Química del manganeso

El manganeso es un metal de transición con numero atómico 25 y de aspecto metálico brillante. Su nombre se debe a la región de magnesia, en Grecia, que es rica en minerales de manganeso. Fue identificado por primera vez por Johan Gottlieb Gahn en 1774.

Al ser un metal de transición, exhibe una gran cantidad de estados de oxidación que le permite generar una gran cantidad de compuestos con diversas propiedades químicas y físicas. Las aplicaciones de los compuestos de manganeso van desde la investigación hasta la industria, pasando por ser un elemento vital en muchos procesos biológicos, aunque en grandes cantidades, es neurotóxico.

Fundamentación teórica

Los estados de oxidación más comunes del manganeso son +2, +3, +4, +6 y +7, aunque se han identificado compuestos en los cuales tienen estados desde -3 hasta +7. Los compuestos del ion permanganato (MnO4), así como algunos oxihaluros (MnO3F y MnO3Cl) son poderosos agentes oxidantes.

Los compuestos de manganeso exhiben una gran cantidad de colores, que van desde un rosado pálido para compuestos de Mn+2 como el sulfato de manganeso (II) y cloruro de manganeso (II). Los compuestos de manganeso (III) se caracterizan por un intenso color rojo-purpura gracias al efecto Jahn-Teller.

El manganeso es un elemento esencial para la producción de acero, aleaciones con aluminio y en química orgánica como agente oxidante y heteroátomo en compuestos organometálicos. También sus compuestos son empleados como pigmentos y en la coloración de cerámicas y vidrio, así como en mezclas de cemento.

EL manganeso juega un papel vital en muchos procesos biológicos al ser cofactor de muchas enzimas como oxidorreductasas, transferasas, hidrolasas entre muchas más. La exposición a niveles elevados de manganeso genera la condición llamada manganismo, un desorden neurodegenerativo que causa muerte neuronal dopaminérgico y síntomas similares al Parkinson.

Materiales

  • 3 Erlenmeyer de 25 mL
  • Pipeta aforada de 1 mL
  • 3 agitadores magnéticos pequeños
  • Plancha de agitación
  • Micro-bureta*
  • Soporte para micro-bureta*

Reactivos

  • Solución de permanganato de potasio 0.01 M
  • Solución de ácido sulfúrico 0.1 M
  • Solución de sulfito acido de sodio 0.02 M
  • Solución de hidróxido de sodio 0.1 M

* en caso de no disponer de micro-bureta, se pueden evaluar los volúmenes de las soluciones a manejar.

Procedimiento

En cada uno de los Erlenmeyer colocar 2 mL de la solución de permanganato de potasio y un agitador magnético. Realizar un montaje con la plancha de agitación y el soporte para micro-bureta y la micro-bureta. Colocar un papel blanco sobre la plancha de agitación para facilitar la observación del color de la solución en todo momento. Llenar la micro-bureta con solución de sulfito acido de sodio.

Reacción del ion permanganato en medio ácido

Tomar uno de los Erlenmeyer con permanganato de potasio y agregar 2 mL de ácido sulfúrico. Iniciar el sistema de agitación para lograr una homogenización a velocidad moderada.

Añadir la solución de sulfito al Erlenmeyer gota a gota y observar la coloración de la solución. A medida que el sulfito gotea, el manganeso pasa de estado de oxidación +7 a manganeso +2, de color canela claro. Cuando se observa un cambio total de coloración, detener el goteo y anotar el volumen gastado de solución de sulfito. Marcar el Erlenmeyer y reservar.

Reacción del ion permanganato en medio neutro

Tomar otro de los Erlenmeyer con permanganato de potasio y colocarlo en el montaje de valoración. Enrasar la micro-bureta a 0 e iniciar el sistema de agitación para lograr una homogenización a velocidad moderada.

Añadir la solución de sulfito al Erlenmeyer gota a gota y observar la coloración de la solución. A medida que el sulfito gotea, el manganeso pasa de estado de oxidación +7 a manganeso +4, de color café. Cuando se observa un cambio total de coloración, detener el goteo y anotar el volumen gastado de solución de sulfito. Marcar el Erlenmeyer y reservar.

Reacción del ion permanganato en medio básico

Tomar el último de los Erlenmeyer con permanganato de potasio y añadir 2 mL de solución de hidróxido de sodio, colocarlo en el montaje de valoración. Enrasar la micro-bureta a 0 e iniciar el sistema de agitación para lograr una homogenización a velocidad moderada.

Añadir la solución de sulfito al Erlenmeyer gota a gota y observar la coloración de la solución. A medida que el sulfito gotea, el manganeso pasa de estado de oxidación +7 a manganeso +6, de color verde oscuro. Cuando se observa un cambio total de coloración, detener el goteo y anotar el volumen gastado de solución de sulfito. Marcar el Erlenmeyer y reservar.

Después del experimento

Comparar los colores de los tres Erlenmeyer y anotar sus características. Comparar los volúmenes de sulfito acido de sodio gastados y explicar porque son diferentes en cada caso.

Escribir las reacciones y semirreacciones que se presentaron en cada Erlenmeyer de manera balanceada.

¿Qué otros elementos pueden exhibir tantos estados de oxidación y que características físicas presentan dichos estados?

Nota

Si no se dispone de equipo de micro-bureta, se pueden evaluar los volúmenes y concentraciones de los reactivos a emplear en la actividad para poder emplear una bureta tradicional. También se puede improvisar un equipo de micro-bureta con un sistema de goteo medico y una jeringa con la escala debida.

Recomendaciones de seguridad

En todo momento se deben utilizar los elementos de seguridad básicos en el laboratorio de química (bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad y demás que sean exigidos por las normas internas, locales o nacionales. Los residuos generados por la práctica deben ser dispuestos de manera adecuada según las normas de laboratorio y las normas locales y nacionales respectivas.

Mayor información

7: Electrical Conductivity of Aqueous Solutions (Experiment)

Clasificación

Nivel: Universitario

Tipo: Practica de enseñanza

Riesgo: medio