Диоксид марганца

Окси́д ма́рганца(IV) (диокси́д марганца) ${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$ — порошок тёмно-коричневого цвета, нерастворимый в воде. Наиболее устойчивое соединение марганца, широко распространённое в земной коре (минерал пиролюзит).

Оксид марганца​(IV)​
Общие
Систематическое наименование	Диоксид марганца
Хим. формула	${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$
Физические свойства
Состояние	черные тетрагональные кристаллы
Молярная масса	86,9368 г/моль
Плотность	5,026 г/см³
Термические свойства
Температура
• разложения	535 °C
Энтальпия
•	-521,5 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	нерастворим
Классификация
Рег. номер CAS	[1313-13-9]
PubChem	14801
Рег. номер EINECS	215-202-6
SMILES	O=[Mn]=O
InChI	InChI=1S/Mn.2O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N
RTECS	OP0350000
ChEBI	136511
Номер ООН	1479
ChemSpider	14117
Безопасность
NFPA 704	1 1 2 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

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:

${\displaystyle {\ce {4HCl + MnO2 -> MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}}}$.

С серной и азотной кислотами ${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$ разлагается с выделением кислорода:

${\displaystyle {\ce {2MnO2 + 2H2SO4 -> 2MnSO4 + O2 ^ + 2H2O}}}$.

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений ${\displaystyle {\ce {Mn^{+7}}}}$ и ${\displaystyle {\ce {Mn^{+6}}}}$:

${\displaystyle {\ce {3MnO2 + KClO3 + 6KOH -> 3K2MnO4 + KCl + 3H2O}}}$.

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

${\displaystyle {\ce {MnO2 + 2H2SO4 -> Mn(SO4)2 + 2H2O}}}$.

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

${\displaystyle {\ce {MnO2 + CaO -> CaMnO3}}}$.

Является катализатором разложения пероксида водорода:

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

При нагревании выше 530 °C разлагается:

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

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением (перманганата калия) с образованием (манганата калия) и кислорода:

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

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

${\displaystyle {\ce {2KMnO4 + H2O2 -> 2KOH + 2MnO2 + 2O2 ^}}}$.

При температуре выше 100 °C восстановлением перманганата калия водородом:

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

Структура

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

Применение

• Применяется для промышленного производства марганца;
• Деполяризатор в (марганец-цинковых элементах) питания;
• Компонент минеральных пигментов;
• Осветлитель стекла.

Примечания

1. Chalmin E., Menu M., Pomiès M.-P., Vignaud C., Aujoulat N. et Geneste J.-M. Les blasons de Lascaux // L’Anthropologie, 2004. T. 108. Р. 571—592.
2. Неандертальская химия  (неопр.). Дата обращения: 7 марта 2016. 7 марта 2016 года.

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.