MANGAN: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The mangan adalah unsur kimia yang terdiri dari logam transisi yang diwakili oleh simbol Mn, dan nomor atom 25. Namanya adalah karena magnesium hitam bijih hari pyrolusite, yang belajar di Magnesia, satu Wilayah Yunani.

Ini adalah unsur paling melimpah kedua belas di kerak bumi, ditemukan dalam berbagai mineral sebagai ion dengan bilangan oksidasi yang berbeda. Dari semua unsur kimia, mangan dibedakan dengan keberadaannya dalam senyawanya dengan banyak bilangan oksidasi, di mana +2 dan +7 adalah yang paling umum.

Mangan metalik. Sumber: W. Oelen

Dalam bentuk murni dan metalik, ia tidak memiliki banyak aplikasi. Namun dapat ditambahkan baja sebagai salah satu bahan tambahan utama untuk membuatnya tahan karat. Dengan demikian, sejarahnya terkait erat dengan besi; Padahal senyawanya telah hadir dalam lukisan gua dan kaca kuno.

Senyawanya dapat digunakan dalam baterai, metode analitis, katalis, oksidasi organik, pupuk, pewarnaan gelas dan keramik, pengering dan suplemen nutrisi untuk memenuhi permintaan biologis mangan dalam tubuh kita.

Selain itu, senyawa mangan sangat berwarna; terlepas dari apakah ada interaksi dengan spesies anorganik atau organik (organomangan). Warnanya tergantung pada jumlah atau keadaan oksidasi, menjadi +7 yang paling mewakili agen pengoksidasi dan antimikroba KMnO ₄ .

Selain penggunaan mangan untuk lingkungan di atas, nanopartikel dan kerangka logam organiknya adalah pilihan untuk mengembangkan katalis, padatan adsorben, dan bahan perangkat elektronik.

Sejarah

Awal mangan, seperti logam lainnya, diasosiasikan dengan mineral yang paling melimpah; dalam hal ini, pyrolusite, MnO ₂ , yang mereka sebut magnesia hitam, karena warnanya dan karena dikumpulkan di Magnesia, Yunani. Warna hitamnya bahkan digunakan dalam lukisan gua Prancis.

Nama depannya adalah Mangan, diberikan oleh Michele Mercati, dan kemudian diubah menjadi Mangan. MnO ₂ juga digunakan untuk menghitamkan kaca dan, menurut beberapa penelitian, telah ditemukan di pedang Spartan, yang saat itu sudah membuat baja sendiri.

Mangan dikagumi karena warna senyawanya, tetapi baru pada tahun 1771 kimiawan Swiss Carl Wilhelm mengusulkan keberadaannya sebagai unsur kimia.

Kemudian pada tahun 1774, Johan Gottlieb Gahn berhasil mereduksi MnO ₂ menjadi mangan logam dengan menggunakan batubara; saat ini direduksi dengan aluminium atau diubah menjadi garam sulfatnya, MgSO ₄ , yang akhirnya dielektrolisis.

Pada abad ke-19, mangan memperoleh nilai komersialnya yang sangat besar ketika terbukti bahwa ia meningkatkan kekuatan baja tanpa mengubah kelenturannya, menghasilkan ferromangan. Demikian juga, MnO ₂ ditemukan digunakan sebagai bahan katodik dalam baterai seng-karbon dan alkalin.

Properti

Penampilan

Warna silver metalik.

Berat atom

54,938 u

Nomor atom (Z)

25

Titik lebur

1.246 ºC

Titik didih

2.061 ºC

Massa jenis

-Pada suhu kamar: 7,21 g / mL.

-Pada titik leleh (cair): 5,95 g / mL

Panas fusi

12,91 kJ / mol

Panas penguapan

221 kJ / mol

Kapasitas kalori molar

26,32 J / (mol K)

Elektronegativitas

1,55 pada skala Pauling

Energi ionisasi

Tingkat pertama: 717,3 kJ / mol.

Tingkat kedua: 2.150,9 kJ / mol.

Tingkat ketiga: 3,348 kJ / mol.

Radio atom

Empiris 127 pm

Konduktivitas termal

7,81 W / (m K)

Resistivitas listrik

1,44 µΩ · m pada 20 ºC

Urutan magnetis

Paramagnetik, ia tertarik dengan lemah oleh medan listrik.

