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Chemieunterricht 2018: Praktische Reduktion von Manganoxid - Fikri Erdem Å�eşen

 Fikri Erdem Şeşen     

Mangan ist ein wichtiges Metall, das in der Stahlindustrie verwendet wird. Es ist ein Legierungselement in reichlich vorhandenem Stahl. Darüber hinaus wird es als Desoxidationsmittel bei der Stahlherstellung verwendet. In der Stahlindustrie wird Manganmetall als Zwischenprodukt von Ferromangan verwendet. Ferromangan ist die am häufigsten hergestellte Reduktion von oxidiertem Mangan. Die Reduktion erfolgt in Form einer metalothermischen Reduktion oder einer carbothermischen Reduktion. In der Praxis wird die metallografische Reduktion mit Silizium oder Aluminium durchgeführt, das stabilere Oxide bildet als Magnesium. Carbothermische Reduktion bedeutet Reduktion mit Kohlenstoff. Alle Reduktionsreaktionen sind stark endotherm und es wird eine große Menge thermischer Energie benötigt, um diese Reaktionen durchzuführen. Die am häufigsten vorkommenden Formen von Manganoxiden sind MnO2, Mn2O3, Mn3O4 und MnO. Diese Verbindungen dissoziieren beim Erhitzen. Mangan(IV)-oxid ist eine anorganische Verbindung mit der Formel MnO. Dieser schwärzliche oder braune Feststoff kommt in der Natur in Form des Minerals Pyrolusit vor, das das wichtigste Manganerz und ein Bestandteil von Manganknollen ist. MnO wird hauptsächlich für Trockenzellen wie die Alkali- und die Zink-Kohle-Zelle verwendet. MnO wird auch als Pigment und als Vorläufer anderer Manganverbindungen wie KMnO verwendet. Es wird als Reagenz in der organischen Synthese verwendet, beispielsweise bei der Oxidation von Allylalkoholen. Das MnO im α-Polymorph kann eine Vielzahl von Atomen (sowie Wassermoleküle) in die „Tunnel“ oder „Kanäle“ zwischen den Manganoxid-Oktaedern einbauen. Eine nützliche Verwendung von Mangandioxid ist als Oxidationsmittel in der organischen Synthese. Die Wirksamkeit des Reagenzes hängt von der Herstellungsmethode ab, ein Problem, das typisch für andere heterogene Reagenzien ist, bei denen die Oberfläche neben anderen Variablen ein wesentlicher Faktor ist. Das Mineral Pyrolusit ist ein schlechtes Reagenz. Normalerweise wird das Reagens jedoch in situ durch die Behandlung einer wässrigen KMnO-Lösung mit einem Mn(II)-Salz, normalerweise Sulfat, erzeugt. Oxidiert Allylalkohole zu Aldehyden oder Ketonen und ihre Reaktionsreaktion kann in den nächsten Filmstudien durchgeführt werden. Die Reaktion von LBB mit festen Mn-Oxiden kann durch eine Reaktion zur Übertragung von Wasserstoffatomen (HAT) erzeugt werden, die ein Prozess zur Übertragung auf ein Elektron ist, aber mit festen Fe-Oxiden sehr schädlich ist. Das thermodynamische HAT ist besonders günstig für Nitrit mit LBB und MnO2 mit Ammoniak (NH3). Die Reaktionen sind für NH4+ und Sulfid mit oxidierten Fe- und Mn-Feststoffen und NH3 mit oxidierten Fe-Feststoffen ungünstig. In Laborstudien und aquatischen Umgebungen führt die Reduktion von Manganoxiden zur Bildung von Mn(III)-Ligandenkomplexen [Mn(III)L] bei Konzentrationen, die wichtig sind, selbst wenn Zwei-Elektronen-Reduktionsmittel reagieren. Die wichtigsten Reaktionsmittel sind Schwefelwasserstoff, Fe(II) und organische Liganden, einschließlich des Siderophors Desferioxamin-B. Wir präsentieren diese Reduktionsmittel mit MnO2 (λmax ~ 370 nm) kolloidaler Lösungen auf der Grundlage der vorliegenden Labordaten.In Meerwasser wurde keine kolloidale Form von Mn-Oxiden (<0,2 µm) nachgewiesen, da