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Mangan(IV)-oxid


Kristallstruktur
Keine Zeichnung vorhanden
__ Mn4+      __ O2−
Allgemeines
Name Mangan(IV)-oxid
Andere Namen
  • Akhtenskit
  • Pyrolusit
  • Ramsdellit
  • Braunstein
  • Magnesia nigra
Verhältnisformel MnO2
CAS-Nummer 1313-13-9
PubChem 14801
Kurzbeschreibung

schwarz-brauner Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 86,94 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

5,03 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

535 °C (Zersetzung)[2]

Löslichkeit

nahezu unlöslich in Wasser[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
H- und P-Sätze H: 272​‐​302+332
P: 221 [2]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [5]
R- und S-Sätze R: 20/22
S: (2)​‐​25
MAK

0,5 mg·m−3[2]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Mangan(IV)-oxid, auch Mangandioxid oder Braunstein, ist ein Oxid des Mangans mit der Summenformel MnO2. Mangan liegt hier in der Oxidationsstufe +4 vor. Aufgrund seines Aussehens (dunkelbraun, glänzt seidig, körnig bis erdig) wird es auch Magnesia nigra, schwarzes Magnesia, oder etwas unpräzise als Braunstein bezeichnet. Braunstein ist jedoch eine Gruppe von Mangan-Mineralien, deren Hauptbestandteil Mangandioxid ist.

Geschichte

Mangan(IV)-oxid wurde früher unter Handwerkern als „Glasmacherseife“ bezeichnet, da es durch Eisen(III)-silikate verfärbte Glasschmelzen entfärben konnte.[6] Schon in den Gläsern der alten Ägypter und Römer findet man etwa 2 % Manganoxide. Wahrscheinlich wurde schon zu dieser Zeit Braunstein zur Entfärbung der Gläser benutzt.

Vorkommen

Mangan(IV)-oxid findet man als orthorhombisch kristallisierten Ramsdellit, als tetragonal kristallisierten Pyrolusit (Weichmanganerz) und als hexagonal kristallisierenden Akhtenskit in großem Umfang im Südural und in Südafrika. Zusammen mit anderen Eisenverbindungen ist es oft ein Hauptbestandteil der Umbraerden und anderer brauner, dunkelfarbiger Erden.

Gewinnung und Darstellung

Mangan(IV)-oxid wird durch Mahlen von Pyrolusit oder durch das Erhitzen von Mangan(II)-nitrat an der Luft auf über 500 °C hergestellt.

[math]\mathrm{Mn(NO_3 )_2 \cdot 6 \ H_2 O \ \xrightarrow{\Delta T} \ MnO_2 + 2 \ NO_2 + 6 \ H_2O}[/math]

Heute jedoch wird Mangan(IV)-oxid hauptsächlich durch Elektrolyse einer Lösung von Mangan(II)-sulfat gewonnen. Zweiwertige Manganionen (Mn2+) oxidieren an der Anode zu dreiwertigen Mn3+-Ionen, die anschließend zu Mn2+- und Mn4+-Ionen disproportionieren. Dabei lagert sich Braunstein an der Anode ab.

Eigenschaften

Mangan(IV)-oxid ist ein braunschwarzes Pulver, das in Wasser unlöslich ist. Außerdem findet keine Reaktion mit kalter Schwefel- oder Salpetersäure statt.

Reaktionen

Durch Erhitzen über 450 °C wird unter Sauerstoffabgabe Mangan(III)-oxid (Mn2O3) gebildet.

[math]\mathrm{4 \ MnO_2 \ \xrightarrow{\Delta T} \ 2 \ Mn_2O_3 + O_2}[/math]

Durch Erhitzen über 600 °C wird unter Sauerstoffabgabe Mangan(II, III)-oxid (Mn3O4) gebildet; Mn3O4 enthält 72 % Mangan.

[math]\mathrm{3 \ MnO_2 \ \xrightarrow{\Delta T} \ Mn_3O_4 + O_2}[/math]

Das Erhitzen unter Zusatz von Schwefelsäure führt zur Abspaltung von Sauerstoff unter Bildung von Mangan(II)-sulfat.

[math]\mathrm{2 \ MnO_2 + 2 \ H_2 SO_4 \ \xrightarrow{\Delta T} \ 2 \ MnSO_4 + O_2 + 2 \ H_2O}[/math]

Wasserstoffperoxid zersetzt sich in Anwesenheit von Mangandioxid unter Sauerstoffabgabe. Das Mangandioxid wirkt dabei als Katalysator.

