Mangan(IV)-oxid
| Strukturformel | |
|---|---|
| Allgemeines | |
| Name | Mangandioxid |
| Andere Namen | Mangan(IV)-oxid Pyrolusit Polianit (Braunstein) |
| Summenformel | MnO2 |
| CAS-Nummer | 1313-13-9 |
| Kurzbeschreibung | schwarz-braunes, metallisch glänzendes Pulver |
| Eigenschaften | |
| Molmasse | 86,94 g/mol |
| Aggregatzustand | fest |
| Dichte | 5026 kg/m3 |
| Schmelztemperatur | 826,16 K (553 °C) (Zersetzung) |
| Siedetemperatur | - |
| Dampfdruck | - |
| Löslichkeit | - |
| Sicherheitshinweise | |
| Gefahrensymbole X Xn - Gesundheitsschädlich | |
| R- und S-Sätze | R 20/22 S 25 |
| MAK | 0,5 mg/m3 |
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen. | |
Mangandioxid (Mangan(IV)-oxid) ist ein Oxid des Mangan mit der Summenformel MnO2. Mangan liegt in der Oxidationsstufe +4 vor. Aufgrund seines Aussehens (dunkelbraun, glänzt seidig, körnig bis erdig) wird es auch etwas unpräzise als Braunstein bezeichnet. Braunsteine sind jedoch eine Gruppe von Mangan-Mineralien, deren Hauptbestandteil aus Mangandioxid besteht.
Geschichte
Mangandioxid (Braunstein) wurde früher unter Handwerkern als "Glasmacherseife" bezeichnet, da es durch Eisen(III)-silikate verfärbte Glasschmelzen entfärben konnte. Schon in den Gläsern der alten Ägypter und Römer findet man etwa 2% Manganoxide. Wahrscheinlich wurde schon zu dieser Zeit Braunstein zum Aufhellen der Gläser benutzt.
Vorkommen
Mangandioxid findet man als rhombisch kristallisierter Pyrolusit (Weichmanganerz) und tetragonal kristallisierter Polianit in großem Umfang im Südural und in Südafrika. Zusammen mit anderen Eisenverbindungen ist es oft ein Hauptbestandteil der Umbraerden und anderer brauner, dunkelfarbiger Erden.
Gewinnung und Darstellung
Mangandioxid wird durch Mahlen von Pyrolusit oder durch das Erhitzen von Mangan(II)-nitrat an der Luft auf über 500 °C hergestellt.
Heute jedoch wird Mangandioxid hauptsächlich durch Elektrolyse einer Lösung von Mangan(II)-sulfat gewonnen. Zweiwertiges Mangan (Mn2+) oxidiert an der Anode zu dreiwertigem Mn3+, das anschließend zu Mn2+ und Mn4+ zerfällt (disproportioniert). Dabei lagert sich Braunstein an der Anode ab.
Eigenschaften
Mangandioxid ist ein braunschwarzes Pulver, das in Wasser unlöslich ist. Außerdem findet keine Reaktion mit kalter Schwefel- oder Salpetersäure statt.
Reaktionen
Durch Erhitzen über 600°C wird unter Sauerstoffabgabe Mn3O4 gebildet.
Das Erhitzen unter Zusatz von Schwefelsäure führt zur Abspaltung von Sauerstoff unter Bildung von Mangan(II)-sulfat.
Wasserstoffperoxid zersetzt sich in Anwesenheit von Mangandioxid unter Sauerstoffabgabe. Das Mangandioxid wirkt dabei als Katalysator.
Mit Salzsäure reagiert Mangandioxid unter Chlorentwicklung zu Mangan(II)-chlorid.
Verwendung
Mangandioxid wird vielfältig als Oxidationsmittel in organischen Synthesen eingesetzt:
- Oxidation von Anilin zu Hydrochinon
- Entfärbung von Kohlenstoff- und Sulfidverunreinigungen bei der Glasherstellung: Glasschmelzen, die oft durch geringe Mengen an Eisen(III)-silikaten gelb-grün gefärbt sind, wird Mangandioxid in kleinen Mengen zugesetzt, um die Verfärbungen zu neutralisieren. Dabei werden Mangan(II)-silikate gebildet, deren Farbe violett ist. Gelbgrün und violett sind jedoch Komplementärfarben, weswegen der Schmelzfluss farblos erscheint.
- Mangandioxid wird als Kathodenmaterial in Batterien verwendet. In Zink-Kohle und Alkali-Mangan Batterien werden natürlich vorkommendes Mangandioxid ("NMD"), chemisch hergestelltes Mangandioxid ("CMD") oder durch Elektrolyse hergestelltes Mangandioxid ("EMD") eingesetzt.
- Gasreinigung in Gasmasken
- Oxidationsmittel in Feuerwerkskörpern
- Braunstein wird auch bei der Herstellung von Firnissen und Siccativen eingesetzt.
- Mangandioxid ist der aktive Bestandteil der Härterpaste für Dichtstoffe auf der Basis Polysulfide und bewirkt die oxydative Verknüpfung über die SH-Gruppen des Polysulfidpräpolymers