酸化マンガン(III)

[酸]]化[[マンガン]：性質、構造、そして合成法

[酸]]化マンガン]は、[[化学式Mn₂O₃で表されるマンガン酸化物です。天然ではビクスビ鉱として産出しますが、人工的な合成も可能です。本稿では、その性質、結晶構造、そして様々な合成法について詳細に解説します。

物性と合成

[酸]]化マンガン]は、二[酸化マンガン]を800℃以下の空気中で加熱することで得られます。より高温では、[酸化マンガン] (Mn₃O₄)が生成します。一方、[水酸化マンガン]を脱[[水し、さらに酸化させることによっても合成できます。

近年では、ナノ結晶の[酸]]化マンガン]の合成法も盛んに研究されています。[マンガン]塩の[酸化や、二酸化マンガンの還元といった手法が報告されています。また、アルカリ性溶液中での酸化還元反応を利用した合成法も存在します。例えば、以下の反応式に示すように、二酸化マンガンと亜鉛の反応によって酸化[[マンガン]が生成します。

2MnO₂ + Zn → Mn₂O₃ + ZnO

ここで重要なのは、[酸]]化マンガン]をオキシ[水酸化マンガン] (MnOOH)と混同しないことです。MnOOHは300℃で分解し、二[[酸化マンガンを生成するのに対し、Mn₂O₃はMnO₂を加熱することで生成されます。両者は異なる化合物であり、性質も異なります。

結晶構造

[酸]]化マンガン]の[結晶構造は、他の遷移金属酸化物とは異なり、[[コランダム]型構造ではありません。一般的には、α-Mn₂O₃とγ-Mn₂O₃の2種類の構造が知られています。高圧条件下では、CaIrO₃型の構造も報告されています。

α-Mn₂O₃は、C型希土類セスキ酸化物に似た立方晶系の鉄マンガン鉱構造(ピアソン記号 cI80、空間群 Ia3、#206)をとります。この構造においては、少量のFe³⁺イオンの存在が、斜方晶系のMn₂O₃を安定化させる役割を果たすことが知られています(ピアソン記号 oP24、空間群 Pbca、#61)。

一方、γ-Mn₂O₃は、[酸]]化[[マンガン]のスピネル構造と類似した構造を持ちます。これは、γ-Fe₂O₃とFe₃O₄の関係に似ています。γ-Mn₂O₃はネール温度39Kでフェリ磁性を示すことが確認されています。

まとめ

[酸]]化マンガン]は、その合成法の多様性と特異な[[結晶構造から、近年注目を集めている物質です。様々な分野への応用が期待されており、更なる研究開発が進むことで、その潜在能力が解き明かされていくと考えられます。今後の研究の進展により、新たな性質や用途が発見される可能性も高く、継続的な注目が必要な物質です。

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