Mangan Dioksida

Mangan(IV) oksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus MnO2. Padatan coklat atau kehitaman ini terjadi secara alamiah sebagai mineral pyrolusite, yang merupakan bijih mangan utama dan komponen dari nodul angan. Penggunaan utama untuk MnO2 adalah untuk baterai sel kering, seperti baterai alkaline dan seng-karbon.[2] MnO2 juga digunakan sebagai pigmen dan sebagai prekursor untuk senyawa mangan yang lain, seperti KMnO4. Ini digunakan sebagai reagen dalam sintesis organik, misalnya, untuk oksidasi alkohol alilik. MnO2 pada α polimorf dapat menggabungkan berbagai atom (serta molekul air) di "terowongan" atau "saluran" antara oktahedra magnesium oksida. Ada minat yang cukup besar di α-MnO2 sebagai katode untuk baterai lithium ion.

Struktur

Beberapa polimorf dari MnO2 diklaim, juga bentuk terhidrasi. Seperti banyak dioksida yang lain, MnO2 mengkristal dalam struktur kristal rutile (polimorf ini disebut β-MnO2), dengan oksida tiga koordinat dan pusat logam oktahedral. MnO2 bersifat nonstoichiometric, menjadi kekurangan oksigen. Kimia benda padat rumit dari bahan ini adalah relevan untuk peran MnO2 yang "dipersiapkan" dalam sintesis organik.[butuh rujukan] Α-polimorf dari MnO2 memiliki struktur terbuka dengan "saluran" yang dapat menampung atom logam seperti perak atau barium. α-MnO2 sering disebut Hollandite, setelah mineral yang berhubungan erat.
Produksi

Mangan dioksida alami mengandung kotoran dan mangan(III) oksida yang cukup banyak. Hanya sedikit deposito mengandung modifikasi γ dalam kemurnian yang memadai untuk industri baterai.

Produksi baterai dan ferit (dua penggunaan utama dari mangan dioksida) memerlukan mangan dioksida kemurnian tinggi. Baterai memerlukan "mangan dioksida elektrolitik" sementara ferit memerlukan "mangan dioksida kimia".[5]
Mangan dioksida kimia

Salah satu metode yang dimulai dengan mangan dioksida alami dan mengubahnya menggunakan dinitrogen tetroksida dan air untuk larutan mangan(II) nitrat. Penguapan air, meninggalkan kristal garam nitrat. Pada suhu 400 °C, garam terurai, melepaskan N2O4 dan meninggalkan residu mangan dioksida murni. dua langkah Ini dapat diringkas sebagai:

    MnO2 + N2O4 ⇌ Mn(NO3)2

Dalam proses yang lain mangan dioksida direduksi secara karbotermis menjadi mangan(II) oksida yang dilarutkan dalam asam sulfat. Larutan yang disaring diperlakukan dengan amonium karbonat untuk mengendapkan MnCO3. Karbonat dikalsinasi di udara untuk memberikan campuran mangan(II) dan mangan(IV) oksida. Untuk menyelesaikan proses, suspensi dari bahan ini dalam asam sulfat diobati dengan natrium klorat. Asam klorat, yang membentuk in situ, mengkonversi setiap Mn(III) dan Mn(II) oksida ke dioksida, melepaskan klorin sebagai produk turunan.

Proses yang melibatkan mangan heptoksida dan mangan monoksida. Dua reagen bergabung dengan rasio 1:3 untuk membentuk mangan dioksida:

    Mn2O7 + 3 MnO → 5 MnO2

Terakhir aksi kalium permanganat dengan kristal mangan sulfat menghasilkan oksida yang diinginkan.[6]

    2 KMnO4 + 3 MnSO4 + 2 H2O→ 5 MnO2 + K2SO4 + 2 H2SO4

Mangan dioksida elektrolitik

Mangan dioksida elektrolitik (EMD) digunakan dalam baterai seng-karbon bersama-sama dengan seng klorida dan amonium klorida. EMD umumnya digunakan juga dalam baterai alkalin isi ulang seng mangan dioksida (Zn RAM). Untuk aplikasi ini, kemurnian sangat penting. EMD dihasilkan dengan cara yang sama seperti tembaga electrolytic tough pitch (ETP): mangan dioksida dilarutkan dalam asam sulfat (kadang-kadang dicampur dengan mangan sulfat) dan dikenakan saat ini antara dua elektrode. Yang MnO2 larut, memasuki solusi sebagai sulfat, dan diendapkan pada anode.
Reaksi

