Оксид марганца(IV)

Оксид марганца​(IV)​
Общие
Систематическое наименование	Диоксид марганца
Хим. формула	MnO2
Физические свойства
Состояние	черные тетрагональные кристаллы
Молярная масса	86,9368 г/моль
Плотность	5,026 г/см³
Термические свойства
Температура
• разложения	535 °C
Энтальпия
• образования	-521,5 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	нерастворим
Классификация
Рег. номер CAS	[1313-13-9]
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Оксид марганца(IV) (диоксид марганца) [math]\ce{ MnO2 }[/math] — 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:

[math]\ce{ 4HCl + MnO2 -> MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O }[/math].

С серной и азотной кислотами [math]\ce{ MnO2 }[/math] разлагается с выделением кислорода:

[math]\ce{ 2MnO2 + 2H2SO4 -> 2MnSO4 + O2 ^ + 2H2O }[/math].

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений [math]\ce{ Mn^{+7} }[/math] и [math]\ce{ Mn^{+6} }[/math]:

[math]\ce{ 3MnO2 + KClO3 + 6KOH -> 3K2MnO4 + KCl + 3H2O }[/math].

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

[math]\ce{ MnO2 + 2H2SO4 -> Mn(SO4)2 + 2H2O }[/math].

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

[math]\ce{ MnO2 + CaO -> CaMnO3 }[/math].

Является катализатором разложения пероксида водорода:

[math]\ce{ 2H2O2 ->[\ce{MnO2}] 2H2O + O2 ^ }[/math].

При нагревании выше 530°C разлагается:

[math]\ce{ 4MnO2->[530^\circ\text{C}] 2Mn2O3\ + O2 }[/math].

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия:

[math]\ce{ 2KMnO4->[t] K2MnO4 \ + MnO2\ + O2 ^ }[/math].

Также можно получить реакцией перманганата калия с пероксидом водорода. На практике образовавшийся [math]\ce{ MnO2 }[/math] каталитически разлагает пероксид водорода, вследствие чего реакция до конца не протекает.

[math]\ce{ 2KMnO4 + H2O2 -> 2KOH + 2MnO2 + 2O2 ^ }[/math].

При температуре выше 100°C восстановлением перманганата калия водородом:

[math]\ce{ 2KMnO4 + 2H2 ->[t] K2MnO4 + MnO2 + 2H2O }[/math].

Структура

Известны несколько полиморфных модификаций диоксида марганца и его гидратированных форм. Диоксид марганца, как и многие другие диоксиды, имеет кристаллическую структуру рутила (пиролюзит, или [math]\ce{ \beta - MnO_2 }[/math]), 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. [math]\ce{ \alpha - MnO_2 }[/math], 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, сложены исключительно из диоксида марганца. Возможно, неандертальцы использовали этот минерал в качестве окислителя и катализатора реакций окисления и горения.

Применение

• Применяется для промышленного производства марганца;
• Как деполяризатор в «батарейках» (сухих гальванических элементах);
• 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
• П. З. Пиролюзит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1898. — Т. XXIIIA (46): Петропавловский — Поватажное. — С. 653—654.
• Полианит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1906. — Т. доп. II. — С. 436.