^[6]

2 KMnO₄ + 3 MnSO₄ + 2 H₂O→ 5 MnO₂ + K₂SO₄ + 2 H₂SO₄

Mangan dioksida elektrolitik sunting

Mangan dioksida elektrolitik (EMD) digunakan dalam baterai seng-karbon bersama-sama dengan seng klorida dan amonium klorida. EMD umumnya digunakan juga dalam baterai alkalin isi ulang seng mangan dioksida (Zn RAM). Untuk aplikasi ini, kemurnian sangat penting. EMD dihasilkan dengan cara yang sama seperti tembaga electrolytic tough pitch (ETP): mangan dioksida dilarutkan dalam asam sulfat (kadang-kadang dicampur dengan mangan sulfat) dan dikenakan saat ini antara dua elektrode. Yang MnO2 larut, memasuki solusi sebagai sulfat, dan diendapkan pada anode.

Reaksi sunting

Reaksi MnO₂ yang penting berhubungan dengan redoks, baik oksidasi maupun reduksi.

Reduksi sunting

MnO₂ adalah prekursor pokok kepada ferromangan dan paduan terkait, yang banyak digunakan dalam industri baja. Konversi melibatkan pengurangan carbothermal menggunakan coke:^{[butuh rujukan]}

MnO₂ + 2 C → Mn + 2 CO

Reaksi utama MnO₂ dalam baterai adalah reduksi satu-elektron:

MnO₂ + e⁻ + H⁺ → MnO(OH)

MnO₂ mengkatalisis beberapa reaksi yang membentuk O₂. Di demonstrasi laboratorium klasik, pemanasan campuran kalium klorat dan mangan dioksida menghasilkan gas oksigen. Mangan dioksida juga mengkatalisis dekomposisi hidrogen peroksida untuk oksigen dan air:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Mangan dioksida terurai di atas sekitar 530 °C untuk mangan(III) oksida dan oksigen. Pada suhu mendekati 1000 °C, senyawa Mn₃O₄ bentuk. Suhu yang lebih tinggi memberikan MnO.

Asam sulfat terkonsentrasi panas mengurangi MnO₂ untuk mangan(II) sulfat:

2 MnO₂ + 2 H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + O₂ + 2 H₂O

Reaksi hidrogen klorida dengan MnO₂ digunakan oleh Carl Wilhelm Scheele pada isolasi awal gas klorin pada tahun 1774:

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O

Sebagai sumber hidrogen klorida, Scheele memperlakukan natrium klorida dengan asam sulfat pekat.

E^o (MnO₂(s) + 4 H⁺ + 2 e⁻ ⇌ Mn²⁺ + 2 H₂O) = +1.23 V

E^o (Cl₂(g) + 2 e⁻ ⇌ 2 Cl⁻) = +1.36 V

Potensial elektrode standar untuk setengah reaksi menunjukkan bahwa reaksi ini adalah endotermik pada pH = 0 (1 M [H+
]), tapi itu yang disukai oleh pH yang semakin rendah serta evolusi (dan pembuangan) dari gas klorin.

Reaksi ini juga merupakan cara mudah untuk menghilangkan endapan mangan dioksida dari sendi kaca tanah setelah menjalankan reaksi (yakni, oksidasi dengan kalium permanganat).

Oksidasi sunting

Memanaskan campuran KOH dan MnO₂ di udara menghasilkan kalium manganat hijau:

2 MnO₂ + 4 KOH + O₂ → 2 K₂MnO₄ + 2 H₂O

Kalium manganat adalah prekursor dari kalium permanganat, oksidan yang umum.

Aplikasi sunting

Yang dominan aplikasi MnO₂ adalah sebagai komponen dari baterai sel kering, baterai Leclanché, atau baterai seng–karbon. Sekitar 500.000 ton dikonsumsi untuk aplikasi ini setiap tahunnya.^[7] Aplikasi industri lainnya termasuk penggunaan MnO₂ sebagai pigmen anorganik pada keramik dan dalam pembuatan kaca.

Sintesis organik sunting

Salah satu penggunaan khusus mangan dioksida adalah sebagai oksidan dalam sintesis organik.^[8] Efektivitas reagen tergantung pada metode persiapan, masalah yang khas untuk reagen heterogen lain dimana daerah permukaan, di antara variabel-variabel lain, adalah faktor yang signifikan.^[9] Mineral pyrolusite membuatnya reagen yang kurang baik. Biasanya, bagaimanapun, reagen yang dihasilkan in situ dengan perlakuan dari larutan KMnO₄ dengan garam Mn(II), biasanya sulfat. MnO₂ mengoksidasi alkohol alilik yang sesuai aldehida atau keton:^[10]

cis-RCH=CHCH₂OH + MnO₂ → cis-RCH=CHCHO + MnO + H₂O

Konfigurasi ikatan rangkap dilestarikan dalam reaksi. Alkohol asetilenik yang sesuai juga merupakan substrat cocok, meskipun aldehida propargilik yang dihasilkan dapat cukup reaktif. Alkohol benzilik dan bahkan yang tidak aktif juga merupakan substrat yang baik. 1,2-Diol dibelah oleh MnO₂ untuk dialdehida atau diketon. Jika tidak, aplikasi MnO₂ sangat banyak, yang berlaku untuk berbagai jenis reaksi termasuk oksidasi amina, aromatisasi, oksidatif kopling, dan oksidasi tiol.

