मैंगनीज डाइऑक्साइड

मैंगनीज डाइऑक्साइड रासायनिक सूत्र  के साथ  अकार्बनिक यौगिक  है. यह काला या भूरा ठोस प्राकृतिक रूप से खनिज पायरोलुसाइट  के रूप में होता है, जो  मैंगनीज  का मुख्य अयस्क और  मैंगनीज नोड्यूल  का एक घटक है। के लिए प्रमुख उपयोग  सूखी सेल  बैटरी (बिजली)  के लिए है, जैसे  क्षारीय बैटरी  और जिंक-कार्बन बैटरी।  एक वर्णक के रूप में और अन्य मैंगनीज यौगिकों के अग्रदूत के रूप में भी प्रयोग किया जाता है, जैसे कि. इसका उपयोग कार्बनिक संश्लेषण  में  अभिकर्मक  के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए,  एलिलिक  अल्कोहल (रसायन विज्ञान) के ऑक्सीकरण के लिए।  α पॉलीमॉर्फ है जो मैंगनीज ऑक्साइड ऑक्टाहेड्रा के बीच सुरंगों या चैनलों में विभिन्न प्रकार के परमाणुओं (साथ ही पानी के अणुओं) को शामिल कर सकता है। में काफी दिलचस्पी है   लिथियम आयन बैटरी  के लिए संभावित कैथोड के रूप में | लिथियम-आयन बैटरी।

संरचना
कई बहुरूपता (सामग्री विज्ञान)  के  दावा किया जाता है, साथ ही एक हाइड्रेटेड रूप भी। कई अन्य डाइऑक्साइड की तरह,   रूटाइल  क्रिस्टल संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है (इस बहुरूपता को पाइरोलुसाइट कहा जाता है या ), तीन-समन्वय ऑक्साइड और अष्टफलकीय धातु केंद्रों के साथ।   आक्सीजन की कमी होने के कारण विशेष रूप से  नॉनस्टोइकोमेट्रिक यौगिक  है। इस सामग्री की जटिल ठोस-अवस्था रसायन शास्त्र ताजा तैयार की विद्या के लिए प्रासंगिक है  कार्बनिक संश्लेषण में। का α-बहुरूपता  चैनलों के साथ एक बहुत खुली संरचना है जो चांदी या बेरियम जैसे धातु परमाणुओं को समायोजित कर सकती है।  निकट से संबंधित खनिज के बाद, इसे अक्सर  डचों का  कहा जाता है।

उत्पादन
स्वाभाविक रूप से होने वाली मैंगनीज डाइऑक्साइड में अशुद्धियाँ और मैंगनीज (III) ऑक्साइड  की काफी मात्रा होती है। केवल सीमित संख्या में जमा में बैटरी उद्योग के लिए पर्याप्त शुद्धता में संशोधन होता है। बैटरी (बिजली) और फेराइट (चुंबक)  (मैंगनीज डाइऑक्साइड के प्राथमिक उपयोगों में से दो) के उत्पादन के लिए उच्च शुद्धता वाले मैंगनीज डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है। बैटरियों को इलेक्ट्रोलाइटिक मैंगनीज डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है जबकि फेराइट्स को रासायनिक मैंगनीज डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है।

रासायनिक मैंगनीज डाइऑक्साइड
एक विधि प्राकृतिक मैंगनीज डाइऑक्साइड से शुरू होती है और इसे डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड  और पानी का उपयोग करके मैंगनीज (II) नाइट्रेट समाधान में परिवर्तित करती है। पानी के वाष्पीकरण से क्रिस्टलीय नाइट्रेट नमक निकल जाता है। 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, नमक विघटित हो जाता है, मुक्त हो जाता है  और शुद्ध मैंगनीज डाइऑक्साइड के अवशेष छोड़कर।  इन दो चरणों को संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:



एक अन्य प्रक्रिया में मैंगनीज डाइऑक्साइड कार्बोथर्मिक रूप से मैंगनीज (II) ऑक्साइड में कम हो जाता है जो सल्फ्यूरिक एसिड  में घुल जाता है। फ़िल्टर किए गए घोल को अवक्षेपित करने के लिए  अमोनियम कार्बोनेट  से उपचारित किया जाता है. मैंगनीज (II) और मैंगनीज (IV) ऑक्साइड का मिश्रण देने के लिए कार्बोनेट को हवा में शांत किया जाता है। प्रक्रिया को पूरा करने के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड में इस सामग्री के निलंबन को सोडियम क्लोरेट  के साथ इलाज किया जाता है।  क्लोरिक अम्ल, जो सीटू में बनता है, किसी भी एमएन (III) और एमएन (II) ऑक्साइड को डाइऑक्साइड में परिवर्तित करता है, क्लोरीन को उप-उत्पाद के रूप में जारी करता है।