Reaksi MnO2 yang penting berhubungan dengan redoks, baik oksidasi maupun reduksi.
Reduksi

MnO2 adalah prekursor pokok kepada ferromangan dan paduan terkait, yang banyak digunakan dalam industri baja. Konversi melibatkan pengurangan carbothermal menggunakan coke:[butuh rujukan]

    MnO2 + 2 C → Mn + 2 CO

Reaksi utama MnO2 dalam baterai adalah reduksi satu-elektron:

    MnO2 + e− + H+ → MnO(OH)

MnO2 mengkatalisis beberapa reaksi yang membentuk O2. Di demonstrasi laboratorium klasik, pemanasan campuran kalium klorat dan mangan dioksida menghasilkan gas oksigen. Mangan dioksida juga mengkatalisis dekomposisi hidrogen peroksida untuk oksigen dan air:

    2 H2O2 → 2 H2O + O2

Mangan dioksida terurai di atas sekitar 530 °C untuk mangan(III) oksida dan oksigen. Pada suhu mendekati 1000 °C, senyawa Mn3O4 bentuk. Suhu yang lebih tinggi memberikan MnO.

Asam sulfat terkonsentrasi panas mengurangi MnO2 untuk mangan(II) sulfat:

    2 MnO2 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + O2 + 2 H2O

Reaksi hidrogen klorida dengan MnO2 digunakan oleh Carl Wilhelm Scheele pada isolasi awal gas klorin pada tahun 1774:

    MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

Sebagai sumber hidrogen klorida, Scheele memperlakukan natrium klorida dengan asam sulfat pekat.

        Eo (MnO2(s) + 4 H+ + 2 e− ⇌ Mn2+ + 2 H2O) = +1.23 V
        Eo (Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl−) = +1.36 V

Potensial elektrode standar untuk setengah reaksi menunjukkan bahwa reaksi ini adalah endotermik pada pH = 0 (1 M [H+
]), tapi itu yang disukai oleh pH yang semakin rendah serta evolusi (dan pembuangan) dari gas klorin.

Reaksi ini juga merupakan cara mudah untuk menghilangkan endapan mangan dioksida dari sendi kaca tanah setelah menjalankan reaksi (yakni, oksidasi dengan kalium permanganat).
Oksidasi

Memanaskan campuran KOH dan MnO2 di udara menghasilkan kalium manganat hijau:

    2 MnO2 + 4 KOH + O2 → 2 K2MnO4 + 2 H2O

Kalium manganat adalah prekursor dari kalium permanganat, oksidan yang umum.
Aplikasi

Yang dominan aplikasi MnO2 adalah sebagai komponen dari baterai sel kering, baterai Leclanché, atau baterai seng–karbon. Sekitar 500.000 ton dikonsumsi untuk aplikasi ini setiap tahunnya.[7] Aplikasi industri lainnya termasuk penggunaan MnO2 sebagai pigmen anorganik pada keramik dan dalam pembuatan kaca.
Sintesis organik

Salah satu penggunaan khusus mangan dioksida adalah sebagai oksidan dalam sintesis organik.[8] Efektivitas reagen tergantung pada metode persiapan, masalah yang khas untuk reagen heterogen lain dimana daerah permukaan, di antara variabel-variabel lain, adalah faktor yang signifikan.[9] Mineral pyrolusite membuatnya reagen yang kurang baik. Biasanya, bagaimanapun, reagen yang dihasilkan in situ dengan perlakuan dari larutan KMnO4 dengan garam Mn(II), biasanya sulfat. MnO2 mengoksidasi alkohol alilik yang sesuai aldehida atau keton:[10]

        cis-RCH=CHCH2OH + MnO2 → cis-RCH=CHCHO + MnO + H2O

Konfigurasi ikatan rangkap dilestarikan dalam reaksi. Alkohol asetilenik yang sesuai juga merupakan substrat cocok, meskipun aldehida propargilik yang dihasilkan dapat cukup reaktif. Alkohol benzilik dan bahkan yang tidak aktif juga merupakan substrat yang baik. 1,2-Diol dibelah oleh MnO2 untuk dialdehida atau diketon. Jika tidak, aplikasi MnO2 sangat banyak, yang berlaku untuk berbagai jenis reaksi termasuk oksidasi amina, aromatisasi, oksidatif kopling, dan oksidasi tiol.
Pigmen

