Оксид марганца(IV)

Окси́д ма́рганца(IV) (диокси́д марганца) ${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$ — порошок тёмно-коричневого цвета, нерастворимый в воде. Наиболее устойчивое соединение марганца, широко распространённое в земной коре (минерал пиролюзит).

Оксид марганца​(IV)​
Общие
Систематическое наименование	Диоксид марганца
Хим. формула	${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$
Физические свойства
Состояние	черные тетрагональные кристаллы
Молярная масса	86,9368 г/моль
Плотность	5,026 г/см³
Термические свойства
Температура
• разложения	535 °C
Энтальпия
• образования	-521,5 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	нерастворим
Классификация
Рег. номер CAS	[1313-13-9]
PubChem	14801
Рег. номер EINECS	215-202-6
SMILES	O=[Mn]=O
InChI	InChI=1S/Mn.2O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N
RTECS	OP0350000
ChEBI	136511
Номер ООН	1479
ChemSpider	14117
Безопасность
NFPA 704	1 1 2 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Химические свойства

При обычных условиях диоксид марганца ведет себя довольно инертно. При нагревании с кислотами проявляет окислительные свойства, например, окисляет концентрированную соляную кислоту до хлора:

${\displaystyle {\ce {4HCl + MnO2 -> MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}}}$.

С серной и азотной кислотами ${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$ разлагается с выделением кислорода:

${\displaystyle {\ce {2MnO2 + 2H2SO4 -> 2MnSO4 + O2 ^ + 2H2O}}}$.

При взаимодействии с сильными окислителями диоксид марганца окисляется до соединений ${\displaystyle {\ce {Mn^{+7}}}}$ и ${\displaystyle {\ce {Mn^{+6}}}}$:

${\displaystyle {\ce {3MnO2 + KClO3 + 6KOH -> 3K2MnO4 + KCl + 3H2O}}}$.

Диоксид марганца проявляет амфотерные свойства. Так, в концентрированных сернокислых растворах образует сульфат марганца(IV):

${\displaystyle {\ce {MnO2 + 2H2SO4 -> Mn(SO4)2 + 2H2O}}}$.

А при сплавлении с щелочами и основными оксидами MnO₂ выступает в роли кислотного оксида, образуя соли — манганиты:

${\displaystyle {\ce {MnO2 + CaO -> CaMnO3}}}$.

Является катализатором разложения пероксида водорода:

${\displaystyle {\ce {2H2O2 ->[{\ce {MnO2}}] 2H2O + O2 ^}}}$.

При нагревании выше 530 °C разлагается:

${\displaystyle {\ce {4MnO2->[530^{\circ }{\text{C}}]2Mn2O3\ +O2}}}$.

Получение

В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия с образованием манганата калия и кислорода:

${\displaystyle {\ce {2KMnO4->[t] K2MnO4 \ + MnO2\ + O2 ^}}}$.

Также можно получить реакцией перманганата калия с пероксидом водорода. На практике образовавшийся ${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$ каталитически разлагает пероксид водорода, вследствие чего реакция до конца не протекает:

${\displaystyle {\ce {2KMnO4 + H2O2 -> 2KOH + 2MnO2 + 2O2 ^}}}$.

При температуре выше 100 °C восстановлением перманганата калия водородом:

${\displaystyle {\ce {2KMnO4 + 2H2 ->[t] K2MnO4 + MnO2 + 2H2O}}}$.

Структура

Известны несколько полиморфных модификаций диоксида марганца и его гидратированных форм. Диоксид марганца, как и многие другие диоксиды, имеет кристаллическую структуру рутила (пиролюзит, или ${\displaystyle {\ce {\beta - MnO_2}}}$), где атомы металла занимают центры октаэдров, а координационное число атомов кислорода равно трём. Для диоксида марганца характерен недостаток кислорода, его нестехиометричный состав достигается за счет вакансий в подрешетке кислорода. У α-модификации диоксида марганца очень открытая структура, содержащая «каналы», в которых могут размещаться атомы некоторых металлов, например, серебра или бария. ${\displaystyle {\ce {\alpha - MnO_2}}}$, вслед за структурно родственным минералом, часто называют голландитом.

Археология

• Красящие вещества, обнаруженные во время раскопок в пещере Ласко и образцы, взятые с некоторых наскальных изображений, соответствовали диоксиду марганца^[1].
• Учёные определили, что кусочки чёрных камней из пещеры Пеш-де-Лазе на юге Франции, состоят из диоксида марганца. Возможно, неандертальцы использовали этот минерал в качестве окислителя и катализатора реакций окисления и горения^[2].

Применение

• Применяется для промышленного производства марганца;
• Деполяризатор в марганец-цинковых элементах питания;
• Компонент минеральных пигментов;
• Осветлитель стекла.