Diagrama de Pourbaix del Manganes
Alumno: Sánchez Castillo, Rodrigo Mauricio
I) Diagrama de Pourbaix Un diagrama de Pourbaix traza un equilibrio estable en las ases de un sistema electroqu!mico acuoso" #os l!mites de iones $redominantes son re$resentados $or l!neas" Como tal, la com$rensi%n de un diagrama de Pourbaix es similar a la del diagrama de ase" &l diagrama tiene el nombre de Marcel Pourbaix, qu!mico ruso que lo cre%" #os diagramas de Pourbaix tambi'n son conocidos como los diagramas de &h($), debido a la rotulaci%n de los dos e*es" &l e*e +ertical se denomina &h $ara el $otencial de +olta*e con res$ecto al electrodo estándar de hidr%geno S)&-, calculada $or la ecuaci%n de .ernst" #a /h/ signi0ca hidr%geno, aunque normalmante se $ueden utilizar otros elementos"
&l e*e horizontal es la etiqueta de $) $ara el registro de unci%n de la concentraci%n de iones del hidr%geno"
#as l!neas de los iones se dibu*an en una unidad alrededor de 1 M- 2 re$resentan el equilibrio de la concentraci%n" #as l!neas adicionales se $ueden sacar $ara otras concentraciones, $or e*em$lo, 13(4 M o 13(5 M Si bien estos diagramas se $ueden extraer de cualquier sistema qu!mico, es im$ortante se6alar que la adici%n de un agente de uni%n de metal ligando- a menudo se modi0cará el esquema"
Además, la tem$eratura 2 la concentraci%n de iones en disoluci%n sol+atada cambiará las l!neas de equilibrio de acuerdo con la ecuaci%n de .ernst" Un diagrama sim$li0cado de Pourbaix indica las regiones de /inmunidad/, /corrosi%n/ 2 /$asi+idad/, en lugar de las es$ecies estables" De este modo, dará una gu!a $ara la estabilidad de un metal en un entorno es$ec!0co" 7nmunidad signi0ca que el metal no es atacado, mientras que muestra la corrosi%n que se $roduce el ataque general" Pasi+aci%n se $roduce cuando el metal orma una ca$a estable de un %xido u otra sal en su su$er0cie, el me*or e*em$lo es la relati+a estabilidad de aluminio debido a la ca$a de al8mina ormada en su su$er0cie cuando se ex$one al aire"
II) Manganeso
Características principales
Manganeso $uro &l manganeso es un metal de transici%n blanco grisáceo, $arecido al hierro" &s un metal duro 2 mu2 rágil, reractario 2
ácilmente oxidable" &l manganeso metal $uede ser erromagn'tico, $ero s%lo des$u's de surir un tratamiento es$ecial" Sus estados de oxidaci%n más comunes son 9, 4, ;, 5 2 <, aunque se han encontrado com$uestos con todos los n8meros de oxidaci%n desde 1 a <= los com$uestos en los que el manganeso $resenta estado de oxidaci%n < son agentes oxidantes mu2 en'rgicos" Dentro de los sistemas biol%gicos, el cati%n Mn9 com$ite recuentemente con el Mg9
