Izvorni kôd stranice Mangan(IV)-oksid

{{Infokutija hemijski spoj
| Strukturna formula = [[Datoteka:Manganese(IV) oxide.jpg|240px]]
| Hemijski spoj = Mangan(IV) oksid
| Druga imena = mangan dioksid, mangan oksid, piroluzit
| Sumarna formula = {{Chem|Mn|O|2}}
| CAS registarski broj = 1313-13-9
| SMILES = <nowiki>O=[Mn]=O</nowiki>
| InChI = 1S/Mn.2O
| Kratki opis = crno-smeđi prah
| Molarna masa = 86,9368 g/mol
| Agregatno stanje = čvrsto
| Gustoća = 5,026 g/cm<sup>3</sup>
| Tačka topljenja = 535 °C (''raspada se'')
| Pritisak pare = 
| Rastvorljivost = nije rastvorljiv u vodi
| Dipolni moment = 
| NFPA 704 = {{NFPA 704 |H = 1|F = 1| R = 2| O = OX}}
}}
'''Mangan(IV) oksid''' je [[spisak neorganskih spojeva|neorganski spoj]] sa [[hemijska formula|formulom]] {{chem|MnO|2}}. Ovaj crni ili smeđi prah u prirodi se može pronaći kao [[mineral]] [[piroluzit]], koji predstavlja glavnu rudu za dobijanje [[mangan]]a, a ulazi i u sastav manganskih [[konkrecija]]. Osnovna upotreba MnO<sub>2</sub> je u suhim [[Baterija (elektricitet)|baterijskim]] ćelijama, kao što su alkalne i cink-ugljik baterije.<ref name="G&E">Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). ''Chemistry of the Elements''. Oxford: Pergamon Press. str. 1218–20. {{ISBN|0-08-022057-6}}...</ref> {{chem|MnO|2}} se također koristi i kao [[Pigment (materijal)|pigment]] te sirovina za proizvodnju drugih spojeva mangana, kao što je [[kalij-permanganat|{{chem|KMnO|4|}}]]. Također se koristi i kao reagens u organskim sintezama, naprimjer, pri oksidaciji [[alil alkohol]]a.

==Struktura==
Smatra se da postoji nekoliko polimorfa {{chem|MnO|2}}, kao i hidratni oblik. Kao i mnogi drugi dioksidi i {{chem|MnO|2}} se kristalizira u kristalnu strukturu [[rutil]]a (ovaj polimorf se naziva i β-{{chem|MnO|2}}), sa tri koordinatna oksida i oktahedralnim metalnim centrom.<ref name=G&E/> {{chem|MnO|2}} je karakteristično nestehiometrijski spoj. Prilično složena [[hemija čvrstog stanja]] ovog materijala relevantna je za proučavanje ''svježe dobijenog'' {{chem|MnO|2}} u organskim sintezama.

==Proizvodnja==
Prirodni mangan dioksid sadrži mnoge nečistoće i znatnu količinu mangana u njegovom [[oksidacijsko stanje|oksidacijskom stanju]] '''+3'''. Samo manji broj nalazišta sadrži γ modifikaciju čistoće pogodne za industriju baterija. Proizvodnja [[ferit]]a također zahtijeva mangan dioksid visoke čistoće. Zbog toga je vrlo važna proizvodnja sintetičkog mangan dioksida. Koriste se dvije grupe metoda kojima se dobijaju ''hemijski mangan dioksid'' (CMD) i ''elektrolitički mangan dioksid'' (EMD). CMD se uglavnom koristi u proizvodnji ferita, dok se EMD koristi za proizvodnju baterija.<ref name="ChiuZMnO2">{{citation | last = Preisler | first = Eberhard | title = Moderne Verfahren der Großchemie: Braunstein | journal = Chemie in unserer Zeit | year = 1980 | volume = 14 | pages = 137–48}} {{doi|10.1002/ciuz.19800140502}}.</ref>