Mangan dioksida, dalam bentuk umber, adalah salah satu dari zat alami tertua yang digunakan oleh nenek moyang manusia. Itu digunakan sebagai pigmen setidaknya dari zaman paleolitikum pertengahan. Itu mungkin yang pertama kali digunakan untuk lukisan tubuh, dan kemudian untuk lukisan gua. Beberapa lukisan gua tertua yang terkenal di Eropa dibuat dengan mangan dioksida.
Bahaya
Mangan dioksida dapat sedikit menodai kulit manusia jika lembap atau dalam campuran heterogen, tetapi noda dapat dibersihkan dengan mudah dengan menggosok. Ketika kering hindari menghirup partikel-partikel halus dengan mengenakan masker untuk menghindari kerusakan paru-paru. 

Keamanan dan Penanganan Kalium Permanganat

Sebagai oksidator yang menghasilkan produk cokelat gelap MnO₂, kalium permanganat dengan cepat mengotori hampir semua bahan organik seperti kulit, kertas, dan pakaian. Padatan KMnO₄ adalah oksidator kuat, sehingga harus disimpan terpisah dari bahan yang dapat teroksidasi seperti kulit, kertas, dan pakaian. Reaksi dengan asam sulfat pekat menghasilkan mangan(VII) oksida (Mn₂O₇) yang sangat eksplosif. Ketika dalam bentuk padat, KMnO₄ dicampurkan dengan gliserol murni atau alkohol sederhana lainnya akan menghasilkan reaksi pembakaran yang sangat keras.

3 C₃H₅(OH)₃ + 14 KMnO₄ → 14 MnO₂ + 7 K₂CO₃ + 2 CO₂ + 12 H₂O

Penggunaan PK atau Kalium Permanganat

Hampir semua aplikasi kalium permanganat memanfaatkan sifat mengoksidasinya. Sebagai oksidan kuat yang tidak menghasilkan produk samping yang beracun, KMnO₄ memiliki banyak kegunaan.

Antiseptik

Sebagai oksidan, kalium permanganat dapat bertindak sebagai antiseptik. Misalnya, larutan encer senyawa ini digunakan untuk mengobati sariawan (radang), desinfektan untuk tangan dan pengobatan untuk pomfoliks, dermatitis,^[10][11] dan infeksi jamur pada tangan atau kaki yang sifatnya ringan.

Pengolahan air

Kalium permanganat digunakan secara luas dalam industri pengolahan air. Hal ini digunakan sebagai bahan kimia regenerasi untuk menghilangkan besi dan hidrogen sulfida (bau telur busuk) dari air sumur melalui Filter "Manganese Greensand". "Pot-Perm" juga dapat diperoleh di toko peralatan kolam dan digunakan sebagai tambahan untuk menangani air limbah. Dalam sejarahnya ia digunakan untuk mensterilkan air minum. Saat ini senyawa ini menemukan penerapannya dalam pengendalian organisme pengganggu seperti kerang zebra dalam pengumpulan dan pengolahan sistem air tawar.

Sintesis senyawa organik

 

Larutan Kalium Permanganat

Selain penggunaannya dalam pengolahan air, aplikasi utama lainnya dari KMnO₄ adalah sebagai pereaksi untuk sintesis senyawa organik. Jumlah yang signifikan diperlukan untuk sintesis asam askorbat, kloramfenikol, sakarin, asam isonikotinat, dan asam pirazinoat^.

 

Penggunaan analisis

Kalium permanganat dapat digunakan untuk secara kuantitatif menentukan bahan organik keseluruhan yang dapat teroksidasi dalam sampel air. Nilai yang telah ditentukan dikenal sebagai nilai permanganat. Dalam kimia analitik, larutan standar dari KMnO₄ terkadang digunakan sebagai titran pengoksidasi untuk titrasi redoks (Permanganometri). Dalam cara yang terkait, ia digunakan sebagai pereaksi untuk menentukan bilangan Kappa dari pulp kayu. Untuk standardisasi larutan KMnO₄, reduksi dengan asam oksalat sering digunakan. Larutan asam berair dari KMnO₄ digunakan untuk mengumpulkan gas merkuri dalam gas buang selama uji emisi sumber stasioner. Dalam histologi, kalium permanganat digunakan sebagai agen pemutih.