Usos del manganeso &l manganeso es un metal mu2 im$ortante que se utiliza en una gran +ariedad de a$licaciones dierentes" Si alguna +ez te has $reguntado $ara qu' sir+e el manganeso, a continuaci%n tienes una lista de sus $osibles usos: •
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&l traquetreo de los motores se reducen mediante el uso de un com$uesto de manganeso que se a6ade a la gasolina sin $lomo" &sto aumenta el octana*e del combustible" &l manganeso se utiliza en las bater!as desechables estándar" &l manganeso es esencial $ara $roducir acero 2 el hierro" &l manganeso es un com$onente esencial $ara la abricaci%n de acero inoxidable de ba*o costo" &l manganeso es aleado con aluminio $ara $roducir un metal que es más resistente a la corrosi%n" #a ma2or!a de las latas de aluminio $ara bebidas contienen entre 3,>? 2 1,@? de manganeso" &n qu!mica, el %xido de manganeso se utiliza $ara oxidar alcohol benc!lico" #a contaminaci%n de hierro $ueden hacer que el +idrio se tinte de color +erde" a desde tiem$os antiguos se a6ade un com$uesto de manganeso al +idrio contrarrestar este eecto"
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&l ox!geno 2 el cloro se $rocesan utilizando di%xido de manganeso" &ste mismo com$uesto es tambi'n un $igmento marr%n que se $uede utilizar $ara hacer $intura" &l +idrio 2 la cerámica se $ueden colorear mediante di+ersos com$uestos de manganeso" &n algunas $artes del mundo, el manganeso se utiliza $ara abricar monedas"
Abundancia y obtención &s el duod'cimo elemento más abundante en la corteza terrestre 2 está am$liamente distribuido" Se encuentra en cientos de minerales, aunque s%lo una docena tiene inter's industrial" Destacan: $irolusita MnB9-, $silomelana MnB9)9B-, manganita MnBB)--, braunita 4Mn9B4MnSiB4-, rodonita MnSiB4-, rodocrosita MnCB4-, hbnerita MnEB;-, etc" Fambi'n se ha encontrado en n%dulos marinos, en donde el contenido en manganeso oscila entre un 1@ 2 un 43?, 2 en donde ser!a $osible extraerlo" #os $a!ses con ma2ores 2acimientos de minerales de manganeso son Sudárica, Ucrania, Goli+ia 2 China" &l metal se obtiene $or reducci%n de los %xidos con aluminio, 2 el erromanganeso se obtiene tambi'n reduciendo los %xidos de hierro 2 manganeso con carbono"
Compuestos
Hxido de manganeso" &l $ermanganato de $otasio, IMnB;, es un reacti+o de laboratorio mu2 com8n debido a sus $ro$iedades oxidantes" &l di%xido de manganeso, MnB9 se em$lea como des$olarizador en $ilas secas" Fambi'n se $uede usar $ara decolorar +idrio que $resente color +erde debido a la $resencia de trazas de hierro" &ste %xido tambi'n se em$lea $ara dar color amatista al +idrio, 2 es res$onsable del color de la amatista una +ariedad del cuarzo-" Además, se utiliza en la $roducci%n de cloro 2 ox!geno" Algunas monedas de Aluminio contienen Manganeso como aleaci%n"
