Najważniejsze informacje o manganie i jego związkach:
- Mangan tworzy wiele związków chemicznych, w których występuje na różnych stopniach utlenienia, najczęściej od +2 do +7.
- Najbardziej rozpowszechnionym związkiem manganu w przyrodzie jest dwutlenek manganu (MnO₂), wykorzystywany m.in. w bateriach. Siarczan manganu(II) (MnSO₄) jest stosowany jako nawóz oraz dodatek paszowy. Tlenek manganu(II) (MnO) jest wykorzystywany w przemyśle ceramicznym i szklarskim.
- Nadmanganian potasu, czyli manganian(VII) potasu (KMnO₄) to silny utleniacz, używany w chemii analitycznej i medycynie.
- Manganian(VI) potasu (K₂MnO₄) jest zielonym związkiem, powstającym podczas reakcji utleniania manganu.
- Związki manganu są ważne w procesach biologicznych, np. mangan jest składnikiem enzymów, np. dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza.
Jony Mn2+ są bladoróżowe/bezbarwne, MnO42- są zielone, a MnO4– – ciemnofioletowe.
REAKCJE związków manganu
KMnO4 z K2SO3 w środowisku zasadowym
Dodanie do fioletowego roztworu KMnO4 zalkalizowanego wodorotlenkiem sodu siarczanu(IV) sodu powoduje zmianę barwy zawartości probówki na zieloną.
Mangan redukuje się z VII na VI stopień utlenienia, dając zielone jony MnO42-, natomiast jony siarczanowe(IV) utleniają się do siarczanowych(VI).
Reakcja zachodząca w roztworze:
2MnO4– + SO32- + 2OH–→ 2MnO42- + SO42- + H2O
KMnO4 z K2SO3 w środowisku kwaśnym
Dodanie do fioletowego roztworu KMnO4 zakwaszonego kwasem siarkowym(VI) siarczanu(IV) sodu powoduje odbarwienie zawartości probówki.
Mangan redukuje się z VII na II stopień utlenienia, dając bezbarwne jony Mn2+, natomiast jony siarczanowe(IV) utleniają się do siarczanowych(VI).
Reakcja zachodząca w roztworze:
2MnO4– + 5SO32- + 6H+→ 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
Zobacz na IG
KMnO4 z K2SO3 w środowisku obojętnym
Dodanie do fioletowego roztworu KMnO4 siarczanu(IV) sodu powoduje zmianę barwy zawartości probówki.
Mangan redukuje się z VII na IV stopień utlenienia, dając brązowy osad tlenku MnO2, natomiast jony siarczanowe(IV) utleniają się do siarczanowych(VI).
Reakcja zachodząca w roztworze:
2MnO4– + 3SO32- + H2O → 2MnO2 + 3SO42- + 2OH–
KMnO4 ze stężonym HCl
Manganian(VII) utlenia jony chlorkowe do wolnego chloru. Mangan redukuje się do II stopnia utlenienia, tworząc bezbarwne jony Mn2+.
Po dodaniu do fioletowego roztworu KMnO4 stężonego roztworu kwasu chlorowodorowego obserwujemy odbarwienie roztworu.
Reakcje zachodzące w roztworze:
MnO4– + 8H+ + 5e– → Mn2+ 4H2O
2Cl– → Cl2 + 2e–
Sumarycznie:
2MnO4– + 10Cl– + 16H+ → 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O
KMnO4 z KI w środowisku kwaśnym
Dodanie fioletowego roztworu KMnO4 do bezbarwnego roztworu jodku potasu zakwaszonego kwasem siarkowym(VI) powoduje powstanie żółtego zabarwienia zawartości probówki.
Mangan redukuje się z VII na II stopień utlenienia, dając bezbarwne jony Mn2+, natomiast jony jodkowe utleniają się do wolnego jodu. Jod w roztworze wodnym jodku potasu ma właśnie kolor ciemnożółty.
