Mangaanioksidin rakenne?

[Mirja Karjalainen]

Jarno Kallio (pcsy...@sci.fi) wrote:

>Tietäisikö kukaan miten mangaanidioksidin Mn02 rakenne selittyy?
>(tunnettu myös ruskokiven nimellä)
>

Kiinnostava kysymys - ja edelleenkin tutkimuskohteena, kun tuo Mn02
(ruunikivi, mineraalinimeltään pyrolusiitti tai ramsdelliitti tai
polianiitti) on niin
taloudellisesti tärkeä yhdiste. Jo pelkästään kuivapareja arvioidaan maailmassa
vuosittain kuluvan 12-15 miljardia kappaletta ja niissähän Mn02:lla on
keskeinen rooli kuormituksessa vapautuvan vedyn hapettajana ja
depolarisaattorina.

>Koska Mangaanilla on 2 ulkoelektronia ja Hapella 6 perustiedoilla
>ajatellen kyseeseen
>tulisi MnO eli mangaanimonoksidi. Mn ja O välillä olisi siis
>kaksoissidos.
>
>Mangaani on siirtymäalkuaine ja Mn ja O elektronegatiivisuus on aika iso
>joten ionisidosten osuus on
>noin 60-70%. Lisäksi Mn:llä on useita eri hapetuslukuja
>
>Nämä liittyvät varmaankiin MnO2 poikkeukselliseen rakenteeseen, mutta
>miten?
>
>Lukiolainen
>Jarno Kallio

Totta, mangaanilla on uloimmalla kuorella 2 elektronia, mutta - kuten
huomautatkin - Mn on siirtymäalkuaine, ts. jaksollisen järjestelmän d-blokin
metalli, jolla on vajaa toiseksi uloin kuori. Mn:n sidoksiin osallistuvien
elektronien konfiguraatio on 3d54s2 ja kolmannen kuoren d-orbitaalit voivat
hybridisoitua 4s-orbitaalien kanssa, mistä hapetuslukujen runsaus selittyy.

Mangaanilla on ainakin oksidit (hapetusluku suluissa):

Mn2O7 (+VII), MnO2 (+IV), Mn3O4 (+II, +IV, pysyvin!), Mn5O8 (+II, +IV),
Mn2O3 (+III) ja MnO (+II)

Lisäksi tunnetaan ns. ei-stoikiometrisiä oksideja, joissa Mn :n osuus voi
olla esim. Mn 1,3.

Mutta MnO2-yhdisteen rakenne ja sidosten laatu...? Eipä taida löytyä
yksinkertaista vastausta. Mahdollisesti kyseessä on monimutkainen kooste
MnO6-oktaedreistä ja niiden kulmiin sitoutuneista Mn(+IV) -ioneista. Mukana
tosin saattaa olla alemman hapetusasteen ionejakin.

MnO2 on amfoteerinen oksidi ja sitä vastaava ioni on manganiitti MnO4^4-.

Lähteitä:
Kivinen-Mäkitie: Kemia s 399, Otava 1988
Sharp: Dictionary Of Chemistry, s 250, Penguin Books 1983
Atkins-Jones: Chemistry: Molecules, Matter and Change, 3. painos, ss 804-812
W.H. Freeman, 1997

Netistäkin Mn:stä juttua löytyy, muttei ihan suoraan ksymykseesi liittyvää
osunut silmiin.

****************************************
Mirja Karjalainen
FM, matem.aineiden opettaja
Internet-kouluttaja
email: mir...@oyt.oulu.fi
mir...@paju.oulu.fi
www: http://oyt.oulu.fi/~mirjak
****************************************