तीसरी प्रक्रिया में मैंगनीज हेप्टोक्साइड और मैंगनीज मोनोऑक्साइड  शामिल हैं। मैंगनीज डाइऑक्साइड बनाने के लिए दो अभिकर्मक 1:3 अनुपात के साथ मिलते हैं:
 * + 3 एमएनओ → 5

अंत में, मैंगनीज सल्फेट  क्रिस्टल पर  पोटेशियम परमैंगनेट  की क्रिया वांछित ऑक्साइड उत्पन्न करती है।
 * 2 + 3  + 2 → 5  +  + 2

इलेक्ट्रोलाइटिक मैंगनीज डाइऑक्साइड
जिंक क्लोराइड और  अमोनियम क्लोराइड  के साथ जिंक-कार्बन बैटरी | जिंक-कार्बन बैटरी में इलेक्ट्रोलाइटिक मैंगनीज डाइऑक्साइड (ईएमडी) का उपयोग किया जाता है। ईएमडी आमतौर पर जिंक मैंगनीज डाइऑक्साइड रिचार्जेबल क्षारीय (जेएन रैम) कोशिकाओं में भी प्रयोग किया जाता है। इन अनुप्रयोगों के लिए, शुद्धता अत्यंत महत्वपूर्ण है। ईएमडी का उत्पादन कॉपर निष्कर्षण तकनीकों के समान तरीके से किया जाता है#इलेक्ट्रोरिफाइनिंग|इलेक्ट्रोलाइटिक कठिन पिच (ईटीपी) तांबा: मैंगनीज डाइऑक्साइड सल्फ्यूरिक एसिड (कभी-कभी मैंगनीज सल्फेट के साथ मिश्रित) में घुल जाता है और दो इलेक्ट्रोड के बीच एक करंट के अधीन होता है। एमएनओ2 घुल जाता है, सल्फेट के रूप में घोल में प्रवेश करता है, और एनोड पर जमा हो जाता है।

प्रतिक्रियाएं
की महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाएं इसके रेडॉक्स से जुड़े हैं, ऑक्सीकरण और कमी दोनों।

कमी
फेरोमैंगनीज और संबंधित मिश्र धातुओं का प्रमुख  अग्रदूत (रसायन विज्ञान)  है, जिनका व्यापक रूप से इस्पात उद्योग में उपयोग किया जाता है। रूपांतरणों में  कोक (ईंधन)  का उपयोग करके  कार्बोथर्मल कमी  शामिल है:
 * + 2 सी → एमएन + 2 सीओ

की प्रमुख प्रतिक्रियाएं बैटरियों में एक-इलेक्ट्रॉन कमी होती है:
 * + और- +  → एमएनओ (ओएच)

उत्प्रेरित कई प्रतिक्रियाएं जो बनती हैं. एक शास्त्रीय प्रयोगशाला प्रदर्शन में, पोटेशियम क्लोरेट  और मैंगनीज डाइऑक्साइड के मिश्रण को गर्म करने से ऑक्सीजन गैस निकलती है। मैंगनीज डाइऑक्साइड ऑक्सीजन और  पानी (अणु)  के लिए  हाइड्रोजन पेरोक्साइड  के अपघटन को भी उत्प्रेरित करता है:
 * 2 →  2  +

मैंगनीज डाइऑक्साइड लगभग 530 डिग्री सेल्सियस से ऊपर मैंगनीज (III) ऑक्साइड और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है। 1000 डिग्री सेल्सियस के करीब तापमान पर, मिश्रित वैलेंस यौगिक रूप। उच्च तापमान MnO देते हैं।

गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड कम कर देता है  मैंगनीज (द्वितीय) सल्फेट  के लिए: :2  + 2  →   2  +   +  2 हाईड्रोजन क्लोराईड की के साथ प्रतिक्रिया   कार्ल विल्हेम शीले  द्वारा 1774 में  क्लोरीन  गैस के मूल अलगाव में इस्तेमाल किया गया था:
 * + 4 एचसीएल →   +   +  2

हाइड्रोजन क्लोराइड के स्रोत के रूप में, स्कील ने सोडियम क्लोराइड  को सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड से उपचारित किया। ::तथाओ ((एस) + 4 + 2 e-    एम.एन.2+ + 2 ) = +1.23 वी
 * कुंआओ ((डी) + 2 f- 2 Cl−) = +1.36 वी

आधी प्रतिक्रिया ओं के लिए मानक इलेक्ट्रोड क्षमता  इंगित करती है कि प्रतिक्रिया पीएच = 0 (1 एम [ पर  एन्दोठेर्मिक  है)]), लेकिन यह निचले  पीएच  के साथ-साथ गैसीय क्लोरीन के विकास (और हटाने) का पक्षधर है।

