Où le manganèse est-il utilisé ? Le manganèse et ses caractéristiques. Rôle biologique du manganèse

Désignation - Mn (manganèse) ;
Période - IV ;
Groupe - 7 (VIIb);
Masse atomique - 54,938046 ;
Numéro atomique - 25 ;
Rayon atomique = 127 pm ;
Rayon covalent = 117 pm ;
Distribution électronique - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 ;
température de fusion = 1244°C ;
point d'ébullition = 1962°C ;
Electronégativité (selon Pauling/selon Alpred et Rochow) = 1,55/1,60 ;
État d'oxydation : +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0 ;
Densité (n°) = 7,21 g/cm3 ;
Volume molaire = 7,35 cm 3 /mol.

Composés de manganèse :

La pyrolusite (minéral de manganèse) est connue de l'homme depuis l'Antiquité ; elle était utilisée par nos ancêtres pour clarifier le verre obtenu par fusion. Jusqu’en 1774, la pyrolusite était considérée comme un type de minerai de fer magnétique. Ce n'est qu'en 1774 que le Suédois K. Scheele réalisa que la pyrolusite contenait un métal inconnu de la science à cette époque, après quoi Yu. Gan obtint du manganèse métallique en chauffant la pyrolusite dans un poêle avec du charbon. « Manganèse » a reçu son nom au début du 19ème siècle (de l'allemand Manganerz - minerai de manganèse).

Le manganèse se classe au 14ème rang parmi tous les éléments chimiques abondants en la croûte terrestre. La majeure partie du manganèse se trouve dans les roches basiques. Les gisements indépendants de manganèse sont extrêmement rares, le plus souvent ce métal accompagne le fer dans plusieurs de ses minerais. Une grande quantité de manganèse est contenue dans les nodules de fer-manganèse situés dans la partie inférieure de l'océan mondial.

Minéraux riches en manganèse :

pyrolusite - MnO 2 · n H2O
manganite - MnO(OH)
spath de manganèse - MnCO 3
braunite - 3Mn 2 O 3 MnSiO 3

Riz. Structure de l'atome de manganèse.

La configuration électronique de l'atome de manganèse est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 (voir Structure électronique des atomes). Dans l'éducation liaisons chimiques avec d'autres éléments, 2 électrons situés au niveau externe 4s + 5 électrons du sous-niveau 3d (7 électrons au total) peuvent donc participer aux composés, le manganèse peut prendre des états d'oxydation de +7 à +1 (les plus courants sont + 7, +2) . Le manganèse est un métal réactif. Semblable à l'aluminium à température ambiante réagit avec l'oxygène contenu dans air atmosphérique, avec formation d'un film d'oxyde protecteur durable qui empêche une oxydation supplémentaire du métal.

Propriétés physiques du manganèse :

métal argenté blanc;
solide;
fragile quand n. toi.

Il existe 4 modifications connues du manganèse : la forme α ; forme β ; forme γ ; Forme δ.

Jusqu'à 710°C, la forme α est stable et, lors d'un chauffage supplémentaire, passe successivement par toutes les modifications vers la forme δ (1137°C).

Propriétés chimiques du manganèse

le manganèse (poudre) réagit facilement avec l'oxygène, formant des oxydes dont la nature dépend de la température de réaction :
- 450°C - MnO 2 ;
- 600°C - Mn2O3 ;
- 950°C - Mn 3 O 4 ;
- 1300°C - MnO.
Lorsqu'il est chauffé, le manganèse finement broyé réagit avec l'eau pour libérer de l'hydrogène :
Mn + 2H 2 O = Mn(OH) 2 + H 2 ;
Lorsqu'il est chauffé, le manganèse (poudre) réagit avec l'azote, le carbone, le soufre, le phosphore :
Mn + S = MnS ;
réagit activement avec les acides chlorhydrique et sulfurique dilués, libérant de l'hydrogène :
Mn + 2HCl = MnCl 2 + H 2;
réagit avec dilué acide nitrique:
3Mn + 8HNO 3 = 3Mn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

