Марганец(2+) (16397-91-4) Физические и химические свойства
Марганец(2+)
Двухвалентный марганец (Mn2+) поставляется в виде солей или растворов для использования в фармацевтических препаратах, катализе, синтезе материалов и аналитических стандартах.
| Номер CAS | 16397-91-4 |
| Класс | Катионы переходных металлов |
| Типичная форма | Соль (твердое вещество) или водный раствор |
| Распространённые стандарты качества | EP |
Марганец(2+) — это двухвалентный катион переходного металла марганца, относящийся к классу одноатомных неорганических катионов. Структурно он существует как свободный металлический центр, формально обозначаемый Mn2+, и в конденсированной фазе чаще всего встречается в виде внутреннесферного гексааквакомплекса [Mn(H2O)6]2+ или как координированные соединения с лигандами, содержащими кислород и азот. Электронная конфигурация и лигандно-полевая теория определяют для Mn2+ высокоспиновую d5-конфигурацию (полузаполненная d-оболочка), что обеспечивает относительно низкую энергию лигандного поля; в результате Mn2+ обычно образует лабильные, кинетически быстрые комплексы с преимущественно октаэдрической координацией в водных растворах.
Химически Mn2+ ведёт себя как жёсткий кислотный Льюис-центр, который предпочитает связываться с жёсткими основаниями (доноры O и N) и проявляет ограниченную ковалентность. В водном растворе гидратированный ион проходит слабую гидролизу и обычно придаёт концентрированным растворам слегка кислую реакцию; в щелочной среде Mn2+ легко образует нерастворимые осадки гидроксидов. Окислительно-восстановительная химия является ключевой для видообразования марганца: Mn2+ относительно стабилен в восстановительных условиях, но может окисляться до более высоких степеней окисления таких как Mn3+ или Mn4+ в присутствии окислителей или ферментных окисляз; биологические системы осуществляют конверсию Mn2+ → Mn3+ с помощью белков, таких как церулоплазмин.
Ионы марганца имеют большое значение как в промышленности, так и в биологии. Mn2+ является незаменимым микроэлементом и каталитическим кофактором для множества ферментов (например, супероксиддисмутаза Mn, аргиназа, пируваткарбоксилаза), а также применяется клинически как микроэлемент в составах полного парентерального питания. Промышленное применение марганца и его соединений включает металлургию, производство сплавов, производство аккумуляторов и использование в качестве катализаторов или добавок в химических процессах. Распространёнными коммерческими стандартами для данного вещества являются: EP.
Основные физические свойства
Плотность
В доступных данных отсутствует экспериментально установленные значения данного параметра.
Температура плавления или разложения
В доступных данных указаны следующие значения температуры плавления: 1246 и 1244 °C. Эти значения приведены как есть; единый стандартизованный показатель с дополнительными экспериментальными данными отсутствует.
Растворимость в воде
В доступных данных отсутствует экспериментально установленные значения данного параметра.
pH раствора (качественное поведение)
Водный двухвалентный катион переходного металла Mn2+ преимущественно существует в форме гексааквакомплекса и подвергается незначительной гидролизе; водные растворы Mn2+ имеют слабо кислую реакцию при высокой концентрации из-за высвобождения протонов из координированной воды. Повышение pH способствует ступенчатому отщеплению протонов и образованию осадков гидроксидов марганца (например, Mn(OH)2). Mn2+ также образует стабильные растворимые комплексы с хелатирующими лигандми (например, ЭДТА, поли-карбоксилаты), что изменяет видообразование и видимую кислотность раствора.
Химические свойства
Кислотно-основные свойства
Mn2+ функционирует как жёсткий кислотный Льюис-центр с предпочтением координации кислород- и азотсодержащих лигандов. Гидратация формирует гексаакваион, который может отдавать протон из координированных молекул воды в многоступенчатых равновесиях гидролиза; специфичные значения pKa гидролиза в доступных данных не предоставлены. Комплексообразование с многофункциональными лигандами стабилизирует двухвалентное состояние и подавляет гидролиз и осаждение.
Реакционная способность и стабильность
Mn2+ кинетически лабилен по сравнению со многими комплексами переходных металлов и легко подвергается обмену лигандов. В окислительных условиях Mn2+ может окисляться до Mn3+ или Mn4+; биологическое окисление Mn2+ до Mn3+ с участием церулоплазмина хорошо задокументировано. В щелочной водной среде Mn2+ образует нерастворимые гидроксиды или оксиды, тогда как в восстановительных и комплексообразующих условиях остаётся растворимым. Mn2+ связывается с биомолекулярными носителями (трансферрин, в малой степени альбумин), что влияет на распределение и биодоступность.
