MANGAN DIOKSIDA: APLIKASI UTAMANYA UNTUK BATERAI SEL-KERING

Mangan(IV) oksida ialah senyawa anorganik dengan rumus MnO2. Zat padat coklat atau kehitaman ini terjadi secara alami sebagai mineral pyrolusite, yang merupakan bijih utama mangan dan komponen nodul mangan. Penggunaan mendasar untuk MnO2 ialah untuk baterai sel-kering, seperti baterai alkalin dan baterai seng-karbon. MnO2 juga digunakan sebagai pigmen dan sebagai prekursor untuk senyawa mangan lain, seperti KMnO4. Ia digunakan sebagai reagensia dalam sintesis organik, misalnya untuk oksidasi alilik alkohol.

Nama IUPAC senyawa ini adalah Mangan dioksida, Mangan(IV) oksida. Nama lainnya Pyrolusite. Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: MnO2
  • Berat molekul: 86,9368 gr/mol
  • Penampilan: Zat padat Coklat-hitam
  • Densitas: 5,026 gr/cm3
  • Titik lebur: 535 °C (terurai)
  • Kelarutan dalam air: Tidak larut
  • Entropi molar standar So298: 53 J·mol−1·K−1
  • Entalpi pembentukan standar ΔfHo298: −520 kJ·mol−1
  • MSDS: ICSC 0175
  • Indeks Uni Eropa: 025-001-00-3
  • Klasifikasi Uni Eropa: Berbahaya (Xn); Oksidator (O)
  • Titik nyala: 535 °C (995 °F; 808 K)

 

Struktur

Beberapa polimorf dari MnO2 diakui, serta bentuk terhidrat. Seperti banyak dioksida lain, MnO2 mengkristal sebagai struktur kristal rutile (polimorf ini disebut β-MnO2), dengan oksida berkoordinat-tiga dan pusat logam oktahedral. MnO2secara karakteristik nonstoikiometrik, yang kekurangan oksigen.Kimiakeadaan-padat yangrumit daribahan inirelevan denganpengetahuandariMnO2 “dibuat segar” dalam sintesis organik.

Produksi

Mangan dioksida yang terjadi secara alami mengandung pengotor dan dapat dianggap jumlah mangan dalam keadaan oksidasinya 3+. Hanyasejumlahdepositmengandungmodifikasiγdalamkemurnian yang cukup untukindustri baterai. Produksiferitjuga memerlukanmangan dioksida kemurnian tinggi. Oleh karena itu produksi mangan dioksida sintetik penting. Dua golongan metoda digunakan, yang menghasilkan zat kimia mangan dioksida (“chemical manganese dioxide“—CMD) dan “electrolytical manganese dioxide” (EMD). CMD kebanyakan digunakan untuk produksi ferit, sedangkan EMD digunakan untuk produksi baterai.

Kimia MnO2

Salah satu dari dua metoda kimia dimulai dari mangan dioksida alami dan mengubahnya menggunakan dinitrogen tetroksida (N2O4) dan air menjadi larutan mangan(II) nitrat. Penguapan airnya, meninggalkan kristal garam nitrat. Pada suhu 400 °C, garam ini terurai, melepaskan N2O4 dan meninggalkan residu mangan dioksida yang murni. Dua langkah ini dapat diringkas sebagai berikut:

MnO2 + N2O4 ═ Mn(NO3)2 (reaksi ini berlangsung timbal-balik/reversibel)

Dalam proses kimia lain, bijih mangan dioksida direduksi melalui pemanasan dengan minyak atau batubara. Mangan(II) oksida yang dihasilkan dilarutkan dalam asam sulfat, dan larutannya disaring lalu diolah dengan ammonium karbonat yang menghasilkan endapan MnCO3. Karbonat ini dikalsinasi dalam udara yang menghasilkan campuran mangan(II) dan mangan(IV) oksida. Untuk menyempurnakan proses, suspensi dari bahan ini dalam asam sulfat diolah dengan natrium klorat. Asam klorat, yang terbentuk in situ, mengubah setiap Mn(III) dan Mn(II) oksida menjadi dioksida, yang melepaskan klor sebagai hasil-samping.

Electrolytical Manganese Dioxide (EMD)

Electrolytical manganese dioxide (EMD) digunakan dalam baterai seng-karbon bersama dengan seng klorida dan ammonium klorida. EMD secara umum digunakan dalam sel baterai alkalin isi-ulang (zinc manganese dioxide rechargeable alkaline—Zn RAM). Untuk aplikasi ini, kemurnian sangat penting.