===Hemijski mangan dioksid===
Jedna od četiri hemijske metode započinje od prirodnog mangan dioksida koji se prerađuje koristeći [[dinitrogen-tetroksid]] i vodu dobijajući rastvor [[mangan(II)-nitrat]]a. Isparavanjem [[voda|vode]], preostaje kristalizirana nitratna so. Pri temperaturi od 400&nbsp;°C, so se raspada oslobađajući N<sub>2</sub>O<sub>4</sub> a preostaje vrlo čisti mangan dioksid.<ref name="ChiuZMnO2"/> Ova dva koraka se mogu sumarno predstaviti kao:

:MnO<sub>2</sub>  +  N<sub>2</sub>O<sub>4</sub>  <math>\overrightarrow{\leftarrow}</math>   Mn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>

U drugom hemijskom procesu, ruda mangan dioksida se reducira njenim zagrijavanjem u peći na ugalj ili naftu. Dobija se [[mangan(II)-oksid]] koji se rastvara u [[sumporna kiselina|sumpornoj kiselini]], a filtrirani [[rastvor]] se tretira [[amonij-karbonat]]om te se taloži MnCO<sub>3</sub>. [[Mangan-karbonat]] se [[kalcinacija|kalcinira]] na [[zrak]]u dajući mješavinu mangan(II) i mangan(IV)-oksida. Da bi se proces nastavio, suspenzija ovog materijala u sumpornoj kiselini se tretira natrij-hloratom. [[Hlorna kiselina]] koja nastaje ''in situ'', pretvara sve Mn(III) i Mn(II) okside u diokside, oslobađajući [[hlor]] kao nusproizvod.<ref name="ChiuZMnO2"/>

Treća metoda uključuje [[mangan-heptoksid]] i mangan-monoksid. Dva reagensa se miješaju u omjeru 1:3 dajući mangan dioksid:
:Mn<sub>2</sub>O<sub>7</sub> + 3MnO → 5MnO<sub>2</sub>
Četvrti način, ali ne toliko ekonomski prihvatljiv, uključuje djelovanje [[kalij-permanganat]]a na kristale [[Mangan(II)-sulfat|mangan-sulfata]].

:2KMnO<sub>4</sub> + 3MnSO<sub>4</sub>·4H<sub>2</sub>O → 5MnO<sub>2</sub> + K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 10H<sub>2</sub>O<ref>Arthur Sutcliffe (1930) ''Practical Chemistry for Advanced Students'' (1949 ur.), John Murray - London.</ref>

===Elektrolitički mangan dioksid===
Elektrolitički mangan dioksid (EMD) koristi se u cink-ugljik baterijama zajedno sa [[cink-hlorid]]om i [[amonij-hlorid]]om. EMD se obično koriste u punjivim alkalnim ćelijama na bazi cink-mangan dioksida (Zn RAM). U ovu svrhu, čistoća mangan dioksida je izuzetno važna.

==Reakcije==
Najvažnije reakcije {{chem|MnO|2}} povezane su s njegovim reduciranjem i oksidiranjem.

===Redukcija===
{{chem|MnO|2}} je osnovni polazni materijal za [[feromangan]] i s njim povezane legure, koje se široko upotrebljavaju u industriji čelika. Pretvaranje uključuje karbotermalnu redukciju koristeći [[koks]] kao gorivo:{{izvor}}
:{{chem|MnO|2}}  +  2 C   →  Mn  +  2 CO

Ključna reakcija {{chem|MnO|2}} u baterijama je redukcija jednim elektronom:
:{{chem|MnO|2}}  +  e<sup>−</sup>  +  H<sup>+</sup>   →  MnO(OH)

{{chem|MnO|2}} [[kataliza|katalizira]] nekoliko reakcija kojima je proizvod molekula {{chem|O|2}}. U klasičnim laboratorijskim demonstracijama, zagrijavanje mješavine kalij-hlorata i mangan-dioksida daje [[kisik]] kao proizvod. Mangan-dioksid također katalizira raspadanje [[vodik-peroksid]]a do kisika i molekule [[voda|vode]]:
:2 H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>   →  2 H<sub>2</sub>O  +  O<sub>2</sub>

Mangan dioksid se raspada na temperaturi iznad 530&nbsp;°C na [[mangan(III)-oksid]] i kisik. Na temperaturama blizu  1000&nbsp;°C, formira se spoj miješanih valencija Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>. Na još višim temperaturama nastaje MnO.