Kekerasan

6.0 pada skala Mohs

Reaksi kimia

Mangan kurang elektronegatif dibandingkan tetangga terdekatnya pada tabel periodik, membuatnya kurang reaktif. Namun, dapat terbakar di udara dengan adanya oksigen:

3 Mn (s) + 2 O ₂ (g) => Mn ₃ O ₄ (s)

Ia juga dapat bereaksi dengan nitrogen pada suhu sekitar 1.200 ° C, untuk membentuk mangan nitrida:

3 Mn (s) + N ₂ (s) => Mn ₃ N ₂

Ia juga bergabung langsung dengan boron, karbon, belerang, silikon, dan fosfor; tapi tidak dengan hidrogen.

Mangan cepat larut dalam asam, menyebabkan garam dengan ion mangan (Mn ²⁺ ) dan melepaskan gas hidrogen. Bereaksi sama dengan halogen, tetapi membutuhkan suhu tinggi:

Mn (s) + Br ₂ (g) => MnBr ₂ (s)

Organokomposit

Mangan dapat membentuk ikatan dengan atom karbon, Mn-C, memungkinkannya menghasilkan serangkaian senyawa organik yang disebut organomangan.

Dalam organomangan, interaksi tersebut disebabkan oleh ikatan Mn-C atau Mn-X, di mana X adalah halogen, atau karena posisi pusat positif mangan dengan awan elektronik sistem π ​​terkonjugasi dari senyawa aromatik.

Contoh di atas adalah senyawa fenilmangan iodida, PhMnI, dan metilsiklopentadienil mangan trikarbonil, (C ₅ H ₄ CH ₃ ) -Mn- (CO) ₃ .

Organomangan terakhir ini membentuk ikatan Mn-C dengan CO, tetapi pada saat yang sama berinteraksi dengan awan aromatik cincin C ₅ H ₄ CH ₃ , membentuk struktur seperti sandwich di tengah:

Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl molekul. Sumber: 31Feesh

Isotop

Ia memiliki satu isotop ⁵⁵ Mn yang stabil dengan kelimpahan 100%. Isotop radioaktif lainnya adalah: ⁵¹ Mn, ⁵² Mn, ⁵³ Mn, ⁵⁴ Mn, ⁵⁶ Mn dan ⁵⁷ Mn.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Struktur mangan pada suhu kamar sangat kompleks. Meskipun dianggap kubik berpusat tubuh (bcc), secara eksperimental sel satuannya telah terbukti menjadi kubus yang terdistorsi.

Fase atau alotrop pertama ini (dalam kasus logam sebagai unsur kimia), disebut α-Mn, stabil hingga 725 ° C; mencapai suhu ini, transisi terjadi ke alotrop lain yang sama "langka", β-Mn. Kemudian, alotrop β mendominasi hingga 1095 ° C ketika alotrop tersebut kembali mengubah dirinya menjadi alotrop ketiga: γ-Mn.

Γ-Mn memiliki dua struktur kristal yang dapat dibedakan. Satu kubik berpusat wajah (fcc), dan yang lainnya tetragonal berpusat wajah (fct) pada suhu kamar. Dan akhirnya, pada 1134 ° C, γ-Mn diubah menjadi alotrop δ-Mn, yang mengkristal dalam struktur bcc biasa.

Jadi, mangan memiliki hingga empat bentuk alotropik, semuanya bergantung pada suhu; dan mengenai mereka yang bergantung pada tekanan, tidak terlalu banyak referensi bibliografi untuk dikonsultasikan dengan mereka.

Dalam struktur ini atom Mn dihubungkan oleh ikatan logam yang diatur oleh elektron valensinya, sesuai dengan konfigurasi elektroniknya:

3d ⁵ 4s ²

Status oksidasi

Konfigurasi elektronik mangan memungkinkan kita untuk mengamati bahwa ia memiliki tujuh elektron valensi; lima di orbital 3d, dan dua di orbital 4s. Dengan kehilangan semua elektron ini selama pembentukan senyawanya, dengan asumsi adanya kation Mn ⁷⁺ , ia dikatakan memperoleh bilangan oksidasi +7 atau Mn (VII).