Pigmen sunting

Mangan dioksida, dalam bentuk umber, adalah salah satu dari zat alami tertua yang digunakan oleh nenek moyang manusia. Itu digunakan sebagai pigmen setidaknya dari zaman paleolitikum pertengahan. Itu mungkin yang pertama kali digunakan untuk lukisan tubuh, dan kemudian untuk lukisan gua. Beberapa lukisan gua tertua yang terkenal di Eropa dibuat dengan mangan dioksida.

Bahaya sunting

Mangan dioksida dapat sedikit menodai kulit manusia jika lembap atau dalam campuran heterogen, tetapi noda dapat dibersihkan dengan mudah dengan menggosok. Ketika kering hindari menghirup partikel-partikel halus dengan mengenakan masker untuk menghindari kerusakan paru-paru.

Lihat juga sunting

Daftar pigmen anorganik

Referensi sunting

^ ^a ^b Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. hlm. A22. ISBN 0-618-94690-X.
^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. hlm. 1218–20. ISBN 0-08-022057-6.
^ Barbato, S (31 May 2001). "Hollandite cathodes for lithium ion batteries. 2. Thermodynamic and kinetics studies of lithium insertion into BaMMn7O16 (M=Mg, Mn, Fe, Ni)". Electrochimica Acta. 46 (18): 2767–2776. doi:10.1016/S0013-4686(01)00506-0.
^ Tompsett, David A.; Islam, M. Saiful (25 June 2013). "Electrochemistry of Hollandite α-MnO : Li-Ion and Na-Ion Insertion and Li Incorporation". Chemistry of Materials. 25 (12): 2515–2526. doi:10.1021/cm400864n.
^ Preisler, Eberhard (1980), "Moderne Verfahren der Großchemie: Braunstein", Chemie in unserer Zeit, 14 (5): 137–48, doi:10.1002/ciuz.19800140502 More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan) .
^ Arthur Sutcliffe (1930) Practical Chemistry for Advanced Students (1949 Ed.), John Murray - London.
^ Reidies, Arno H. (2002), "Manganese Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 20, Weinheim: Wiley-VCH, hlm. 495–542, doi:10.1002/14356007.a16_123, ISBN 3-527-30385-5 More than one of |ISBN= dan |isbn= specified (bantuan); More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan) .
^ Cahiez, G.; Alami, M.; Taylor, R. J. K.; Reid, M.; Foot, J. S. (2004), "Manganese Dioxide", dalam Paquette, Leo A., Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, New York: J. Wiley & Sons .
^ Attenburrow, J.; Cameron, A. F. B.; Chapman, J. H.; Evans, R. M.; Hems, B. A.; Jansen, A. B. A.; Walker, T. (1952), "A synthesis of vitamin a from cyclohexanone", J. Chem. Soc.: 1094–1111, doi:10.1039/JR9520001094 More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan)
^ Leo A. Paquette and Todd M. Heidelbaugh. "(4S)-(−)-tert-Butyldimethylsiloxy-2-cyclopen-1-one". Org. Synth.; Coll. Vol. 9: 136.

Pranala luar sunting

[b1-1] Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. hlm. A22. ISBN 0-618-94690-X.

[G&E-2] Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. hlm. 1218–20. ISBN 0-08-022057-6.

[3] Barbato, S (31 May 2001). "Hollandite cathodes for lithium ion batteries. 2. Thermodynamic and kinetics studies of lithium insertion into BaMMn7O16 (M=Mg, Mn, Fe, Ni)". Electrochimica Acta. 46 (18): 2767–2776. doi:10.1016/S0013-4686(01)00506-0.

[4] Tompsett, David A.; Islam, M. Saiful (25 June 2013). "Electrochemistry of Hollandite α-MnO : Li-Ion and Na-Ion Insertion and Li Incorporation". Chemistry of Materials. 25 (12): 2515–2526. doi:10.1021/cm400864n.

[ChiuZMnO2-5] Preisler, Eberhard (1980), "Moderne Verfahren der Großchemie: Braunstein", Chemie in unserer Zeit, 14 (5): 137–48, doi:10.1002/ciuz.19800140502 More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan) .

[6] Arthur Sutcliffe (1930) Practical Chemistry for Advanced Students (1949 Ed.), John Murray - London.

[Ullmann-7] Reidies, Arno H. (2002), "Manganese Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 20, Weinheim: Wiley-VCH, hlm. 495–542, doi:10.1002/14356007.a16_123, ISBN 3-527-30385-5 More than one of |ISBN= dan |isbn= specified (bantuan); More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan) .

[8] Cahiez, G.; Alami, M.; Taylor, R. J. K.; Reid, M.; Foot, J. S. (2004), "Manganese Dioxide", dalam Paquette, Leo A., Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, New York: J. Wiley & Sons .

[9] Attenburrow, J.; Cameron, A. F. B.; Chapman, J. H.; Evans, R. M.; Hems, B. A.; Jansen, A. B. A.; Walker, T. (1952), "A synthesis of vitamin a from cyclohexanone", J. Chem. Soc.: 1094–1111, doi:10.1039/JR9520001094 More than one of |DOI= dan |doi= specified (bantuan)

[10] Leo A. Paquette and Todd M. Heidelbaugh. "(4S)-(−)-tert-Butyldimethylsiloxy-2-cyclopen-1-one". Org. Synth.; Coll. Vol. 9: 136.

[2]

[3]

[4]

[1]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]