Vruća koncentrirana [[sumporna kiselina]] reducira MnO<sub>2</sub> do [[mangan(II)-sulfat]]a:<ref name="G&E"/>
:2 MnO<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>   →   2 MnSO<sub>4</sub>  +  O<sub>2</sub>  +  2 H<sub>2</sub>O
Reakciju [[hlorovodik]]a sa MnO<sub>2</sub> koristio je [[Carl Wilhelm Scheele]] pri prvobitnom izoliranju gasnog [[hlor]]a 1774. godine:
:MnO<sub>2</sub>  +  4 HCl  →   MnCl<sub>2</sub>  +  Cl<sub>2</sub>  +  2 H<sub>2</sub>O
Za izvor hlorovodonika, Scheele je koristio reakciju [[natrij-hlorid]]a sa koncentriranom sumpornom kiselinom.<ref name=G&E />
::''E''<sup><s>o</s></sup> (MnO<sub>2</sub>(s)  +  4 H<sup>+</sup>  +  2 e<sup>−</sup>   [[Datoteka:Equilibrium.svg|20px]]   Mn<sup>2+</sup>  +  2 H<sub>2</sub>O) = +1,23&nbsp;V
::''E''<sup><s>o</s></sup> (Cl<sub>2</sub>(g) + 2 e<sup>−</sup> [[Datoteka:Equilibrium.svg|20px]] 2 Cl<sup>−</sup>) = +1,36&nbsp;V
Standardni elektrodni potencijali za polureakcije pokazuje da je reakcija endotermna pri [[pH]] = 0 (1 M [H<sup>+</sup>]), ali je pogodnija pri nižim pH kao i nastanak (i uklanjanje) gasnog hlora.

Ova reakcija je i uobičajen način za uklanjanje mangan dioksida nataloženog na staklenim spojevima laboratorijskog posuđa (tzv. ''šlifovima'') nakon vršenja nekih reakcija (np.r oksidacije sa kalij permanganatom).

===Oksidacija===
Zagrijavanjem mješavine [[Kalij-hidroksid|KOH]] i {{chem|MnO|2}} u prisustvu zraka dobija se zeleni [[kalij-manganat]]:
:2 MnO<sub>2</sub>  +  4 KOH  +   O<sub>2</sub>  →  2 K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub>  +   2 H<sub>2</sub>O
Kalij manganat je "prethodnik" u postupku dobijanja kalij permanganata, uobičajenog i često korištenog oksidanta.

==Primjena==
Pretežna primjena MnO<sub>2</sub> je kao komponenta suhih baterijskih ćelija, takozvanih Leclanchéovih ćelija ili cink-ugljik baterija. Oko 500.000&nbsp;[[tona]] godišnje se potroši za ovu vrstu primjene.<ref name=Ullmann>{{citation | first = Arno H. | last = Reidies | contribution = Manganese Compounds | title = Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry | publisher = Wiley-VCH | location = Weinheim | year = 2002 |volume = 20 | pages = 495–542 | isbn = 3-527-30385-5}} {{doi|10.1002/14356007.a16_123}}.</ref> Druge industrijske aplikacije uključuju upotrebu {{chem|MnO|2}} kao neorganskog [[Pigment (materijal)|pigmenta]] u [[keramika|keramici]] i proizvodnji [[staklo|stakla]].