Penggunaan lain

Kalium permanganat merupakan salah satu bahan kimia utama yang digunakan dalam film dan televisi industri untuk membuat kostum dan properti yang digunakan menjadi "berumur". Konversinya yang mudah menjadi MnO₂ berwarna cokelat membuat tampilan "kuno" atau "seratus tahun" pada kain goni, tali, kayu, dan kaca. Kalium permanganat telah digunakan dalam upaya untuk menginduksi aborsi di rumah. Insiden ini hanya mengakibatkan kerusakan vagina dari tindakan korosif bahan kimia tersebut, karena kalium permanganat terbukti tidak efektif dalam menghasilkan aborsi. FDA meningkatkan pembatasan hukum tentang bahan kimia tersebut dalam menanggapi penggunaannya sebagai abortifasien.

Kalium Permanganat

KALIUM PERMANGANAT

Kalium permanganat adalah suatu senyawa kimia anorganik dan obat-obatan. Sebagai obat senyawa ini digunakan untuk membersihkan luka dan dermatitis. Senyawa ini memiliki rumus kimia KMnO₄ dan merupakan garam yang mengandung ion K⁺ dan MnO−4. Senyawa ini merupakan agen pengoksidasi kuat. Ia larut dalam air menghasilkan larutan berwarna merah muda atau ungu yang intens, penguapan larutan ini meinggalkan kristal prismatik berwarna keunguan-hitam. Pada tahun 2000, produksi di seluruh dunia diperkirakan mencapai 30,000 ton.^[4] Dalam senyawa ini, mangan memiliki bilangan oksidasi +7. Senyawa ini termasuk dalam Model Daftar Obat Esensial WHO, obat yang paling penting dibutuhkan dalam sistem kesehatan dasar. Biaya grosir di dunia berkembang adalah sekitar 0.01 USD per g. Di Britania Raya jumlah tersebut membiayai NHS sekitar 1.33 pounds

STRUKTUR 

KMnO₄ membentuk kristal ortorombik dengan konstanta: a = 910.5 pm, b = 572.0 pm, c = 742.5 pm. Motif keseluruhan hampir serupa dengan barium sulfat, yang karenanya membentuk larutan padat. Dalam padatan (seperti pada larutan), masing-masing pusat MnO₄⁻ adalah tetrahedral. Jarak Mn–O adalah 1.62 Å

PEMBUATAN 

Kalium permanganat diproduksi secara industri dari mangan dioksida, yang juga hadir sebagai mineral pirolusit. MnO₂ melebur dengan kalium hidroksida dan dipanaskan dalam udara atau dengan sumber lain dari oksigen, seperti kalium nitrat atau kalium klorat. Tahapan ini menghasilkan kalium manganat:

2 MnO₂ + 4 KOH + O₂ → 2 K₂MnO₄ + 2 H₂O

(Dengan natrium hidroksida, produk akhir bukanlah natrium manganat tapi senyawa Mn(V), yang merupakan salah satu alasan kalium permanganat lebih sering digunakan daripada natrium permanganat. Lebih jauh, garam kalium mengkristal lebih baik.) Kalium manganat kemudian diubah menjadi permanganat melalui oksidasi elektrolit dalam media basa:

2 K₂MnO₄ + 2 H₂O → 2 KMnO₄ + 2 KOH + H₂

Metode lain

Walaupun tidak penting secara komersial, kalium manganat dapat dioksidasi melalui klorin atau dengan disproporsionasi di bawah kondisi asam.^[9] Reaksi oksidasi klorin adalah

2 K₂MnO₄ + Cl₂ → 2 KMnO₄ + 2 KCl

Dan reaksi disproporsionasi yang diinduksi-asam dapat ditulis sebagai

3 K₂MnO₄ + 4 HCl → 2 KMnO₄ + MnO₂ + 2 H₂O + 4 KCl

Suatu asam lemah seperti asam karbonat cukup untuk reaksi ini:

3 K₂MnO₄ + 2 CO₂ → 2 KMnO₄ + 2 K₂CO₃ + MnO₂

Kalium permanganat mengkristal dari larutan reaksi pekat. Garam permanganat juga dapat dihasilkan dengan memperlakukan larutan ion Mn²⁺ dengan oksidan kuat seperti timbal dioksida (PbO₂), natrium bismutat (NaBiO₃), atau peroksidisulfat. Pengujian untuk kehadiran mangan memanfaatkan warna lembayung jelas dari permanganat yang dihasilkan oleh pereaksi tersebut.