Reakcja zachodząca w roztworze:
2MnO4– + 10I– + 16H+ → 2Mn2+ + 5I2 + 8H2O
KMnO4 z Na2S w środowisku obojętnym
Manganian(VII) utlenia siarczki do wolnej siarki. W zależności od środowiska, mangan redukuje się do IV (środowisko obojętne) lub do II (środowisko kwaśne) stopnia utlenienia. W pierwszym przypadku powstaje brunatny tlenek manganu(IV) MnO2, w drugim – bezbarwne jony Mn2+. Za każdym razem obserwujemy osad – w środowisku obojętnym brązowo-żółty: mieszanina MnO2 i S, w kwaśnym – żółty: S.
Zapis reakcji w środowisku obojętnym (przedstawionej na filmie):
2MnO4– + 3S2- + 4H2O → 2MnO2 + 3S + 8OH–
Zapis reakcji w środowisku kwaśnym:
2MnO4– + 5S2- + 16H+ → 2Mn2+ + 5S + 8H2O
zobacz na IG
Synproporcjonowanie: MnO4– i Mn2+ w środowisku obojętnym
Manganian(VII) jest mocnym utleniaczem, a z jonami Mn2+ ulega redukcji do MnO2. W tym samym procesie jony Mn2+ utleniają się również do MnO2. Proces, w którym jeden pierwiastek zmienia stopnie utlenienia zarówno w utlenianiu, jak i redukcji, nosi nazwę synproporcjonowania.
Reakcje zachodzące w roztworze:
MnO4– + 2H2O + 3e– → MnO2 + 4OH–
Mn2+ + 2H2O → MnO2 + 4H+ + 2e–
Sumarycznie: 3Mn2+ + 2MnO4– + 2H2O → 5MnO2 +4H+
Zmiana zabarwienia zawartości probówki dowodzi utworzenia tlenku manganu(IV).
Utlenianie Mn(OH)2 za pomocą H2O2
Z roztworu soli, zawierającego bezbarwne jony Mn2+ strącono cielisty wodorotlenek manganu(II). Następnie dodano H2O2. Następuje zmiana zabarwienia osadu na brązowy. Wydzielają się pęcherzyki bezbarwnego, bezwonnego gazu, który powstaje w wyniku rozkładu H2O2 katalizowanego MnO2.
Reakcje zachodzące w roztworze:
Mn(OH)2 + 2OH– → MnO2 + 2H2O + 2e–
H2O2 + 2e– → 2OH–
Sumarycznie: Mn(OH)2 + H2O2 → MnO2 + 2H2O
Katalizowany tlenkiem manganu(IV) rozkład H2O2:
2H2O2 → 2H2O + O2
KMnO4 z KBr w środowisku kwaśnym
Manganian(VII) utlenia bromki do wolnego bromu. Mangan redukuje się do II stopnia utlenienia, tworząc bezbarwne jony Mn2+.
Po dodaniu do fioletowego roztworu KMnO4 roztworu bromku potasu obserwujemy zmianę barwy na żółtą – pochodzi ona od wolnego bromu.
Zapis reakcji w środowisku kwaśnym:
2MnO4– + 10Br– + 16H+ → 2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O
KMnO4 – utlenianie rodanków (KSCN)
Manganian(VII) utlenia jony rodankowe do różnych produktów w zależności od odczynu roztworu. Na filmie reakcja prowadzona jest w środowisku obojętnym – widać zmianę zabarwienia manganianu(II) potasu na brązowy wskutek tworzenia się tlenku manganu(IV). W wyniku utleniania, jony rodankowe mogą przechodzić w siarczanowe(VI), wolny azot, tlenek węgla(IV), jony cyjanianowe – zależy to ściśle od sposobu przeprowadzenia reakcji.
SCN– + 2MnO4– → 2MnO2 + SO42- OCN– (lub:CO2 + N2)
W środowisku kwaśnym (Minczewski, Marczenko):
10SCN– + 12MnO4– + 16H+ → 5(CN)2 + 12Mn2+ + 10SO42- + 8H2O