Die Eigenschaften von Manganverbindungen

Inhaltsverzeichnis

1 Wichtige Daten zu Mangan
1.1 Vorkommen
1.2 Darstellung
1.3 Physikalische Eigenschaften
1.4 Chemische Eigenschaften
1.5 Verwendung von Mangan
1.6 Manganverbindungen

2 Mangan(II)
2.1 Charakteristika
2.1.1 Bromat-Malonsäure-Oszillationsprozeß, katalysiert durch Mn2+-Ionen
2.1.2 Fällung von MnS
2.1.3 Fällung von Mn(OH)2
2.1.4 Oxidation von Mn(II) zu Mn(IV)

3 Mangan(III)
3.1 Charakteristika
3.1.1 Synproportionierung von Mn(II) und Mn(IV) zu Mn(III)

4 Mangan(IV)
4.1 Charakteristika
4.1.1 Erhitzen von Braunstein
4.1.2 Braunstein als Katalysator
4.1.3 Oxidierende Wirkung von Braunstein auf HCl (Weldon Prozeß)

5 Mangan(V)
5.1 Charakteristika

6 Mangan(VI)
6.1 Charakteristika

7 Mangan(VII)
7.1 Charakteristika
7.1.1 Stufenweise Reduktion von Kaliumpermanganat
7.1.2 Oxidationswirkung von Permanganat in Abhängigkeit vom PH-Wert
7.1.3 Autokatalyse von Permanganat mit H2O2
7.1.4 Blitze unter Wasser (Oxidation von Ethanol durch KMnO4 in saurer Lösung)
7.1.5 Feuer ohne Streichholz (Oxidation von Glycerin durch Kaliumpermanganat)

1 Wichtige Daten zu Mangan

Symbol: Mn

Ordnungszahl: 25

relative Atommasse: 54,938

Elektronenkonfiguration: [Ar] 3d5 4s2

1.1 Vorkommen

Mangan ist in der Natur recht verbreitet. Es hat ungefähr 0,09% Anteil am Aufbau der festen Erdrinde. Damit ist es ebenso häufig vertreten wie etwa der Kohlenstoff oder Phosphor. Nach Eisen und Titan ist Mangan das dritthäufigste Übergangselement.

Natürlich vorkommendes Mangan findet man meist als Oxidverbindungen, wie zum Beispiel Braunstein (MnO2), Braunit (Mn2O3), oder Hausmannit (Mn3O4). Meist finden sich diese Erze in Gesellschaft von Eisenerzen. Reiche Lagerstätten liegen an der Ostküste des Schwarzen Meeres, in Indien, in Brasilien, in Australien in China und in Südafrika.

Große Mengen von Mangan finden sich in der Tiefsee, in den Manganknollen, die 15-20% Mangan, ferner Eisen und kleinere Mengen Cobalt, Nickel und Kupfer enthalten.

Doch auch für uns Menschen ist Mangan wichtig! Es ist ein essentielles Spurenelement, das in allen lebenden Zellen vorkommt. Der menschliche Körper enthält 0,3 mg pro kg (Zelle und Knochen) und sollte mindestens 3 mg Mangan aufnehmen (Vollkornprodukte, Nüsse, Keimlinge, Kakao). Mangan ist in vielen Enzymen enthalten und z.B. zum Aufbau von Cholesterin beteiligt.

Manganmangel ruft unter anderem Sterilität hervor.

Manganüberschuß führt zur Reizung der Atemwege, der Haut und schließlich zu Schädigungen des Nervensystems, mit Sprach- und Bewegungsstörungen (=Manganismus)

Pflanzen benötigen Mangan bei der Photosynthese. Manganmangel bewirkt hier eine Minderung des Wachstums.

1.2 Darstellung

Die beste technische Darstellungsmethode ist die Elektrolyse von Mangansulfat (MnSO4)- Lösungen mit Kathoden aus rostfreiem Stahl:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Allerdings kann man es auch aluminothermisch gewinnen, also durch Reduktion von Manganoxiden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Da das reine Metall nur selten benötigt wird, sind beide Verfahren kaum von Bedeutung.

1.3 Physikalische Eigenschaften

Mangan existiert in vier verschiedenen Modifikationen (a, b, g, d - Mangan), von denen das a- Mangan bei Raumtemperatur die stabile Form ist. Es ist silbergrau, hart und sehr spröde und ähnelt dem Eisen. Schmelzpunkt: 1244°C. Siedepunkt: 2030°C. Dichte 7,44 g/cm3.

1.4 Chemische Eigenschaften

In kompakter Form wird Mangan von Sauerstoff nur an der Oberfläche angegriffen. In fein verteilter Form, reagiert es mit Luft unter Feuererscheinung zu Hausmannit (Mn3O4). Mangan ist bei Raumtemperatur gegenüber Nichtmetallen relativ inert, wobei es sich bei höheren Temperaturen heftig mit ihnen umsetzt.

Mangan steht in der Spannungsreihe oberhalb des Wasserstoffs, ist also ein unedles Metall und wird daher von Säuren, langsam auch schon von Wasser, unter Wasserstoffentwicklung angegriffen.. Es entsteht keine passivierende Oxidhaut.

1.5 Verwendung von Mangan

Mangan hat nur in Verbindung mit anderen Elementen größere praktische Bedeutung. Es dient vor allem als Legierungsmittel zusammen mit Eisen (ÞFerromangan)

1.6 Manganverbindungen

In Manganverbindungen sind die Oxidationsstufen von -3 bis +7 bekannt. Von Bedeutung sind aber nur die Oxidationsstufen +2 (Mn2+), +4 (MnO2) und +7 (KMnO4).

2 Mangan(II)

2.1 Charakteristika

Mangan(II)-Verbindungen sind sehr stabil, da sie mit der halbgefüllten 3d-Unterschale eine günstige Elektronenkonfiguration besitzen. Mn2+-Ionen bilden mit den meisten wichtigeren Anionen beständige Salze, die meist leicht löslich sind. Bekannte Verbindungen sind MnCl2, MnSO4 und MnO.

Hydratisierte Mn2+-Ionen liegen in wäßrigen Lösungen als oktaedrische Hexakomplexe vor und zeigen nur eine schwache Farbigung, da im 3d5-Zustand d-d-Übergänge kaum stattfinden.

2.1.1 Bromat-Malonsäure-Oszillationsprozeß, katalysiert durch Mn2+-Ionen

Geräte:

1-l-Becherglas, Magnetrührer,

Chemikalien:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durchführung:

750 ml destilliertes Wasser werden in ein Becherglas gegeben. Unter Rühren gibt man vorsichtig 75 ml konz. Schwefelsäure hinzu und läßt auf Raumtemperatur abkühlen. Dann versetzt man die Lösung mit 9 g Malonsäure. Nach vollständiger Auflösung gibt man 8 g Kaliumbromat hinzu und wartet wieder bis zur vollständigen Auflösung. Danach gibt man unter ständigen Rühren 1,8 g Mangansulfat zu der klaren Lösung.

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