Reaksi

Reaksi penting dari MnO2 berhubungan dengan redoks, reduksi dan oksidasi.

Reduksi

MnO2 merupakan prekursor dasar untuk ferromanganes dan paduan terkait, yang digunakan secara luas dalam industri baja. Konversi ini meliputi reduksi karbotermal menggunakan kokas:

MnO2 + 2 C → Mn + 2 CO

Reaksi kunci dari MnO2 dalam baterai ialah reduksi satu-elektron:

MnO2 + e + H+ → MnO(OH)

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

2 H2O2 → 2 H2O + O2

Mangan dioksida terurai di atas sekitar 530 °C menjadi Mangan(III) oksida dan oksigen. Pada suhu dekat dengan 1000 °C, senyawa valensi-campuran Mn3O4 terbentuk. Dengan suhu lebih tinggi menghasilkan MnO.

Asam sulfat pekat panas mereduksi MnO2 menjadi mangan(II) sulfat:

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

Reaksi hidrogen klorida dengan MnO2 digunakan oleh Carl Wilhelm Scheele dalam pemisahan gas klor asli pada 1774:

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

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

Eo (MnO2(s) + 4H+ + 2e = Mn2+ + 2 H2O) = +1,23 V

Eo (Cl2(g) + 2e = 2Cl) = +1,36 V

Potensial elektroda standar untuk setengah reaksi menunjukkan bahwa reaksi ini adalah endoterm pada pH = 0 (1 M [H+]), tetapi disukai olehpHrendahsertaevolusi(dan penghapusan) gas klor.

Reaksi ini juga satu cara mudah untukmenghilangkanendapanmangandioksidadarisendikaca dasarsetelah menjalankanreaksi(yaitu, oksidasidengankalium permanganat).

Oksidasi

Pemanasan campuran KOH dan MnO2 dalam udara memberikan kalium manganat berwarna hijau:

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

Kalium manganat merupakan prekursor untuk kalium per-manganat, suatu oksidan umum.

Aplikasi

Aplikasi yang dominan dari MnO2 ialah sebagai komponen baterai sel kering, sehingga disebut juga sel Lechlanche, atau baterai seng-karbon. Hampir 500.000 ton dihabiskan untuk aplikasi ini setiap tahunnya termasuk penggunaan MnO2 sebagai pigmen anorganik dalam keramik dan dalam pembuatan kaca.

Sintesis Organik

Penggunaan khusus mangan dioksida ialah sebagai oksidan dalam sintesis organik. Efektivitas reagen ini bergantung pada sediaan, suatu masalah yang khas untuk reagen-reagen heterogen lain di mana luas permukaan, di antara variabel-variabel lain, adalah faktor yang signifikan. Mineral pyrolusite membuat reagensia miskin. Biasanya, bagaimanapun, reagen ini dihasilkan in situ pada perlakuan larutan KMnO4 encer dengan garam Mn(II), terutama sulfat. MnO2 mengoksidasi alkohol alilat menjadi aldehida atau keton yang berhubungan:

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

Konfigurasi ikatan rangkap tidak terusik dalam reaksi ini. Alkohol asetilenat yang berhubungan juga merupakan substrat yang sesuai, meskipun aldehid propargilat yang dihasilkan dapat sangat reaktif. Benzilat dan bahkan alkohol yang tidak diaktifkan juga merupakan substrat yang baik. 1,2-Diol dipecah oleh MnO2 menjadi dialdehid atau diketon. Sebaliknya, aplikasi MnO2 banyak, yang dapat diaplikasikan pada banyak jenis reaksi termasuk oksidasi amina, aromatisasi, pasangan oksidatif, dan oksidasi tiol.

Pigmen

Mangan dioksida merupakan salah satu dari zat alami paling awal digunakan oleh manusia purba sebagai pigmen. MnO2 digunakan sebagai pigmen setidaknya sejak paleolitik tengah. MnO2 mungkin digunakan pertama kali untuk mewarnai badan, dan kemudian untuk mewarnai gua. Beberapa lukisan gua awal yang paling terkenal di Eropa dieksekusi dengan cara mangan dioksida.

Bahaya

Mangan dioksida dapat sedikitmenodai kulit manusia jika lembab atau sebagai campuran heterogen, tetapi noda bisa dibersihkan dengan mudah dengan beberapa kali gosok.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s