das Mn der Oxide quantitativ auf 0,2-µm-Filtern abgefangen wird. Die Reaktivität der Mn-Oxide mit denen der Lösungsmittel hängt also von den Oberflächenreaktionen und möglichen Oberflächendefekten ab. Im Fall von MnO2 liegt Mn(IV) eine oktaedrische Koordination in einem inerten Kation vor; daher tritt ein innerer Sphärenprozess wahrscheinlich in das leere Leitungsband e*g seiner Orbitale ein. Anhand der Theorie der Randbahnen und der Bändertheorie diskutieren wir Aspekte dieser Oberflächenreaktionen und möglicher Oberflächendefekte, die Schwefelwasserstoff und andere Reduktionsmittel begünstigen. Im Fall von MnO2 liegt Mn(IV) eine oktaedrische Koordination in einem inerten Kation vor; daher tritt ein innerer Sphärenprozess wahrscheinlich in das leere Leitungsband e*g seiner Orbitale ein. Mithilfe der Theorie der Grenzmolekülbahnen und der Bändertheorie können Schwefelwasserstoff und andere Reduktionsmittel diese Oberflächenreaktionen und mögliche Oberflächendefekte begünstigen. Im Fall von MnO2 ist Mn(IV) eine oktaedrische Koordination in einem inerten Kation; somit tritt ein innerer Sphärenprozess wahrscheinlich in das leere Leitungsband e*g seiner Orbitale ein. Mithilfe der Theorie der Grenzmolekülbahnen und der Bändertheorie diskutieren wir Aspekte dieser Oberflächenreaktionen und möglichen Oberflächendefekte, die Schwefelwasserstoff und andere Reduktionsmittel begünstigen. Mangan ist ein wichtiges Metall, das in der Stahlindustrie verwendet wird. Es ist ein Legierungselement in reichlich vorhandenem Stahl. Darüber hinaus wird es als Desoxidationsmittel bei der Stahlherstellung verwendet. In der Stahlindustrie wird Manganmetall als Zwischenprodukt von Ferromangan verwendet. Ferromangan ist das am häufigsten hergestellte Reduktionsmittel von oxidiertem Mangan. Die Reduktion erfolgt in Form einer metalothermischen Reduktion oder einer carbothermischen Reduktion. In der Praxis wird die metallografische Reduktion mit Silizium oder Aluminium durchgeführt, das stabilere Oxide bildet als Magnesium. Carbothermische Reduktion bedeutet Reduktion mit Kohlenstoff. Alle Reduktionsreaktionen sind stark endotherm und es wird eine große Menge thermischer Energie benötigt, um diese Reaktionen durchzuführen. Die häufigsten Formen von Manganoxiden sind MnO2, Mn2O3, Mn3O4 und MnO. Diese Verbindungen dissoziieren beim Erhitzen. Die Reduktion von Manganoxiden ist in zwei Stufen vorgesehen. Der erste Schritt ist die Reduktion sauerstoffreicher Oxide zu MnO und der zweite ist die Reduktion von Mn zu metallischem Mangan. Die Reduktion mit der Umwandlung von MnO2 in Mn2O3 und Mn2O3 in Mn3O4 bei Temperaturen über 450 °C, dann werden diese beiden Phasen entweder durch Kohlenstoff oder durch Kohlenmonoxid im Mn-CO-System reduziert. Das Verhältnis P_CO / P_([CO]_2) bei 1430 °C beträgt 7400. Da die Reduktion von MnO mit MnO nur 7400 beträgt. Die Reduktion des Kohlenmonoxids, wenn überhaupt, kann nur bei Temperaturen über 1430 °C und bei extrem hohem Kohlenmonoxiddruck erreicht werden. Die Reduktion von MnO mit p-Monoxid ist daher in vielen industriellen Anwendungen unentbehrlich.Es kommt zur Reduktion von MnO mit festem Kohlenstoff oder Eisencarbid. Darüber hinaus entstehen bei der carbothermischen Reduktion von Manganoxiden auch Mangancarbide. Die für die Bildung von Mangancarbid erforderliche Temperatur (1280 °C) ist niedriger als die des metallischen Mangans (1430 °C). Daher ist das metallische Mangan der Bildung unvermeidlich