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.
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)
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit im Rahmen des Demonstrationskurses bietet eine systematische Übersicht über das Element Mangan und seine verschiedenen Oxidationsstufen. Ziel ist es, durch präzise Versuchsbeschreibungen und deren theoretische Herleitung ein tieferes Verständnis für die chemischen Eigenschaften und Reaktivitätsmuster des Mangans in unterschiedlichen Wertigkeiten zu vermitteln.
- Physikalische und chemische Grunddaten von Mangan
- Stabilität und Reaktivität von Mn(II) bis Mn(VII)
- Oszillationsprozesse und katalytische Eigenschaften
- Oxidationsvermögen von Braunstein und Permanganat
- Praktische Demonstrationsversuche für den Chemieunterricht
Auszug aus dem Buch
4.1.2 Braunstein als Katalysator
Geräte:
Reagenzglas, Tropfpipette
Chemikalien:
MnO2, 30%iges H2O2, Glimmspan
Durchführung:
In ein Reagenzglas wird eine kleine Spatelspitze Braunstein gegeben. Dann werden ein paar Tropfen Wasserstoffperoxid hinzu gegeben. Vorsicht! Nicht zu viel, da die Reaktion sehr heftig ist. Mit dem Glimmspan wird sofort der entweichende Sauerstoff nachgewiesen.
Beobachtung:
Am Glimmspan entfacht eine Flamme.
Auswertung und Interpretation:
Die Zersetzungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid bei Zimmertemperatur ist sehr klein.
2 H2O2 → 2 H2O + O2 + 46,2 kcal
Durch Zugabe von Braunstein als Katalysator erfolgt eine starke Beschleunigung der Zersetzungsgeschwindigkeit.
Zusammenfassung der Kapitel
1 WICHTIGE DATEN ZU MANGAN: Dieses Kapitel liefert grundlegende Informationen über das Vorkommen, die Darstellung und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mangan sowie dessen Bedeutung als Spurenelement.
2 MANGAN(II): Hier werden die stabilen Mangan(II)-Verbindungen betrachtet, wobei der Fokus auf Oszillationsprozessen, Fällungsreaktionen und Oxidationsmöglichkeiten liegt.
3 MANGAN(III): Dieses Kapitel widmet sich der Unbeständigkeit von Mangan(III)-Verbindungen und deren Fähigkeit zur Synproportionierung.
4 MANGAN(IV): Der Schwerpunkt liegt auf Braunstein, seiner katalytischen Wirkung und seiner Verwendung als Oxidationsmittel in technischen und laborüblichen Prozessen.
5 MANGAN(V): Ein kurzes Kapitel, das die instabile und nur unter extremen Bedingungen existierende Oxidationsstufe +V beschreibt.
6 MANGAN(VI): Hier wird das grüne Manganat(VI) und dessen Rolle als Zwischenstufe bei der Permanganatherstellung erläutert.
7 MANGAN(VII): Dieses umfangreiche Kapitel behandelt das starke Oxidationsmittel Kaliumpermanganat und demonstriert durch zahlreiche Versuche dessen pH-abhängige Reaktivität.
Schlüsselwörter
Mangan, Braunstein, Permanganat, Oxidationsstufen, Redoxreaktion, Katalyse, Mangan(II), Mangan(VII), Chemische Versuche, Wasserstoffperoxid, Oszillationsreaktion, Anorganische Chemie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet eine experimentell orientierte Übersicht über die Chemie des Mangans, unterteilt nach den verschiedenen Oxidationsstufen des Elements.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind die systematische Charakterisierung von Manganverbindungen von Mn(II) bis Mn(VII) sowie die Durchführung und Interpretation relevanter Demonstrationsversuche.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, Chemie-Studierenden oder Interessierten die chemischen Eigenschaften des Mangans durch anschauliche Laborversuche und deren Auswertung greifbar zu machen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt die Methode der experimentellen Demonstration, bei der chemische Reaktionen praktisch durchgeführt und anschließend mittels Reaktionsgleichungen und energetischer Betrachtungen interpretiert werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in Kapitel zu den Oxidationsstufen II bis VII, wobei für jede Stufe spezifische Charakteristika und exemplarische Versuchsaufbauten beschrieben werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Mangan, Braunstein, Permanganat, Redoxreaktionen, Katalyse und chemische Demonstrationsversuche charakterisiert.
Warum ist die Wahl von Braunstein als Katalysator so effektiv?
Braunstein senkt die Aktivierungsenergie der Wasserstoffperoxid-Zersetzung massiv, wodurch die Reaktion bei Raumtemperatur in kürzester Zeit unter starker Wärmeentwicklung abläuft.
Was ist das „mineralische Chamäleon“ im Kontext von Mangan?
Das „mineralische Chamäleon“ bezieht sich auf Manganat(VI), das in neutraler oder saurer Lösung in Permanganat und Braunstein disproportioniert, was mit auffälligen Farbveränderungen einhergeht.
- Quote paper
- Patricia Zimmermann (Author), 2002, Die Eigenschaften von Manganverbindungen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/13744