III) Diagrama de Pourbaix para Mn a 25 oC
1- Considerando: Mn J Mn 9 J MnB)-9 J Mn4B; Datos: &s$eci e Mn Mn9
0
Energía Libre deGibbs , ∆ G r
3 (@4"45
MnB) -9 Mn4B; )9B )
(1;4"1 (435"99 (@5"5K 3
9-
4- Calculamos el cambio de energ!a libre de cada una de las reacciones establecidas a la tem$eratura deseada Reacci%n 1:
•
−¿ ¿ 2 +¿+ 2 e Mn→ Mn
¿
0
∆ Gr 1=−53.36 −0 =−53.36
Reacci%n 9:
•
−¿ → Mn+ 2 H 2 O +¿+ 2 e¿ ¿ Mn ( OH )2 + 2 H ∆ Gr 2 =2 ( 0 )+ 2 (−56.69 )−(−143.1 + 2 ( 0))−0 =29.72 0
Reacci%n 4:
•
−¿ ¿ +¿+ 8 e
¿
3 Mn + 4 H 2 O→Mn 3 O4 + 8 H
∆ Gr 3 =−306.22 + 8 ( 0 )−( 3 ( 0 ) + 4 (−56.69 ) )−0 =−79.46 0
Reacci%n ;:
•
2 +¿+2 H 2 O
+¿ → Mn¿ ¿ Mn( OH )2 + 2 H ∆ Gr 4=143.1−2 ( 0 ) + ( −53.36 +2 (−56.69 ) )−0 =−23.64 0
Reacci%n @:
•
−¿ +¿+ 2e ¿
¿
2 +¿+ 4 H 2 O→Mn 3 O 4 + 8 H ¿ 3 Mn
∆ Gr 5 =−306.22 + 8 ( 0 )−( 3 (−53.36 ) + 4 (−56.69 ) ) −0= 80.62 0
Reacci%n 5:
•
−¿ → 3 Mn ( OH )2 +¿+ 2 H 2 O + 2 e¿ ¿ Mn 3 O4 + 2 H ∆ Gr 6 =3 (−143.1 )− (−306.22 +2 ( 0 ) + 2 (−56.69 ) )−0 =−9.7 0
;- Ahora hallamos las ecuaciones de las rectas de acuerdo a la siguiente ecuaci%n: −∆ G 0r RT Eh= − ln K nF
nF
Considerar una concentraci%n $ara iones de 1M, calculamos $ara cada reacci%n
•
Reacci%n 1: 2 +¿ ¿ Mn
¿ ¿
a Mn
¿ ¿ ¿
−3 53.36 −1.98 x 10 x 298 x 2.303 − Eh= log ¿ −
2 x 23.06
2 x 23.06
Eh=−1.1570 + 0.0295 log (( 1)− log ( 1 ))
Eh=−1.1570
•
Reacci%n 9: +¿¿
H
¿ ¿2
a Mn( OH ) x ¿
¿
2
a Mn x a H O
¿ ¿
Eh=
− 29.72 2 x 23.06
−
2
−1.98 x 10−3 x 298 x 2.303 2 x 23.06
log ¿
+¿¿
H
[ ¿)
¿
( 1) ¿ log ( 2 )+ log ( 1 )−2log ¿ Eh=−0.6444 + 0.0295 ¿ Eh=−0.6355− 0.059 pH
•
Reacci%n 4: +¿¿
H
¿ ¿8 ¿ ¿
a Mn O x ¿ 3
¿ ¿
4
−3 79.46 −1.98 x 10 x 298 x 2.303 − Eh= log ¿ −
8 x 23.06
8 x 23.06
+¿¿
H
[¿)
¿
(4 ) ¿ ( ) log 1 + 8log ¿ Eh=−0.4307 + 0.007375 ¿ Eh=−0.4386 + 0.059 pH
•
Reacci%n ;:
Para esta reacci%n 2a que no se tiene electrones se cum$le la siguiente ecuaci%n:
0
n =0 → ∆G r =− RT log K
Reem$lazando: 2 +¿ ¿ Mn
¿
x a H O 2
¿ +¿¿
H
¿ ¿2 ¿ ¿ ¿ ¿
−3
23.64 =−1.98 x 10 x 298 x 2.303 x log ¿
+¿¿
H
[ ¿)
¿
( 2) ¿ −log ( 1 ) −2log ¿ 23.64 =−1.36 ¿ ph=8.84
•
Reacci%n @:
2 +¿ ¿ Mn
¿
x a H O 2
¿ +¿¿
H
¿ ¿8 ¿ ¿ ¿ ¿
−3
80.62 −1.98 x 10 x 298 x 2.303 Eh= log ¿ − 2 x 23.06 2 x 23.06
+¿¿
H
[¿ )
¿
(4 ) ¿ −log ( 1 )−8log ¿ Eh=1.7480 + 0.0295 ¿ Eh=1.7681− 0.236 pH
•
Reacci%n 5: +¿¿
H
¿
2
¿ x a H O ¿ a Mn O x ¿ 2
3
4
a Mn ( OH )
¿ ¿
2
−3
9.7 −1.98 x 10 x 298 x 2.303 Eh= log ¿ − 2 x 23.06 2 x 23.06
+¿¿
H
[¿ )
¿
( 3) ¿ −log ( 1 )−2log ¿ Eh=0.2103 + 0.0295 ¿ Eh=0.2154 −0.059 pH
@- De acuerdo a las ecuaciones de las rectas obtenidas, dibu*amos el diagrama de Pourbaix del Manganeso
