Mangaan(IV)oxide

Mangaan(IV)oxide
Structuurformule en molecuulmodel
Eenheidscel van mangaan(IV)oxide ■ Mn4+ ■ O2−
Mangaan(IV)oxide-poeder
Algemeen
Molecuulformule	MnO2
IUPAC-naam	mangaan(IV)oxide
Andere namen	mangaandioxide, bruinsteen, pyrolusiet, Attenburrow-oxide
Molmassa	86,936849 g/mol
SMILES	O=[Mn]=O
InChI	1S/Mn.2O
CAS-nummer	1313-13-9
EG-nummer	215-202-6
PubChem	14801
Wikidata	Q407674
Beschrijving	Zwartbruin poeder met metaalglans
Vergelijkbaar met	mangaan(II)oxide
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Waarschuwing
H-zinnen	H302 - H332
EUH-zinnen	geen
P-zinnen	P221
MAC-waarde	0,5 mg/m³
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand	vast
Kleur	zwartbruin
Dichtheid	5,026 g/cm³
Smeltpunt	(ontleedt) 535 °C
Onoplosbaar in	water
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHos	−520,9 kJ/mol
Sos	53,1 J/mol·K
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Mangaan(IV)oxide of mangaandioxide (ook bekend onder de naam bruinsteen of het Attenburrow-oxide) is een oxide van mangaan, dat in de aardkorst veel voorkomt onder de vorm van het mineraal pyrolusiet. De brutoformule is MnO₂. De stof komt voor als een zwart kristallijn poeder, dat onoplosbaar is in water.

Synthese

Mangaan(IV)oxide kan worden bereid door de thermolyse van mangaan(II)nitraat bij 500 °C:

$\mathrm {Mn(NO_{3})_{2}\cdot 6\ H_{2}O\ {\xrightarrow {\Delta T}}\ MnO_{2}\ +\ 2\ NO_{2}\ +\ 6\ H_{2}O}$

De industriële synthese verloopt door de elektrolyse van een mangaan(II)sulfaat-oplossing. De Mn²⁺-ionen worden hierbij aan de anode geoxideerd tot Mn³⁺-ionen, die vervolgens disproportioneren tot Mn²⁺- en Mn⁴⁺-ionen.

Eigenschappen en reacties

Van mangaan(IV)oxide bestaan verscheidene polymorfen, alsook een gehydrateerde vorm. Net zoals vele andere dioxiden kristalliseert mangaan(IV)oxide uit in de tetragonale rutielstructuur. Deze polymorf wordt aangeduid als β-MnO₂; mangaan bezit hierbij een octaëdrische omringing.

Mangaan(IV)oxide kan worden gereduceerd tot metallisch mangaan door middel van een carbothermische reductie:

$\mathrm {MnO_{2}\ +\ 2\ C\longrightarrow \ Mn\ +\ 2\ CO}$

De kristallen lossen op in zwavelzuur, onder vorming van mangaan(II)sulfaat:

$\mathrm {2\ MnO_{2}\ +\ 2\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ 2\ MnSO_{4}\ +\ O_{2}\ +\ 2\ H_{2}O}$

Vanwege de sterk oxiderende eigenschappen van mangaan(IV)oxide wordt het gebruikt om de waterstofhalogeniden te oxideren tot diatomaire halogenen (waarin X = fluor, chloor, broom of jood):

$\mathrm {MnO_{2}\ +\ 4\ HX\ \longrightarrow \ MnX_{2}\ +\ X_{2}\ +\ 2\ H_{2}O}$

Boven 530 °C ontleedt mangaan(IV)oxide, waardoor mangaan(II,III)oxide en zuurstofgas worden gevormd:

$\mathrm {3\ MnO_{2}\ {\xrightarrow {\Delta T}}\ Mn_{3}O_{4}\ +\ O_{2}}$

Toepassingen

batterij

Mangaan(IV)oxide wordt onder andere gebruikt als kathodemateriaal in bepaalde type batterijen. In de zink-koolstofcel wordt mangaan gereduceerd:

$\mathrm {2\ MnO_{2}\ +\ 2\ H^{+}\ +\ 2\ e^{-}\ \longrightarrow \ Mn_{2}O_{3}\ +\ H_{2}O}$

In een alkalinebatterij wordt mangaanoxidehydroxide gevormd:

$\mathrm {MnO_{2}\ +\ H_{2}O\ +\ e^{-}\ \longrightarrow \ MnO(OH)\ +\ OH^{-}}$

keramiek

Mangaan(IV)oxide wordt aangewend als toeslagmateriaal in klei om harde en niet-poreuze bakstenen te maken, die in de fundering worden gebruikt om als een vochtwerende laag te dienen. Gecoated op een titaniumanode kan het gebruikt worden als bescherming tegen oxidatie. Mangaan(IV)oxide katalyseert de disproportioneringsreactie van waterstofperoxide:

$\mathrm {2\ H_{2}O_{2}\ \longrightarrow \ 2\ H_{2}O\ +\ O_{2}}$

brandversneller

In de prehistorie werd mangaandioxide toegepast om vuur te maken. Mangaandioxidepoeder verlaagt de ontbrandingstemperatuur van hout van 350 naar 250 graden Celsius. Bruinsteenblokjes zijn door archeologen gevonden bij overblijfselen van Neanderthalers.

Externe links

•  mangaan(iv)oxide - International Chemical Safety Card
• (en) MSDS van mangaan(IV)oxide

Bronnen, noten en/of referenties