Application et production de manganèse

Obtention du manganèse :

le manganèse pur est obtenu par électrolyse de solutions aqueuses de MnSO 4 additionnées de (NH 4) 2 SO 4 à pH = 8-8,5 : anode - plomb ; cathode - acier inoxydable(les flocons de manganèse sont retirés des cathodes) ;
du manganèse moins pur est obtenu à partir de ses oxydes par des méthodes métallothermiques :
- aluminothermie :
  4Al + 3MnO 2 = 3Mn + 2Al 2 O 3 ;
- Siliconthermie :
  Si + MnO 2 = Mn + SiO 2.

Applications du manganèse :

en métallurgie, le manganèse est utilisé pour lier le soufre et l'oxygène :
Mn + S = MnS ; 2Mn + O2 = 2MnO ;
comme additif d'alliage dans la fusion de divers alliages (le manganèse offre une résistance à la corrosion, une ténacité et une dureté) :
- manganine- un alliage de manganèse avec du cuivre et du nickel ;
- ferromanganèse- alliage de manganèse avec du fer ;
- bronze au manganèse- un alliage de manganèse et de cuivre.
Le permanganate de potassium est utilisé depuis longtemps comme antiseptique agissant uniquement à la surface de la peau et des muqueuses.

Rôle biologique manganèse:

Le manganèse fait partie des dix « métaux vitaux » nécessaires au fonctionnement normal des cellules animales et végétales.

Le corps d'un adulte contient environ 12 mg de manganèse, qui participe à la formation de complexes protéiques et fait également partie de certains acides nucléiques, acides aminés, enzymes (arginase et cholinestérase).

Le manganèse, avec le magnésium, participe à l'activation de l'hydrolyse de l'ATP, fournissant ainsi de l'énergie à la cellule vivante.

Les ions manganèse sont impliqués dans l'activation de la nucléase - cette enzyme est nécessaire à la décomposition des acides nucléiques en nucléotides.

Le manganèse est un élément chimique situé dans le tableau périodique sous le numéro atomique 25. Ses voisins sont le chrome et le fer, ce qui provoque la similitude des propriétés physiques et chimiques de ces trois métaux. Son noyau contient 25 protons et 30 neutrons. La masse atomique de l'élément est de 54,938.

Propriétés du manganèse

Le manganèse est un métal de transition de la famille D. Sa formule électronique est la suivante : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. La dureté du manganèse sur l’échelle de Mohs est évaluée à 4. Le métal est assez dur, mais en même temps cassant. Sa conductivité thermique est de 0,0782 W/cm*K. L'élément se caractérise par une couleur blanc argenté.

Ils sont quatre connu de l'homme, modifications métalliques. Chacun d'eux est caractérisé par une stabilité thermodynamique à certains conditions de température. Ainsi, l'a-manganèse a une structure assez complexe et présente sa stabilité à des températures inférieures à 707 0 C, ce qui détermine sa fragilité. Cette modification du métal contient 58 atomes dans sa cellule élémentaire.

Le manganèse peut avoir des états d'oxydation complètement différents - de 0 à +7, tandis que +1 et +5 sont extrêmement rares. Lorsque le métal interagit avec l’air, il devient passivé. Le manganèse en poudre brûle dans l'oxygène :

Mn+O2=MnO2

Si vous agissez sur du métal température élevée, c'est à dire. chauffé, il se décompose en eau avec déplacement d'hydrogène :

Mn+2H0O=Mn(OH)2+H2

Il convient de noter que l'hydroxyde de manganèse, dont la couche se forme à la suite de la réaction, ralentit le processus de réaction.

L'hydrogène est absorbé par le métal. Plus la température augmente, plus sa solubilité dans le manganèse augmente. Si la température dépasse 12 000 °C, le manganèse réagit avec l'azote, entraînant la formation de nitrites de compositions différentes.

