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、[酸マンガン] (Mn₃O₄)が生成します。一方、[水マンガン]を脱[[水し、さらに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、二マンガンと亜鉛の反応によって化[[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][結晶構造は、他の遷移金属化物とは異なり、[[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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