===Organska sinteza===
Posebna primjena mangan dioksida je u vidu oksidanta pri organskim sintezama.<ref>{{citation | last1 = Cahiez | first1 = G. | last2 = Alami | first2 = M. | last3 = Taylor | first3 = R. J. K. | last4 = Reid | first4 = M. | last5 = Foot | first5 = J. S.  | contribution = Manganese Dioxide | title = Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis | editor-first = Leo A. | editor-last = Paquette | year = 2004 | publisher = J. Wiley & Sons | location = New York}}.</ref> Efikasnost reagensa zavisi od metode pripreme, što je problem tipičan za druge heterogene reagense gdje je površina reaktanta, među ostalim promjenjivim, jedan od značajnih faktora.<ref>{{Cite journal | author = Attenburrow J.; Cameron A. F. B.; Chapman J. H. ''et al.''| journal = J. Chem. Soc. | year = 1952 | page = 1094 |doi=10.1039/jr9520001094 |title =194. A synthesis of vitamin a from cyclohexanone}}.</ref> Mineral [[piroluzit]] je iz tog razloga vrlo loš reagens. Međutim, obično se reagens pravi ''in situ'' djelovanjem manganove(II) soli (obično sulfata) na vodeni rastvor KMnO<sub>4</sub>. MnO<sub>2</sub> oksidira alil alkohole u odgovarajuće aldehide ili ketone:<ref>Leo A. Paquette i Todd M. Heidelbaugh, "[http://www.orgsyn.org/demo.aspx?prep=cv9p0136 (4S)-(−)-tert-Butyldimethylsiloxy-2-cyclopen-1-one]", Org. Synth.; Coll. Vol. 9: 136 (ova procedura ilustrira korištenje MnO2 za oksidaciju alil alkohola.</ref>

::cis-RCH=CHCH<sub>2</sub>OH  +  MnO<sub>2</sub>  →  cis-RCH=CHCHO  +  “MnO”  +  H<sub>2</sub>O

Postavka dvostruke veze je sačuvana u reakciji. Odgovarajući acetilenski alkoholi su također pogodni za supstrate, mada rezultirajući [[propargil]] aldehidi mogu biti vrlo reaktivni. Benzilski ili čak neaktivirani alkoholi su također dobri supstrati. 1,2-dioli se cijepaju djelovanjem MnO<sub>2</sub> do dialdehida ili diketona. Na drugoj strani, primjena MnO<sub>2</sub> je raznovrsna, a primjenjuje se u brojnim reakcijama uključujući oksidaciju amina, aromatiziranje, oksidativno kuplovanje i oksidaciju tiola.

===Pigment===
Mangan dioksid je jedna od prvih prirodnih supstanci koju je koristio prahistorijski čovjek. Koristio ga je kao pigment, barem od vremena srednjeg [[paleolit]]a. Moguće je da je bio korišten i za prvu oslikavanje tijela (''body painting'') a kasnije i za crtanje pećinskih crteža. Neke od najpoznatijih ranih pećinskih crteža u Evropi načinjene su pomoću mangan dioksida.

==Opasnosti==
Mangan dioksid može neznatno obojati ljudsku kožu ako se pokvasi ili ako je u heterogenoj mješavini, ali se te mrlje mogu vrlo lahko oprati uz blago trljanje. Ukoliko je mangan dioksid suh, treba se izbjegavati udisanje njegovih finih čestica, naprimjer korištenjem jednostavne medicinske maske i slično kako bi se spriječila oštećenja pluća.

==Reference==
{{Refspisak}}

== Vanjski linkovi ==
* [http://www.mn-consortium.org/ REACH Mn konzorcij] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150218111005/http://www.mn-consortium.org/ |date=18. 2. 2015 }}
* [https://web.archive.org/web/20050218190527/http://www.orgsyn.org/orgsyn/chemname.asp?nameID=33430 Indeks procedura u organskim sintezama koje koriste MnO<sub>2</sub>]
* [https://www.organic-chemistry.org/chemicals/oxidations/manganese(IV)oxide.shtm Primjer reakcija sa Mn(IV) oksidom]
* [https://web.archive.org/web/20060301151751/http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/52.html Nacionalni spisak zagađivača - mangan i spojevi]
* [http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=14801 PubChem sažetak MnO<sub>2</sub>]
* [http://www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics0175.htm Međunarodni list sigurnosti hemikalija 0175]
* [https://web.archive.org/web/20041124065033/http://ceramic-materials.com/cermat/education/139.html "Potters Manganese Toxicity", autora Elke Blodgett]

{{Spojevi kisika}}
{{Oksidi}}

[[Kategorija:Spojevi mangana]]