Idrossido di manganese (II): solubilità, sintesi, reazioni, usi

L’idrossido di manganese (II) ha formula Mn(OH)2 e si presenta sotto forma di polvere bianca scarsamente solubile in acqua presente nella pirocroite, minerale di manganese appartenente al gruppo della brucite scoperto da Lars Johan Igelström nel 1864

In esso il manganese presenta il numero di ossidazione +2 che è uno stato di ossidazione stabile in ambiente acido. In ambiente basico, invece, lo stato di ossidazione +2 è meno stabile tanto che Mn(OH)2 si ossida a MnO(OH) dove il manganese ha numero di ossidazione +3.

pirocroite da Chimicamo
pirocroite

Nello stato di ossidazione +2 il manganese forma complessi esacoordinati come l’esaacquomanganese (II) Mn(H2O)62+ che, in ambiente basico, dà luogo alla formazione del complesso neutro Mn(H2O)4(OH)2.

La chimica dell’idrossido di manganese è influenzata dal fatto che il metallo si trova nello stato di ossidazione più basso e quindi, in presenza di ossidanti opportuni, può ossidarsi a stati di ossidazione maggiori.

Solubilità dell’idrossido di manganese

L’idrossido di manganese (II) è scarsamente solubile in acqua in cui si dissocia secondo l’equilibrio eterogeneo:

Mn(OH)2(s) ⇄ Mn2+(aq) + 2 OH(aq)

Il cui prodotto di solubilità Kps vale 2.00·10−13
L’espressione del prodotto di solubilità è data da:
Kps = 2.00·10−13= [Mn2+][OH]2

Detta x la solubilità molare di Mn(OH)2 all’equilibrio si ha che: [Mn2+] = x e, tenendo conto dei coefficienti stechiometrici, [OH] = 2x.
Sostituendo questi valori nell’espressione del prodotto di solubilità si ottiene:

Kps = 2.00·10−13= [Mn2+][OH]2 = (x)(2x)2 = 4x3

Da cui x = ∛ Kps /4 = ∛2.00·10−13/4 = 3.68 · 10-5 mol/L

La solubilità espressa in g/L è data da: 3.68 · 10-5 mol/L · 88.95 g/mol = 0.00328 g/L

La solubilità dell’idrossido di manganese (II) così come quella degli idrossidi metallici poco solubili è influenzata dal pH. Pertanto aggiungendo un acido la solubilità aumenta.

Sintesi dell’idrossido di manganese (II)

A causa della sua scarsa solubilità in acqua, l’idrossido di manganese può essere ottenuto da una soluzione contenente un sale di manganese solubile come, ad esempio, il cloruro di manganese (II) MnCl2.
In presenza di ammoniaca lo ione Mn2+ precipita come idrossido secondo la reazione:

Mn2+(aq) + 2 NH3(aq) + 2 H2O(l) ⇄ Mn(OH)2(s) + 2 NH4+(aq)

Poiché l’idrossido di manganese (II) non è un idrossido anfotero non si solubilizza in presenza di un eccesso di ammoniaca o per aggiunta di una base forte. Tuttavia, aggiungendo un sale di ammonio come, ad esempio il cloruro di ammonio, per il Principio di Le Chatelier, l’equilibrio si sposta verso sinistra con conseguente dissoluzione del precipitato.

precipitazione dellidrossido di manganese da Chimicamo
precipitazione dell’idrossido di manganese

L’idrossido di manganese (II) può essere ottenuto trattando una soluzione contenente lo ione Mn2+ con una base forte come l’idrossido di sodio NaOH o l’idrossido di potassio KOH.
La reazione netta è:
Mn2+(aq) + 2 OH(aq) → Mn(OH)2(s)

Il precipitato viene facilmente ossidato dall’ossigeno atmosferico per formare Mn(III) o Mn(IV) e pertanto il precipitato assume un colore bruno.

Reazioni

L’idrossido di manganese (II) a una temperatura maggiore di 220°C dà luogo a una reazione di decomposizione per formare l’ossido di manganese (II):
Mn(OH)2(s) → MnO(s) + H2O(g)

In presenza di ossigeno si ossida a ossido di manganese (IV):
2 Mn(OH)2(s) + O2(g) → 2 MnO2(s) + 2 H2O(l)

L’idrossido di manganese (II) in presenza di perossido di idrogeno viene ossidato a ossido di manganese (IV) secondo la reazione di ossidoriduzione in cui il manganese passa da numero di ossidazione + 2 a +4 mentre l’ossigeno presente nel perossido passa da numero di ossidazione -1 a -2:
Mn(OH)2(s) + H2O2(aq) → MnO2(s) + 2 H2O(l)

Usi

L’idrossido di manganese (II) sta riscuotendo un grande interesse per il suo uso nelle batterie acquose agli ioni di zinco ad alte prestazioni. Per le crescenti preoccupazioni ambientali, lo sviluppo di batterie ricaricabili con elevata tecnologia di accumulo risulta particolarmente importante per soddisfare i requisiti di energia rinnovabile e sostenibile.

batteria agli ioni di zinco da Chimicamo
batteria agli ioni di zinco

Tale tipo di batterie costituiscono dispositivi di accumulo di energia di nuova generazione per la loro eccellente sicurezza e aspetto ambientale insieme ad altri vantaggi di basso costo, basso potenziale redox e elevata capacità dell’anodo di zinco. Gli sforzi della ricerca si sono concentrati sull’esplorazione di materiali catodici ad alte prestazioni come i materiali a base di manganese.

Nell’ambito di questi studi l’idrossido di manganese (II) sintetizzato tramite elettrodeposizione e ottenuto sotto forma di struttura quasi unidimensionale, costituisce un catodo vantaggioso per ottenere batterie acquose agli ioni di zinco ad alte prestazioni

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