KMnO ₄ (K ⁺ Mn ⁷⁺ O ^2- ₄ ) adalah contoh senyawa dengan Mn (VII), dan mudah dikenali dari warna ungu cerahnya:

Dua solusi KMnO4. Satu pekat (kiri) dan yang lainnya diencerkan (kanan). Sumber: Pradana Aumars

Mangan secara bertahap dapat kehilangan setiap elektronnya. Jadi, bilangan oksidasinya juga bisa +1, +2 (Mn ²⁺ , paling stabil dari semuanya), +3 (Mn ³⁺ ), dan seterusnya sampai +7, sudah disebutkan.

Semakin positif bilangan oksidasi, semakin besar kecenderungannya untuk mendapatkan elektron; artinya, daya oksidasi mereka akan lebih besar, karena mereka akan “mencuri” elektron dari spesies lain untuk mereduksi dirinya dan memasok kebutuhan elektronik. Inilah mengapa KMnO ₄ adalah agen pengoksidasi yang hebat.

Warna

Semua senyawa mangan bercirikan warna-warni, dan alasannya adalah karena transisi elektronik dd, berbeda untuk setiap bilangan oksidasi dan lingkungan kimianya. Jadi, senyawa Mn (VII) biasanya berwarna ungu, sedangkan senyawa Mn (VI) dan Mn (V), misalnya, masing-masing berwarna hijau dan biru.

Larutan hijau kalium manganat, K2MnO4. Sumber: Choij

Senyawa Mn (II) terlihat agak pudar, berbeda dengan KMnO ₄ . Misalnya, MnSO ₄ dan MnCl ₂ berwarna merah muda pucat, padatan hampir putih.

Perbedaan ini disebabkan oleh kestabilan Mn ²⁺ , yang transisi elektroniknya membutuhkan lebih banyak energi dan, oleh karena itu, hampir tidak menyerap radiasi dari cahaya tampak, yang memantulkan hampir semuanya.

Di mana magnesium ditemukan?

Mineral pyrolusite, sumber mangan terkaya di kerak bumi. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Mangan merupakan 0,1% dari kerak bumi dan menempati urutan kedua belas di antara unsur-unsur yang ada di dalamnya. Deposit utamanya berada di Australia, Afrika Selatan, Cina, Gabon, dan Brasil.

Di antara mineral mangan utama adalah sebagai berikut:

-Pyrolusite (MnO ₂ ) dengan 63% Mn

-Ramsdelite (MnO ₂ ) dengan 62% Mn

-Manganit (Mn ₂ O ₃ · H ₂ O) dengan 62% Mn

-Cryptomelane (KMn ₈ O ₁₆ ) dengan 45 - 60% Mn

-Hausmanite (Mn · Mn ₂ O ₄ ) dengan 72% Mn

-Braunite (3Mn ₂ O _{3 ·} MnSiO ₃ ) dengan 50-60% Mn dan (MnCO ₃ ) dengan 48% Mn.

Hanya mineral yang mengandung lebih dari 35% mangan yang dianggap dapat ditambang secara komersial.

Meskipun terdapat sangat sedikit mangan di air laut (10 ppm), di dasar laut terdapat area panjang yang ditutupi dengan bintil mangan; juga disebut nodul polimetalik. Di dalamnya ada akumulasi mangan dan beberapa besi, aluminium dan silikon.

Cadangan mangan pada bintil diperkirakan jauh lebih besar daripada cadangan logam di permukaan bumi.

Nodul bermutu tinggi mengandung 10-20% mangan, dengan sedikit tembaga, kobalt, dan nikel. Namun, ada keraguan tentang keuntungan komersial dari penambangan nodul.

Makanan mangan

Mangan adalah elemen penting dalam makanan manusia, karena ikut campur dalam perkembangan jaringan tulang; serta dalam pembentukannya dan dalam sintesis proteoglikan, yang membentuk tulang rawan.

Untuk semua ini, diet mangan yang memadai diperlukan, memilih makanan yang mengandung unsur tersebut.