Mit Salzsäure reagiert Mangandioxid unter Chlorentwicklung zu Mangan(II)-chlorid. Diese Umsetzung hatte als Weldon-Verfahren Bedeutung zur Gewinnung von Chlor.[7]

[math]\mathrm{MnO_2 + 4 \ HCl \longrightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2 \ H_2O}[/math]

Verwendung

Aufgrund seiner oxidierenden Wirkung findet Mangandioxid häufig Anwendung als Oxidationsmittel. So wird es beispielsweise bei der organischen Synthese von Hydrochinon aus Anilin eingesetzt.[8] Mangandioxid ist der aktive Bestandteil der Härterpaste für Dichtstoffe auf der Basis Polysulfide und bewirkt die oxidative Verknüpfung über die SH-Gruppen des Polysulfidpräpolymers.[8] Auch in Feuerwerkskörpern wird es als Oxidationsmittel verwendet. Des Weiteren dient es im Labor zur Darstellung von Halogenen aus entsprechenden Halogenwasserstoffen.

[math]\mathrm{MnO_2 + 4 \ HX \longrightarrow MnX_2 + X_2 + 2 \ H_2O}[/math]

Bekannt ist es auch als „Glasmacherseife“ bei der Glasherstellung. Glasschmelzen, die oft durch geringe Mengen an Eisen(III)-silikaten gelb-grün gefärbt sind, wird Mangandioxid in kleinen Mengen zugesetzt, um die Verfärbungen zu neutralisieren. Dabei werden Mangan(III)-silikate gebildet, deren Farbe violett ist. Gelbgrün und violett sind jedoch Komplementärfarben, weswegen der Schmelzfluss in einem neutralen Farbton (gräulich bis annähernd farblos) erscheint.[6][8]

In Batterien wird es als Kathodenmaterial verwendet. In Zink-Kohle- und Alkali-Mangan-Batterien wird entweder

  • natürlich vorkommendes Mangandioxid („NMD“),
  • chemisch hergestelltes Mangandioxid („CMD“) oder
  • durch Elektrolyse hergestelltes Mangandioxid („EMD“) eingesetzt.

Weitere Verwendungen sind als Färbemittel für Ziegel[8], Teil der Gasreinigung in Gasmasken und als Zusatzstoff bei der Herstellung von Firnissen und Sikkativen. Es wirkt auch katalytisch bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid und dient so der Dampf- und Sauerstoffherstellung.

Mangandioxidhydrat

Mangandioxidhydrat (Mangan(IV)-oxidhydroxid) erhält man durch oxidative Fällung aus Mangan(II)-salzlösungen mit Natronlauge und Wasserstoffperoxid oder mit Natriumperoxid als einen dunkelbraunen Niederschlag:

[math]\mathrm{Mn^{2+} + 2\ OH^- + H_2O_2 \longrightarrow MnO(OH)_2 + H_2O}[/math]

Bedeutung hat diese Verbindung, weil sie im Unterschied zum wasserfreien Mangandioxid eine größere Reaktionsfähigkeit als Oxidationsmittel aufweist.[9][10] [11]

Einzelnachweise

  1. Eintrag zu Mangandioxid . In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 12. November 2014.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Eintrag zu Mangan(IV)-oxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 1. Februar 2016 (JavaScript erforderlich).
  3. Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1313-13-9 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
  4. Für Stoffe ist seit dem 1. Dezember 2012, für Gemische seit dem 1. Juni 2015 nur noch die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung gültig. Die EU-Gefahrstoffkennzeichnung ist daher nur noch auf Gebinden zulässig, welche vor diesen Daten in Verkehr gebracht wurden.
  5. Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 1313-13-9 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
  6. 6,0 6,1 arche-kurzmann.de: Das Märchen von der Entfärbung des Glases , abgerufen am 5. Februar 2013.
  7. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 436.
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1Vorlage:Holleman-Wiberg/Startseite fehlt.
  9. Heinrich Remy: Lehrbuch der Anorganischen Chemie Band II, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig Leipzig 1961, S. 258
  10. Jander-Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie, 5. Auflage, S. Hirzel, Stuttgart-Leipzig 1965, S. 209.
  11. Eberhard Schweda: Jander / Blasius, Anorganische Chemie I, 17. Auflage, 2012, S. 202

Kategorien: Elektrotechnischer Werkstoff | Manganverbindung | Oxid | Gesundheitsschädlicher Stoff

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Mangan(IV)-oxid (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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