यह प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया चलाने के बाद ग्राउंड ग्लास संयुक्त  से मैंगनीज डाइऑक्साइड को निकालने का एक सुविधाजनक तरीका भी है (उदाहरण के लिए, पोटेशियम परमैंगनेट के साथ ऑक्सीकरण)।

ऑक्सीकरण
पोटेशियम हाइड्रोक्साइड के मिश्रण को गर्म करना और  हवा में हरा  पोटेशियम मैंगनेट  देता है:
 * 2 + 4 कोह +    →  2  +   2

पोटेशियम मैंगनेट पोटेशियम परमैंगनेट, एक सामान्य ऑक्सीडेंट का अग्रदूत है।

आवेदन
का प्रमुख अनुप्रयोग सूखी सेल बैटरी के एक घटक के रूप में है: क्षारीय बैटरी और तथाकथित लेक्लांच सेल, या जिंक-कार्बन बैटरी | जिंक-कार्बन बैटरी। इस एप्लिकेशन के लिए सालाना लगभग 500,000  टन  की खपत होती है। अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में का उपयोग शामिल है  सिरेमिक और कांच बनाने में एक अकार्बनिक वर्णक के रूप में। इसका उपयोग जल उपचार अनुप्रयोगों में भी किया जाता है।

प्रागितिहास
दक्षिण-पश्चिमी फ़्रांस में Pech-de-l'Azé गुफा स्थल पर खुदाई से मैंगनीज डाइऑक्साइड के ब्लॉक मिले हैं, जिनमें बहुत से खरोंच के निशान हैं जो 50,000 साल पहले के हैं और इसका श्रेय निएंडरथल  को दिया गया है। वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि निएंडरथल इस खनिज का उपयोग शरीर की सजावट के लिए करते हैं, लेकिन कई अन्य आसानी से उपलब्ध खनिज हैं जो उस उद्देश्य के लिए अधिक उपयुक्त हैं। हेस एट अल। (2016 में) ने निर्धारित किया कि मैंगनीज डाइऑक्साइड लकड़ी के दहन तापमान को 650 °F से 480 °F तक कम कर देता है, जिससे आग लगाना बहुत आसान हो जाता है और यह ब्लॉकों का उद्देश्य होने की संभावना है।

कार्बनिक संश्लेषण
मैंगनीज डाइऑक्साइड का एक विशेष उपयोग कार्बनिक संश्लेषण में ऑक्सीडेंट के रूप में होता है। अभिकर्मक की प्रभावशीलता तैयारी की विधि पर निर्भर करती है, एक समस्या जो अन्य विषम अभिकर्मकों के लिए विशिष्ट है जहां सतह क्षेत्र, अन्य चर के बीच, एक महत्वपूर्ण कारक है। खनिज पायरोलुसाइट एक खराब अभिकर्मक बनाता है। आमतौर पर, हालांकि, जलीय घोल के उपचार द्वारा अभिकर्मक को सीटू में उत्पन्न किया जाता है एक एमएन (द्वितीय) नमक के साथ, आमतौर पर सल्फेट।   एलिलिक अल्कोहल को संबंधित  एल्डिहाइड  या  कीटोन  में ऑक्सीकृत करता है:
 * सीआईएस-आरसीएच = +  → सीआईएस-आरसीएच = सीएचसीएचओ +  एमएनओ  +

प्रतिक्रिया में दोहरे बंधन का विन्यास संरक्षित है। संबंधित एसिटिलीनपूर्वक  अल्कोहल भी उपयुक्त सब्सट्रेट हैं, हालांकि परिणामी  प्रोपरगिलिक  एल्डिहाइड काफी प्रतिक्रियाशील हो सकते हैं।  बेंजाइलिक  और यहां तक ​​कि निष्क्रिय अल्कोहल भी अच्छे सब्सट्रेट हैं। 1,2- Diol s द्वारा क्लीव किया जाता है   डायल्डिहाइड  या डाइकेटोन्स के लिए। अन्यथा, के आवेदन  अमीन ऑक्सीकरण, अरोमाटाइजेशन,  ऑक्सीडेटिव युग्मन  और  थियोल  ऑक्सीकरण सहित कई प्रकार की प्रतिक्रियाओं पर लागू होने के कारण असंख्य हैं।

यह भी देखें

 * अकार्बनिक पिगमेंट की सूची

बाहरी संबंध

 * REACH Mn Consortium
 * Index of Organic Synthesis procedures utilizing
 * Example Reactions with Mn(IV) oxide
 * National Pollutant Inventory – Manganese and compounds Fact Sheet
 * PubChem summary of
 * International Chemical Safety Card 0175
 * Potters Manganese Toxicity by Elke Blodgett