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 ).

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 MnO ₂ 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 .
• 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 .

Применение

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

Примечания

Литература

• Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001
• Неорганическая химия под редакцией Ю. Д. Третьякова; Химия переходных элементов Кн. 1
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1898. — Т. XXIIIA (46): Петропавловский — Поватажное. — С. 653—654.
• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1906. — Т. доп. II. — С. 436.