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三氧化二錳

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三氧化二錳
IUPAC名
dimanganese trioxide
別名 氧化錳(III)
識別
CAS號 1317-34-6  ✓
PubChem 14824
SMILES
RTECS OP915000
性質
化學式 Mn2O3
摩爾質量 157.8743 g/mol g·mol⁻¹
外觀 棕色或黑色晶體
密度 4.5 g/cm3
熔點 888 °C(1,161 K)(α型)
940 °C(1,210 K)(β型)(分解)
溶解性 0.00504 g/100 mL (α型)
0.01065 g/100 mL (β型)
結構
晶體結構 立方晶系, Ia3(308 K以上)
正交晶系, Pcab(308 K以下)[1]
熱力學
ΔfHmo298K −971 kJ·mol−1[2]
So298K 110 J·mol−1·K−1[2]
危險性
NFPA 704
0
1
0
 
相關物質
其他陰離子 三氟化錳三乙酸錳
其他陽離子 三氧化二鉻三氧化二鐵
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

三氧化二錳是一種無機化合物,化學式為Mn2O3,其中錳處於+3氧化態。[3]

製備

在800℃以下將二氧化錳於空氣中灼燒可以得到α-Mn2O3(更高溫度得到Mn3O4[4],在600-800℃空氣中加熱Mn2+硝酸鹽草酸鹽碳酸鹽也能得到α-Mn2O3[5]。γ-Mn2O3氫氧化錳(II)的脫水氧化製得。[4] 很多製備納米晶體Mn2O3的方法已有報道,如通過氧化Mn2+鹽或還原MnO2製備。[6][7][8]

需要注意的是,Mn2O3和MnOOH並不是相同的,MnOOH在空氣中加熱,會在約300 °C時產生MnO2[9]

結構及物理性質

三氧化二錳和其它過渡金屬氧化物不同,並不採取剛玉(Al2O3)的結構[4]。已知它有常見的α型和γ型[10],和在高壓下有着CaIrO3結構的晶型。[11]α-Mn2O3是黑色固體,為斜方晶系,晶格常數a=941.2 pm、b=941 pm、c=942.3 pm,奈耳溫度約為80K。[5]γ-Mn2O3則是立方密排結構,奈耳溫度為39K。[12]

化學性質

三氧化二錳是一種氧化劑,可以將鹽酸氧化為氯氣[13]

Mn2O3 + 6 HCl(稀) —Δ→ 2 MnCl2 + Cl2↑ + 3 H2O

和濃硫酸反應,則放出氧氣[13]

2 Mn2O3 + H2SO4(濃) —Δ→ 4 MnSO4 + O2↑ + 4 H2O

三氧化二錳也能氧化有機物,如在硫酸的水溶液中將4-氟甲苯氧化為4-氟苯甲醛,[14]將4,4'-二甲基-2,2'-聯吡啶氧化為2,2'-聯吡啶-4,4'-二甲醛,[15]以及將4-甲基苯磺酸氧化為4-甲酰基苯磺酸。[16]

三氧化二錳和氧化鑭在高溫反應,可以得到正交晶系的LaMnO3,這種化合物與GdFeO3異構。[17]它也能直接和六氟乙酰丙酮英語hexafluoroacetylacetone環己烷中回流下反應,生成三(六氟乙酰丙酮)合錳(III)。[18]

應用

三氧化二錳在無機上可以用作一氧化氮選擇性還原的催化劑[19],在有機合成中用作氧化劑[14][20],它也能用作鈀鉑合金的載體[21]或電極材料[22]

參考文獻

  1. ^ Grant, R. W.; Geller, S.; Cape, J. A.; Espinosa, G. P. Magnetic and Crystallographic Transitions in theα−Mn2O3−Fe2O3 System. Physical Review. 1968, 175 (2): 686–695. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.175.686. 
  2. ^ 2.0 2.1 Zumdahl, Steven S. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company. 2009: A22. ISBN 0-618-94690-X. 
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  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4. 
  5. ^ 5.0 5.1 謝高陽 等. 無機化學叢書 第九卷 錳分族 鐵系 鉑系. 科學出版社, 2012.3. pp 31
  6. ^ Shuijin Lei, Kaibin Tang, Zhen Fang, Qiangchun Liu, Huagui Zheng. Preparation of α-Mn2O3 and MnO from thermal decomposition of MnCO3 and control of morphology. Materials Letters. 2006, 60: 53. doi:10.1016/j.matlet.2005.07.0. 
  7. ^ Yuan, Zhong-Yong; Ren, Tie-Zhen; Du, Gaohui; Su, Bao-Lian. A facile preparation of single-crystalline α-Mn2O3 nanorods by ammonia-hydrothermal treatment of MnO2. Chemical Physics Letters. 2004, 389 (1-3): 83–86. ISSN 0009-2614. doi:10.1016/j.cplett.2004.03.064. 
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  10. ^ Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
  11. ^ High Pressure Phase transition in Mn2O3 to the CaIrO3-type Phase Santillan, J.; Shim, S. American Geophysical Union, Fall Meeting 2005, abstract #MR23B-0050
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  21. ^ 徐鵬, 吳志星, 鄧積光, 劉雨溪, 謝少華, 郭廣生, 戴洪興. 有序介孔三氧化二錳負載PdPt合金:一種高效的甲烷催化燃燒催化劑. 催化學報, 2017, 38(1):92-105.
  22. ^ 張杰, 許家勝. 一種三氧化二錳多孔微米片/泡沫鎳複合電極材料的製備方法[P], CN105355468 A. 2016.

拓展閱讀

  1. Ovsyannikov, Sergey V.; Abakumov, Artem M.; Tsirlin, Alexander A.; Schnelle, Walter; Egoavil, Ricardo; Verbeeck, Jo; Van Tendeloo, Gustaaf; Glazyrin, Konstantin V.; Hanfland, Michael; Dubrovinsky, Leonid. Perovskite-like Mn2O3: A Path to New Manganites. Angewandte Chemie International Edition. 2013, 52 (5): 1494–1498. ISSN 1433-7851. doi:10.1002/anie.201208553. 
  2. Vanderah, T.A.; Lufaso, M.W.; Adler, A.U.; Levin, I.; Nino, J.C.; Provenzano, V.; Schenck, P.K. Subsolidus phase equilibria and properties in the system Bi2O3:Mn2O3±x:Nb2O5. Journal of Solid State Chemistry. 2006, 179 (11): 3467–3477. ISSN 0022-4596. doi:10.1016/j.jssc.2006.07.014. 
  3. Oelerich, W.; Klassen, T.; Bormann, R. Hydrogen Sorption of Nanocrystalline Mg at Reduced Temperatures by Metal-Oxide Catalysts. Advanced Engineering Materials. 2001, 3 (7): 487–490. ISSN 1438-1656. doi:10.1002/1527-2648(200107)3:7<487::AID-ADEM487>3.0.CO;2-0. 

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