Berikut ini adalah daftar makanan yang mengandung mangan, dengan nilai yang dinyatakan dalam mg mangan / 100 g makanan:

-Ananá 1,58 mg / 100g

-Raspberry dan stroberi 0,71 mg / 100g

Pisang segar 0.27 mg / 100g

Bayam yang sudah dimasak 0,90 mg / 100g

- Ubi jalar 0.45 mg / 100g

- Kacang kedelai 0,5 mg / 100g

-Cooked kale 0.22 mg / 100g

Brokoli rebus 0,22 mg / 100g

- Kacang kalengan 0,54 m / 100g

-Masak quinoa 0.61 mg / 100g

-Tepung terigu utuh 4.0 mg / 100g

-Beras merah coklat 0.85 mg / 100g

-Sereal jenis Semua Merek 7,33 mg / 100g

-Biji Chia 2,33 mg / 100g

-Almond panggang 2,14 mg / 100g

Dengan makanan ini, mudah untuk memenuhi kebutuhan mangan, yang pada pria diperkirakan 2,3 mg / hari; sedangkan wanita membutuhkan 1,8 mg / hari mangan.

Peran biologis

Mangan terlibat dalam metabolisme karbohidrat, protein, dan lipid, serta dalam pembentukan tulang dan mekanisme pertahanan melawan radikal bebas.

Mangan adalah kofaktor untuk aktivitas berbagai enzim, termasuk: reduktase superoksida, ligase, hidrolase, kinase, dan dekarboksilase. Kekurangan mangan telah dikaitkan dengan penurunan berat badan, mual, muntah, dermatitis, retardasi pertumbuhan, dan kelainan tulang.

Mangan terlibat dalam fotosintesis, khususnya dalam fungsi Fotosistem II, terkait dengan disosiasi air untuk membentuk oksigen. Interaksi antara Fotosistem I dan II diperlukan untuk sintesis ATP.

Mangan dianggap perlu untuk fiksasi nitrat oleh tumbuhan, sumber nitrogen dan komponen nutrisi utama tumbuhan.

Aplikasi

Baja

Mangan sendiri merupakan logam dengan sifat yang tidak mencukupi untuk aplikasi industri. Namun bila dicampur dalam proporsi kecil dengan besi tuang, dihasilkan baja. Paduan ini, disebut ferromangan, juga ditambahkan ke baja lain, menjadi komponen penting untuk membuatnya tahan karat.

Tidak hanya meningkatkan ketahanan aus dan kekuatannya, tetapi juga desulfurisasi, deoksigenasi dan dephosforilasi, menghilangkan atom S, O dan P yang tidak diinginkan dalam produksi baja. Material yang dibentuk sangat kuat sehingga digunakan untuk pembuatan rel kereta api, jeruji sangkar penjara, helm, brankas, roda, dll.

Mangan juga bisa dicampur dengan tembaga, seng, dan nikel; yaitu, untuk menghasilkan paduan non-besi.

Kaleng aluminium

Mangan juga digunakan untuk produksi paduan aluminium, yang biasanya digunakan untuk membuat kaleng soda atau bir. Paduan Al-Mn ini tahan terhadap korosi.

Pupuk

Karena mangan bermanfaat bagi tanaman, seperti MnO ₂ atau MgSO _4, mangan digunakan dalam formulasi pupuk, sedemikian rupa sehingga tanah diperkaya dengan logam ini.

Agen pengoksidasi

Mn (VII), khususnya KMnO ₄ , adalah agen pengoksidasi yang kuat. Tindakannya sedemikian rupa sehingga membantu mendisinfeksi perairan, dengan hilangnya warna violet yang menunjukkan bahwa ia menetralkan mikroba yang ada.

Ini juga berfungsi sebagai titran dalam reaksi redoks analitik; misalnya, dalam penentuan besi besi, sulfit dan hidrogen peroksida. Dan sebagai tambahan, ini adalah reagen untuk melakukan oksidasi organik tertentu, sebagian besar waktu adalah sintesis asam karboksilat; di antaranya, asam benzoat.

Kacamata

Kaca secara alami memiliki warna hijau karena kandungan oksida besi atau silikat besi yang dimilikinya. Jika suatu senyawa ditambahkan yang entah bagaimana dapat bereaksi dengan besi dan mengisolasinya dari bahan, maka kaca akan berubah warna atau kehilangan karakteristik warna hijau.

