d區過渡金屬

錳的化學

錳是可變氧化態的櫥窗展品。沒有哪個第一行過渡金屬能像它這樣橫跨如此寬廣的範圍——從 +2 一直到 +7——而每種態都有自己的外貌和行為。深紫色的高錳酸鉀用來清潔傷口、處理水、在實驗室裡滴定,是最熟悉的一張臉,但你用完的電池裡那種黑色固體、錳(II) 鹽的粉紅色、老石頭上的褐色斑跡,也都是錳。

最穩定的日常狀態是錳(II),一個 d5 離子。它淡粉的顏色極其微弱,恰恰是因為 d5 高自旋的排佈使所有可能的 d-d 躍遷都雙重禁阻,所以它幾乎不吸收可見光。錳(IV) 以不溶的黑棕色二氧化錳 MnO2 出現,那是乾電池裡的固體,也是有用的氧化劑。皇冠屬於錳(VII):高錳酸根離子 MnO4-,濃烈的紫色並非來自 d-d 躍遷(Mn7+ 沒有 d 電子),而是來自一個強烈的電荷轉移帶,它在酸性和鹼性中都是猛烈的氧化劑。在強鹼性溶液中能生成綠色的錳酸根(VI) 離子 MnO4 2-,它在酸性中會出名地歧化,同時分裂成紫色的高錳酸根和棕色的 MnO2。

錳貫穿於技術與生命之中。它在煉鋼中不可或缺(它清除硫和氧、使合金更堅韌),高錳酸鹽是日常的氧化劑和消毒劑,MnO2 則為無數電池供過電。在生物裡,一團錳原子坐在光系統 II 的核心,那是光合作用中裂解水、釋放出我們呼吸的氧氣的催化劑。錳所擁有的寬廣的穩定態和亞穩態範圍,正是它作為工業試劑和生物催化劑都如此有用的原因。

錳酸根(VI),即綠色的 MnO4 2- 離子,在酸性中歧化:3 MnO4 2- + 4 H+ 生成 2 MnO4- + MnO2 + 2 H2O。一個錳(VI) 被氧化到紫色的高錳酸鹽(VII),而兩個被還原到棕色的錳(IV) 氧化物——同一種元素同時分裂成一個更高態和一個更低態。

綠色的錳酸根(VI) 在酸性中同時歧化成紫色的高錳酸鹽(VII) 和棕色的 MnO2(IV)。

高錳酸根濃烈的紫色是電荷轉移帶,不是 d-d 躍遷——錳(VII) 沒有 d 電子,根本無法做 d-d 躍遷。相比之下,錳(II) 那淡淡的粉色是真正的、但極弱的 d-d 顏色,弱是因為 d5 躍遷屬於自旋禁阻。

又稱
manganese