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Oxyde de manganèse(II,III)

L'oxyde de manganèse(II,III) est un composé inorganique de formule Mn3O4. C'est un oxyde dans lequel le manganèse est présent sous deux états d'oxydations, +2 et +3, ce qui fait que la formule MnO·Mn2O3 est parfois utilisée pour le décrire. Il se présente sous la forme d'une poudre brunâtre à noire, et est présent dans la nature sous la forme d'un minéral, l'hausmannite.

Oxyde de manganèse(II,III)
Image illustrative de l’article Oxyde de manganèse(II,III)
Structure cristalline
__ Mn2+ __ Mn3+ __O2−
Identification
Synonymes

tétroxyde de manganèse, oxyde de manganèse, oxyde manganomanganique, tétroxyde de trimanganèse
No CAS 1317-35-7
No ECHA 100.013.879
No RTECS OP0895000
PubChem 14825
SMILES
InChI
Apparence poudre brunâtre
Propriétés chimiques
Formule Mn3O4 [Isomères]Mn3O4

MnO.Mn2O3
Masse molaire[1] 228,811 7 ± 0,001 2 g/mol
Mn 72,03 %, O 27,97 %,
Propriétés physiques
T° fusion 1 564 °C[2]
Solubilité insoluble dans l'eau[2]
Masse volumique 4,876 g·cm-3 (20 °C[2]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Structure et propriétés

Mn3O4 possède la même structure que la spinelle, où le ions oxydes forment une structure cubique compacte, les ions Mn2+ occupant les sites tétraédriques et le ions Mn3+ les sites octaédriques[3]. La structure est cependant distordue du fait de l'effet Jahn-Teller[3]. À température ambiante, Mn3O4 est paramagnétique ; en dessous de 41-43 K, il est ferrimagnétique[4], mais une étude a montré que pour des nanocristaux, cette température était réduite à environ 39 K[5].

Synthèse

Mn3O4 est formé quand n'importe quel oxyde de manganèse est chauffé dans l'air au-dessus de 1 000 °C[3]. Des efforts considérable ont été produits pour synthétiser des échantillons nanocristallins de Mn3O4, par des méthodes impliquant l'oxydation de Mn(II) ou la réduction de Mn(VI)[6] - [7] - [8].

Utilisations

Mn3O4 est parfois utilisé comme réactif dans la production de ferrites, par exemple de ferrite manganèse-zinc[9], ou de l'oxyde de lithium-manganèse, utilisé dans les batteries au lithium[10].

Mn3O4 peut être utilisé comme catalyseur dans de nombreuses réactions, par exemple la réduction du méthane et du monoxyde de carbone[11] - [12], la décomposition du monoxyde d'azote[13], la réduction du nitrobenzène[14] et la combustion catalytique de composés organiques[15].

Notes et références
  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. fiche CSST du tétroxyde de manganèse
  3. (en) Norman N. Greenwood et Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, Butterworth-Heinemann, (ISBN 0080379419)
  4. Magnetic Structure of Mn3O4 by Neutron Diffraction Boucher B., Buhl R., Perrin M., J. Appl. Phys. 42, 1615 (1971); DOI 10.1063/1.1660364
  5. Synthesis of superparamagnetic Mn3O4 nanocrystallites by ultrasonic irradiation I.K. Gopalakrishnan, N. Bagkar, R. Ganguly and S.K. Kulshreshtha Journal of Crystal Growth 280, 3-4, (2005), 436-441, DOI 10.1016/j.jcrysgro.2005.03.060
  6. Hausmannite Mn3O4 nanorods: synthesis, characterization and magnetic properties Jin Du et al. Nanotechnology, (2006),17 4923-4928, DOI 10.1088/0957-4484/17/19/024
  7. One-step synthesis of Mn3O4 nanoparticles: Structural and magnetic study Vázquez-Olmos A., Redón R, Rodríguez-Gattorno G., Mata-Zamora M.E., Morales-Leal F, Fernández-Osorio A.L, Saniger J.M. Journal of Colloid and Interface Science, 291, 1, (2005), 175-180 DOI 10.1016/j.jcis.2005.05.005
  8. Use of Carbonaceous Polysaccharide Microspheres as Templates for Fabricating Metal Oxide Hollow Spheres Xiaoming Sun, Junfeng Liu, Yadong Li, Chemistry - A European Journal,(2005), 12, 7, 2039 – 2047, DOI 10.1002/chem.200500660
  9. Method of making manganese-zinc ferrite U.S Patent number: 4093688 (1978) Arthur Withop, Roger Emil Travagli
  10. Process for preparing lithium manganese oxides,U.S Patent number: 6706443,(2004), Horst Krampitz, Gerhard Wohner
  11. The reduction and oxidation behaviour of manganese oxides Stobhe E.R, de Boer A.D., Geus J.W., Catalysis Today. (1999), 47, 161–167. DOI 10.1016/S0920-5861(98)00296-X
  12. An in situ XRD investigation of singly and doubly promoted manganese oxide methane coupling catalysts.Moggridge G.D, Rayment T, Lambert R.M. Journal of Catalysis, (1992), 134, 242–252, DOI 10.1016/0021-9517(92)90225-7
  13. NO Decomposition over Mn2O3 and Mn3O4. Yamashita T, Vannice A., Journal of Catalysis (1996),163, 158–168, DOI 10.1006/jcat.1996.0315
  14. Selective reduction of nitrobenzene to nitrosobenzene over different kinds of trimanganese tetroxide catalysts.Wang W.M., Yang Y.N., Zhang J.Y., Applied Catalysis A. (1995), 133, 1, 81–93 DOI 10.1016/0926-860X(95)00186-7
  15. Catalytic combustion of C3 hydrocarbons and oxygenates over Mn3O4. Baldi M, Finocchio E, Milella F, Busca G., Applied Catalysis B. (1998), 16, 1, 43–51, DOI 10.1016/S0926-3373(97)00061-1
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