Ketika mangan ditambahkan sebagai MnO ₂ untuk tujuan ini, dan tidak ada yang lain, kaca bening akan berubah menjadi merah muda, ungu, atau kebiruan; Inilah sebabnya mengapa ion logam lain selalu ditambahkan untuk melawan efek ini dan menjaga agar kaca tidak berwarna, jika itu yang diinginkan.

Sebaliknya, jika MnO ₂ berlebih , akan diperoleh kaca dengan corak coklat atau bahkan hitam.

Pengering

Garam mangan, terutama MnO ₂ , Mn ₂ O ₃ , MnSO ₄ , MnC ₂ O ₄ (oksalat), dan lainnya, digunakan untuk mengeringkan biji rami atau minyak pada suhu rendah atau tinggi.

Nanopartikel

Seperti logam lain, kristal atau agregatnya bisa sekecil skala nanometrik; Ini adalah nanopartikel mangan (NPs-Mn), dicadangkan untuk aplikasi selain baja.

NPs-Mn memberikan reaktivitas yang lebih besar saat menangani reaksi kimia di mana mangan logam dapat ikut campur. Selama metode sintesis Anda berwarna hijau, menggunakan ekstrak tumbuhan atau mikroorganisme, aplikasi potensial Anda akan semakin ramah dengan lingkungan.

Beberapa kegunaannya adalah:

-Air limbah murni

-Suplai kebutuhan nutrisi mangan

-Sajikan sebagai agen antimikroba dan antijamur

Pewarna -Degradasi

-Mereka adalah bagian dari superkapasitor dan baterai lithium-ion

-Katalisis epoksidasi olefin

Ekstrak DNA -Murnikan

Di antara aplikasi ini nanopartikel oksida mereka (NPs MnO) juga dapat berpartisipasi atau bahkan menggantikan yang logam.

Bingkai logam organik

Ion mangan dapat berinteraksi dengan matriks organik untuk membentuk kerangka organik logam (MOF: Kerangka Organik Logam). Dalam porositas atau celah dari jenis padatan ini, dengan ikatan arah dan struktur yang terdefinisi dengan baik, reaksi kimia dapat terjadi dan mengkatalisasi secara heterogen.

Misalnya, mulai dari MnCl ₂ · 4H ₂ O, asam benzenetrikarboksilat dan N, N-dimetilformamida, kedua molekul organik ini berkoordinasi dengan Mn ²⁺ untuk membentuk MOF.

MOF-Mn ini mampu mengkatalisis oksidasi alkana dan alkena, seperti: sikloheksen, stirena, sikloosen, adamantane dan etilbenzena, mengubahnya menjadi epoksida, alkohol atau keton. Oksidasi terjadi di dalam padatan dan kisi kristal (atau amorf) yang rumit.

Referensi

1. M. Weld & lainnya. (1920). Mangan: penggunaan, persiapan, biaya penambangan, dan produksi paduan besi. Diperoleh dari: digicoll.manoa.hawaii.edu
2. Wikipedia. (2019). Mangan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. J. Bradley & J. Thewlis. (1927). Struktur Kristal α-Mangan. Diperoleh dari: royalsocietypublishing.org
4. Fullilove F. (2019). Mangan: Fakta, Kegunaan & Manfaat. Belajar. Diperoleh dari: study.com
5. Royal Society of Chemistry. (2019). Tabel periodik: mangan. Diperoleh dari: rsc.org
6. Vahid H. & Nasser G. (2018). Sintesis hijau nanopartikel mangan: Aplikasi dan perspektif masa depan - Tinjauan. Jurnal Fotokimia dan Fotobiologi B: Biologi Volume 189, halaman 234-243.
7. Clark J. (2017). Mangan. Diperoleh dari: chemguide.co.uk
8. Farzaneh & L. Hamidipour. (2016). Kerangka Organik Mn-Metal sebagai Katalis Heterogen untuk Oksidasi Alkana dan Alkena. Jurnal Ilmu Pengetahuan, Republik Islam Iran 27 (1): 31-37. Universitas Teheran, ISSN 1016-1104.
9. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Mangan. Database PubChem. CID = 23930. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov