मैंगनीज डाइऑक्साइड

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मैंगनीज डाइऑक्साइड
मैंगनीज (IV) ऑक्साइडMn4O2
File:रूटाइल-यूनिट-सेल-3डी-बॉल्स.png
Names
IUPAC names
मैंगनीज डाइऑक्साइड
मैंगनीज (IV) ऑक्साइड
Other names
पायरोलुसाइट, मैंगनीज का हाइपरऑक्साइड, मैंगनीज का ब्लैक ऑक्साइड, मैंगनीज ऑक्साइड
Identifiers
3D model (JSmol)
ChEBI
ChemSpider
EC Number
  • 215-202-6
RTECS number
  • OP0350000
UNII
  • InChI=1S/Mn.2O checkY
    Key: NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N checkY
  • O=[Mn]=O
Properties
MnO
2
Molar mass 86.9368 g/mol
Appearance Brown-black solid
Density 5.026 g/cm3
Melting point 535 °C (995 °F; 808 K) (decomposes)
insoluble
+2280.0·10−6 cm3/mol[1]
Structure[2]
Tetragonal, tP6, No. 136
P42/mnm
a = 0.44008 nm, b = 0.44008 nm, c = 0.28745 nm
2
Thermochemistry[3]
54.1 J·mol−1·K−1
53.1 J·mol−1·K−1
−520.0 kJ·mol−1
−465.1 kJ·mol−1
Hazards
GHS labelling:
GHS07: Exclamation mark
Warning
H302, H332
P261, P264, P270, P271, P301+P312, P304+P312, P304+P340, P312, P330, P501
NFPA 704 (fire diamond)
Flash point 535 °C (995 °F; 808 K)
Safety data sheet (SDS) ICSC 0175
Related compounds
Other anions
 Manganese disulfide
Other cations
 Technetium dioxide
Rhenium dioxide
Manganese(II) oxide
Manganese(II,III) oxide
Manganese(III) oxide
Manganese heptoxide
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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मैंगनीज डाइऑक्साइड रासायनिक सूत्र MnO
2 के साथअकार्बनिक यौगिक है यह काला या भूरा ठोस प्राकृतिक रूप से खनिज पायरोलुसाइट के रूप में होता है, जो मैंगनीज का मुख्य अयस्क है और मैंगनीज नोड्यूल का एक घटक है। MnO
2 के लिए प्रमुख उपयोग सूखी सेल बैटरी (बिजली) के लिए है, जैसे क्षारीय बैटरी और जिंक-कार्बन बैटरी।[4] MnO
2 एक वर्णक के रूप में और अन्य मैंगनीज यौगिकों के अग्रदूत के रूप में भी प्रयोग किया जाता है, जैसे कि KMnO
4. इसका उपयोग कार्बनिक संश्लेषण में अभिकर्मक के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए, एलिलिक अल्कोहल (रसायन विज्ञान) के ऑक्सीकरण के लिए। MnO
2 α पॉलीमॉर्फ है जो मैंगनीज ऑक्साइड ऑक्टाहेड्रा के बीच सुरंगों या चैनलों में विभिन्न प्रकार के परमाणुओं (साथ ही जल के अणुओं) को सम्मालित कर सकता है। लिथियम आयन बैटरी के लिए संभावित कैथोड के रूप में α-MnO
2 ने बहुत अधिक प्रभावित किया है |[5][6]


संरचना

कई बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) के MnO
2 दावा किया जाता है, साथ ही एक हाइड्रेटेड रूप भी। कई अन्य डाइऑक्साइड की तरह, MnO
2 रूटाइल क्रिस्टल संरचना(इस बहुरूपता को पाइरोलुसाइट कहा जाता है या β-MnO
2) में क्रिस्टलीकृत होता है, तीन-समन्वय ऑक्साइड और अष्टफलकीय धातु केंद्रों के साथ।[4] MnO
2 आक्सीजन की कमी होने के कारण विशेष रूप से गैर रससमीकरणमितीय यौगिक है। इस पदार्थ की जटिल ठोस-अवस्था रसायन शास्त्र ताजा तैयार MnO
2 की विधा के लिए संबद्ध है। कार्बनिक संश्लेषण में[citation needed] MnO
2 के α-बहुरूपक प्रणाली के साथ एक बहुत खुली संरचना है जो चांदी या बेरियम जैसे धातु के परमाणुओं को समायोजित कर सकती है। α-MnO
2 को अधिकांशतः से संबंधित खनिज के नाम पर डचों का कहा जाता है।

उत्पादन

स्वाभाविक रूप से होने वाली मैंगनीज डाइऑक्साइड में अशुद्धियाँ और काफी मात्रा में मैंगनीज (III) ऑक्साइड होता है। केवल सीमित संख्या में जमा में बैटरी उद्योग के लिए पर्याप्त शुद्धता में γ संशोधन होता है।[citation needed]

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 विद्युत् अपघटनी मैंगनीज डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है जबकि फेराइट्स को रासायनिक मैंगनीज डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है।[7]


रासायनिक मैंगनीज डाइऑक्साइड

एक विधि प्राकृतिक मैंगनीज डाइऑक्साइड से प्रारंभ होती है और इसे डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड और जल का उपयोग करके मैंगनीज (II) नाइट्रेट समाधान में परिवर्तित करती है। जल के वाष्पीकरण से क्रिस्टलीय नाइट्रेट नमक निकल जाता है। 400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, नमक विघटित हो जाता है, मुक्त हो जाता है N
2O
4 और शुद्ध मैंगनीज डाइऑक्साइड के अवशेष छोड़कर।[7] इन दो चरणों को संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:

MnO
2 + N
2O
4 ⇌ Mn(NO
3)
2

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 कोअमोनियम कार्बोनेट के साथ MnCO
3 अवक्षेपित करने के लिए अभिक्रियित किया जाता है मैंगनीज (II) और मैंगनीज (IV) ऑक्साइड का मिश्रण देने के लिए कार्बोनेट को वायु में शांत किया जाता है। प्रक्रिया को पूरा करने के लिए, सल्फ्यूरिक अम्ल में इस सामग्री के निलंबन को सोडियम क्लोरेट के साथ अभिक्रियितकिया जाता है। क्लोरिक अम्ल , जो सीटू में बनता है, किसी भी Mn (III) और Mn (II) ऑक्साइड को डाइऑक्साइड में परिवर्तित करता है, क्लोरीन को उप-उत्पाद के रूप में जारी करता है।[7]

तीसरी प्रक्रिया में मैंगनीज हेप्टोक्साइड और मैंगनीज मोनोऑक्साइड सम्मालित हैं। मैंगनीज डाइऑक्साइड बनाने के लिए दो अभिकर्मक 1:3 अनुपात के साथ मिलते हैं[citation needed]:

Mn
2O
7 + 3 एमएनओ → 5 MnO
2

अंत में, मैंगनीज सल्फेट क्रिस्टल पर पोटेशियम परमैंगनेट की क्रिया वांछित ऑक्साइड उत्पन्न करती है।[8]

2 KMnO
4 + 3 MnSO
4 + 2 H
2O→ 5 MnO
2 + K
2SO
4 + 2 H
2SO
4


विद्युत् अपघटनी मैंगनीज डाइऑक्साइड

जिंक क्लोराइड और अमोनियम क्लोराइड के साथ जिंक-कार्बन बैटरी जिंक-कार्बन बैटरी में विद्युत् अपघटनी मैंगनीज डाइऑक्साइड (EMD) का उपयोग किया जाता है। EMD सामान्यतः जिंक मैंगनीज डाइऑक्साइड पुनःआवेशनीय बैटरी क्षारीय (Zn RAM) कोशिकाओं में भी प्रयोग किया जाता है। इन अनुप्रयोगों के लिए, शुद्धता अत्यंत महत्वपूर्ण है। EMD का उत्पादन कॉपर निष्कर्षण तकनीकों के समान विधि से किया जाता है| विद्युत् अपघटनी कठोर पिच (ETP) 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। MnO
2 घुल जाता है, सल्फेट के रूप में घोल में प्रवेश करता है, और एनोड पर जमा हो जाता है।

प्रतिक्रियाएं

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

कमी

MnO
2 फेरोमैंगनीज और संबंधित मिश्र धातुओं का प्रमुख अग्रदूत (रसायन विज्ञान) है, जिनका इस्पात उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। रूपांतरणों में कोक (ईंधन) का उपयोग करके कार्बोथर्मल कमी सम्मालित है:[citation needed]

MnO
2 + 2C → Mn + 2 CO

MnO
2 की प्रमुख प्रतिक्रियाएं बैटरियों में एक-इलेक्ट्रॉन कमी होती है:

MnO
2 + e− + H+
 → MnO(OH)

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

2 H
2O
2 → 2 H
2O + O
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 संयोजक यौगिक Mn
3O
4 रूप। उच्च तापमान MnO देते हैं।

गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल कम कर देता है MnO
2 मैंगनीज (द्वितीय) सल्फेट के लिए:[4]

2 MnO
2 + 2 H
2SO
4 → 2 MnSO
4 + O
2 + 2 H
2O

MnO
2 के साथ हाईड्रोजन क्लोराईड की प्रतिक्रिया का उपयोग 1774 में क्लोरीन गैस के मूल अलगाव में कार्ल विल्हेम शीले द्वारा इस्तेमाल किया गया था:

MnO
2 + 4HCl → MnCl
2 + Cl
2 + 2 H
2O

हाइड्रोजन क्लोराइड के स्रोत के रूप में, स्कील ने सोडियम क्लोराइड को सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड से अभिक्रियितकिया।[4]:

Eo (MnO
2(s) + 4H+
 + 2 e- ⇌ Mn2+ + 2 H
2O) = +1.23 V

Eo (Cl
2(g) + 2 f- ⇌ 2 Cl−) = +1.36 V

आधी प्रतिक्रिया ओं के लिए मानक इलेक्ट्रोड क्षमता दर्शाता है कि प्रतिक्रिया pH = 0 (1M [ पर ऊष्माशोषी है)H+
]), लेकिन यह निचले pH के साथ-साथ गैसीय क्लोरीन के विकास (और हटाने) का पक्षधर है।

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

ऑक्सीकरण

पोटेशियम हाइड्रोक्साइड KOH और MnO
2 के मिश्रण को गर्म करने पर वायु में हरा पोटेशियम मैंगनेट देता है:

2 MnO
2 + 4KOH + O
2 → 2 K
2MnO
4 + 2 H
2O

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

आवेदन

MnO
2 का प्रमुख अनुप्रयोग शुष्क सेल बैटरी के एक घटक के रूप में है: क्षारीय बैटरी और तथाकथित लेक्लांच सेल, या जिंक-कार्बन बैटरी | इस प्रयोग सालाना लगभग 500,000 टन की खपत होती है।[9] अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में MnO
2 का उपयोग सम्मालित हैचीनी मिट्टी की चीज़ें और कांच बनाने में एक अकार्बनिक वर्णक के रूप में। इसका उपयोग जल अभिक्रियित अनुप्रयोगों में भी किया जाता है।[10]


प्रागितिहास

दक्षिण-पश्चिमी फ़्रांस में पेच-डे-ल'एज़े 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 पुरातनपंथी को दिया गया है। वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि पुरातनपंथी इस खनिज का उपयोग शरीर की सजावट के लिए करते थे, लेकिन कई अन्य खनिज आसानी से उपलब्ध 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 यहां ब्लॉकों का उद्देश्य होने की संभावना है। [11]


कार्बनिक संश्लेषण

मैंगनीज डाइऑक्साइड का एक विशेष उपयोग कार्बनिक संश्लेषण में अपचायक के रूप में होता है।[12] 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।[13] खनिज पायरोलुसाइट एक खराब अभिकर्मक बनाता है। सामान्यतः, लेकिन, जलीय घोल KMnO
4 के उपचार द्वारा एक Mn(II) नमक के साथ, सामान्यतः पर सल्फेट अभिकर्मक को सीटू में उत्पन्न किया जाता है । MnO
2 एलिलिक अल्कोहल को संबंधित एल्डिहाइड या कीटोन में ऑक्सीकृत करता है:[14]

cis-RCH =CHCH
2OH + MnO
2 → cis-RCH = CHCHO + MnO + H
2O

प्रतिक्रिया में दोहरे बंधन का विन्यास संरक्षित है। संबंधित एसिटिलीनपूर्वक अल्कोहल भी उपयुक्त क्रियाधहालांकिं, चूँकि परिणामी प्रोपरगिलिक एल्डिहाइड काफी प्रतिक्रियाशील हो सकते हैं। बेंजाइलिक और यहां तक ​​कि अक्रियाशील अल्कोहल भी अच्छे क्रियाधार हैं। 1,2-डाइऑल्स को MnO
2 द्वारा डायल्डिहाइड या डाइकेटोन्स के लिए विभाजित किया जाता है। अन्यथा, MnO
2 के आवेदन असंख्य है अमीन ऑक्सीकरण, अरोमाटाइजेशन, ऑक्सीडेटिव युग्मन और थियोल ऑक्सीकरण सहित कई प्रकार की प्रतिक्रियाओं पर लागू होते हैं।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Rumble, p. 4.71
  2. ↑ Haines, J.; Léger, J.M.; Hoyau, S. (1995). "Second-order rutile-type to CaCl2-type phase transition in β-MnO2 at high pressure". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 56 (7): 965–973. doi:10.1016/0022-3697(95)00037-2.
  3. ↑ Rumble, p. 5.25
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. pp. 1218–20. ISBN 978-0-08-022057-4..
  5. ↑ Barbato, S (31 May 2001). "लिथियम आयन बैटरी के लिए हॉलैंडाइट कैथोड। 2. BaMMn7O16 (M=Mg, Mn, Fe, Ni) में लिथियम इंसर्शन का थर्मोडायनामिक और कैनेटीक्स अध्ययन". Electrochimica Acta. 46 (18): 2767–2776. doi:10.1016/S0013-4686(01)00506-0. hdl:10533/173039.
  6. ↑ Tompsett, David A.; Islam, M. Saiful (25 June 2013). "हॉलैंडाइट α-MnO की इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री: ली-आयन और ना-आयन सम्मिलन और ली निगमन". Chemistry of Materials. 25 (12): 2515–2526. CiteSeerX 10.1.1.728.3867. doi:10.1021/cm400864n.
  7. ↑ 7.0 7.1 7.2 Preisler, Eberhard (1980), "Moderne Verfahren der Großchemie: Braunstein", Chemie in unserer Zeit, 14 (5): 137–48, doi:10.1002/ciuz.19800140502.
  8. ↑ Arthur Sutcliffe (1930) Practical Chemistry for Advanced Students (1949 Ed.), John Murray – London.
  9. ↑ Reidies, Arno H. (2002), "Manganese Compounds", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. 20, Weinheim: Wiley-VCH, pp. 495–542, doi:10.1002/14356007.a16_123, ISBN 978-3-527-30385-4
  10. ↑ Ibrahim, Yazan; Wadi, Vijay S.; Ouda, Mariam; Naddeo, Vincenzo; Banat, Fawzi; Hasan, Shadi W. (15 January 2022). "सकारात्मक रूप से कार्यात्मक ग्राफीन ऑक्साइड नैनोशीट पर सल्फोनेटेड पॉलीएथरसल्फोन और स्व-इकट्ठे मैंगनीज ऑक्साइड नैनोशीट्स के संयोजन वाले अत्यधिक चयनात्मक भारी धातु आयन झिल्ली". Chemical Engineering Journal. 428: 131267. doi:10.1016/j.cej.2021.131267. ISSN 1385-8947.
  11. ↑ "निएंडरथल्स ने आग शुरू करने के लिए रसायन शास्त्र का इस्तेमाल किया हो सकता है". www.science.org (in English). Retrieved 2022-05-30.
  12. ↑ Cahiez, G.; Alami, M.; Taylor, R. J. K.; Reid, M.; Foot, J. S. (2004), "Manganese Dioxide", in Paquette, Leo A. (ed.), Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, New York: J. Wiley & Sons, pp. 1–16, doi:10.1002/047084289X.rm021.pub4, ISBN 9780470842898.
  13. ↑ Attenburrow, J.; Cameron, A. F. B.; Chapman, J. H.; Evans, R. M.; Hems, B. A.; Jansen, A. B. A.; Walker, T. (1952), "A synthesis of vitamin a from cyclohexanone", J. Chem. Soc.: 1094–1111, doi:10.1039/JR9520001094.
  14. ↑ Paquette, Leo A. and Heidelbaugh, Todd M. "(4S)-(−)-tert-Butyldimethylsiloxy-2-cyclopen-1-one". Organic Syntheses.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link); Collective Volume, vol. 9, p. 136 (this procedure illustrates the use of MnO2 for the oxidation of an allylic alcohol)


उद्धृत स्रोत


बाहरी संबंध

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