Молекулярные и ионные параметры
Формула и молекулярная масса
- Молекулярная формула: Mn+2
- Молекулярная масса: 54.93804 \(\mathrm{г}\,\mathrm{моль}^{-1}\)
- Точная масса: 54.938043
- Моноизотопная масса: 54.938043
Дополнительные вычисленные характеристики: топологическая полярная поверхность (TPSA) 0; сложность 0.
Составляющие ионы
- Составляющий ион: Mn2+ (формально одноатомный двухзарядный катион; формальный заряд 2)
- Элемент: Марганец (символ Mn, атомный номер 25)
Вычисленные числовые и формальные характеристики по молекулярным данным: количество тяжёлых атомов 1; формальный заряд 2; количество доноров водородных связей 0; количество акцепторов водородных связей 0; количество вращающихся связей 0; количество ковалентно связанных единиц 1.
Идентификаторы и синонимы
Регистрационные номера и коды
- CAS: 16397-91-4
- Дополнительные CAS и регистрационные строки, встречающиеся в исходных данных: 7439-96-5; 15365-82-9
- UNII: H6EP7W5457
- InChI: InChI=1S/Mn/q+2
- InChIKey: WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [Mn+2]
- ChEBI: CHEBI:29035
- DrugBank: DB06757
- DSSTox Substance ID: DTXSID00167687
- HMDB: HMDB0001333
- KEGG: C19610
- NCI Thesaurus Code: C68267
- Wikidata: Q27095727
Синонимы и общие наименования
Указанные синонимы и общие наименования включают (выбор из предоставленных отправителем): Марганец(2+), Марганец(II), Марганцевый ион, Марганец (Mn2+), Марганцевый ион(2+), Mn2+, Ион марганца(II), Катион марганца (2+), Марганцевый катион, Двухзарядный ион марганца, Mn(II), Mn++, Mn(2+), Катион марганца (Mn2+), Двухзарядный ион марганца, гексааквамарганцевый(2+) ион, Марганец(2+), гексааква-, ион.
Промышленные и коммерческие применения
Функциональные роли и области применения
Mn2+ выполняет множество функциональных ролей. В биомедицине используется как незаменимый микроэлемент в пищевых добавках и как компонент парентеральных препаратов микроэлементов для полного парентерального питания с целью предотвращения дефицита. В биохимии и фармацевтике Mn2+ применяется как кофактор в ферментных анализах и как реагент в механистических исследованиях. Промышленные отрасли, использующие химические свойства марганца, включают металлургию и производство сплавов (увеличение твердости и прочности), производство аккумуляторов (добавки и материалы электродов), операции сварки и плавки, а также применение в качестве каталитических или стимулирующих добавок в химических синтезах и процессах.
Типичные примеры применения
- Дополнение микроэлементами в парентеральных питательных смесях для поддержания физиологического уровня марганца.
- Лабораторный реагент и биохимический кофактор для ферментологии и редокс-исследований.
- Компонент или добавка в металлургических процессах и материалах для аккумуляторов, где соединения марганца придают необходимые механические или электрохимические свойства.
- Использование в промышленных катализаторах и в качестве активатора в реакциях окисления и полимеризации, в которых функционально применяется цикл редокс-марганца.
Обзор безопасности и обращения
Опасности для здоровья и окружающей среды
Марганец является необходимым микронутриентом, но проявляет токсичность при повышенных уровнях воздействия; хроническое переизбыток ассоциируется с неврологическими эффектами и накоплением в областях мозга, таких как базальные ганглии. Ион Mn2+ способен преодолевать биологические мембраны и гематоэнцефалический барьер; нарушение системного или профессионального контроля экспозиции может привести к гиперманганеземии и связанным с ней двигательным и нейроповеденческим расстройствам. Вдыхание мелких частиц или аэрозолей соединений марганца является основной профессиональной опасностью. Mn2+ взаимодействует с белками биологического транспорта (трансферрином, сывороточными переносчиками), влияя на распределение и выведение, которое происходит преимущественно через желчные пути.
Рекомендации по хранению и обращению
Обращайтесь с соединениями марганца(II) с использованием стандартных средств производственной гигиены: избегайте вдыхания пыли или аэрозолей, минимизируйте контакт с кожей и глазами, используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (перчатки, средства защиты глаз) и местную вытяжную вентиляцию при операциях, создающих воздухонаполненные частицы. Храните в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении вдали от сильных окислителей и несовместимых реагентов; сохраняйте контейнеры плотно закрытыми, чтобы предотвратить загрязнение и поглощение влаги. Для подробной информации по опасностям, транспортировке и нормативным требованиям пользователи должны обращаться к конкретному паспорту безопасности материала (SDS) и местному законодательству.