Le métal interagit également avec le carbone. Le résultat de cette réaction est la formation de carbures, ainsi que de siliciures, de borures et de phosphures.

Le métal résiste à l'exposition aux solutions alcalines.

Il est capable de former les oxydes suivants : MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3 dont le dernier n'est pas isolé à l'état libre, ainsi que l'anhydride de manganèse Mn 2 O 7. À conditions normales existence, l'anhydride de manganèse est une substance huileuse liquide de couleur vert foncé qui n'a pas beaucoup de stabilité. Si la température est portée à 90 0 C, alors la décomposition de l'anhydride s'accompagne d'une explosion. Parmi les oxydes qui présentent la plus grande stabilité figurent Mn 2 O 3 et MnO 2, ainsi que l'oxyde combiné Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2, ou sel de Mn 2 MnO 4).

Oxydes de manganèse :

Lors de la fusion de la pyrolusite et des alcalis en présence d'oxygène, une réaction se produit avec formation de manganates :

2MnO 2 +2KOH+O 2 =2K 2 MnO 4 +2H 2 O

La solution de manganate se caractérise par une couleur vert foncé. Si elle est acidifiée, une réaction se produit et la solution devient pourpre. Cela est dû à la formation de l'anion MnO 4 −, à partir duquel précipite un précipité d'oxyde-hydroxyde de manganèse brun.

L'acide manganèse est fort, mais ne présente pas de stabilité particulière et sa concentration maximale autorisée ne dépasse donc pas 20 %. L'acide lui-même, comme ses sels, agit comme un puissant agent oxydant.

Les sels de manganèse ne sont pas stables. Ses hydroxydes se caractérisent par un caractère basique. Le chlorure de manganèse se décompose lorsqu'il est exposé à des températures élevées. C'est ce schéma qui est utilisé pour produire du chlore.

Applications du manganèse

Ce métal n'est pas rare, c'est l'un des éléments communs : sa teneur dans la croûte terrestre est de 0,03% de nombre total atomes. Il occupe la troisième place dans le classement des métaux lourds, qui comprennent tous les éléments de la série de transition, devançant le fer et le titane. Les métaux lourds sont ceux dont le poids atomique dépasse 40.

Le manganèse peut être trouvé en petites quantités dans certains rochers Oh. Fondamentalement, la localisation de ses composés oxygénés se trouve sous la forme du minéral pyrolusite - MnO 2.

Le manganèse a de nombreuses utilisations. Il est nécessaire à la production de nombreux alliages et produits chimiques. Sans manganèse, les organismes vivants ne peuvent exister, car il agit comme un oligo-élément actif et est également présent dans presque tous les organismes vivants et végétaux. Le manganèse a un effet positif sur les processus hématopoïétiques des organismes vivants. On le retrouve également dans de nombreux aliments.

Le métal est un élément indispensable en métallurgie. C'est le manganèse qui est utilisé pour éliminer le soufre et l'oxygène de l'acier lors de sa production. Ce procédé nécessite de gros volumes de métal. Mais il faut dire que ce n'est pas du manganèse pur qui est ajouté à la masse fondue, mais son alliage avec le fer, appelé ferromanganèse. Il est obtenu par réaction de réduction de la pyrolusite avec du charbon. Le manganèse agit également comme élément d’alliage pour les aciers. Grâce à l'ajout de manganèse aux aciers, leur résistance à l'usure augmente considérablement et ils deviennent également moins sensibles aux contraintes mécaniques. La présence de manganèse dans les métaux non ferreux augmente considérablement leur solidité et leur résistance à la corrosion.

Le dioxyde de métal a trouvé son utilisation dans l'oxydation de l'ammoniac et participe également aux réactions organiques et aux réactions de décomposition des sels inorganiques. DANS dans ce cas le dioxyde de manganèse agit comme un catalyseur.

L'industrie céramique ne peut pas non plus se passer du manganèse, où le MnO 2 est utilisé comme colorant noir et brun foncé pour les émaux et les émaux. L'oxyde de manganèse est hautement dispersé. Il possède une bonne capacité d'adsorption, grâce à laquelle il devient possible d'éliminer les impuretés nocives de l'air.

Le manganèse est introduit dans le bronze et le laiton. Certains composés métalliques sont utilisés en synthèse organique fine et en synthèse organique industrielle. L'arséniure de manganèse se caractérise par un gigantesque effet magnétocalorique, qui devient nettement plus fort s'il est exposé à une pression élevée. Le tellurure de manganèse constitue un matériau thermoélectrique prometteur.

En médecine, l'utilisation du manganèse, ou plutôt de ses sels, est également appropriée. Ainsi, une solution aqueuse de permanganate de potassium est utilisée comme antiseptique, et vous pouvez également laver les plaies, vous gargariser, lubrifier les ulcères et les brûlures. Pour certaines intoxications aux alcaloïdes et aux cyanures, sa solution est même indiquée pour une administration orale.

Important: Malgré le nombre énorme aspects positifs utilisation du manganèse, dans certains cas ses composés peuvent avoir un effet néfaste sur le corps humain et même avoir un effet toxique. Oui, maximum valeur valide la concentration de manganèse dans l'air est de 0,3 mg/m3. En cas d'intoxication prononcée par la substance, le système nerveux humain est affecté, caractérisé par le syndrome parkinsonien au manganèse.

Obtention du manganèse

Le métal peut être obtenu de plusieurs manières. Parmi les méthodes les plus populaires figurent les suivantes :

aluminothermique. Le manganèse est obtenu à partir de son oxyde Mn 2 O 3 par une réaction de réduction. L'oxyde, à son tour, se forme lors de la calcination de la pyrolusite :

4MnO 2 = 2Mn 2 O 3 +O 2

Mn 2 O 3 +2Al = 2Mn+Al 2 O 3

réparatrice. Le manganèse est obtenu par réduction du métal avec du coke provenant de minerais de manganèse, ce qui entraîne la formation de ferromanganèse (un alliage de manganèse et de fer). Cette méthode est la plus courante, car la majeure partie de l'extraction totale des métaux est utilisée lors de la production de divers alliages, dont le composant principal est le fer ; par conséquent, le manganèse n'est pas extrait des minerais de forme pure, et en fusion avec lui ;
électrolyse. Le métal sous sa forme pure est obtenu selon cette méthode à partir de ses sels.

Sels de manganèse (II)

Propriétés chimiques

Reçu

Hydroxyde de manganèse (II)

Propriétés chimiques

L'oxyde de manganèse (II) fait partie des oxydes basiques et possède toutes leurs propriétés. Il correspond à l'hydroxyde instable Mn(OH) 2.

Hydroxyde de manganèse (II) - Mn(OH) 2 - une substance légèrement insoluble dans l'eau Couleur rose.

La principale méthode de production est le traitement alcalin des sels de manganèse (II) :

MnSO 4 + 2NaOH → Mn(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Dans l'air, il est oxydé en hydroxyde de manganèse (IV) :

2Mn(OH) 2 ↓ + O 2 + 2H 2 O → 2Mn(OH) 4 ↓

Montre toutes les propriétés des bases insolubles dans l’eau.

Tous les sels de manganèse (II) dans les réactions redox se produisant dans les solutions sont des agents réducteurs :

3Mn(NON 3) 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → 5MnO 2 + 4HNO 3 + 2KNO 3

Les sels de manganèse (II) ne s'hydrolysent pas, formant de forts complexes aquatiques :

Mn 2+ + 6H 2 O → 2+

MnCl 2 + 6H 2 O → Cl 2

Les sels de manganèse (II) forment des complexes.

Mn(CN) 2 est un composé blanc insoluble, du fait de la complexation, il se dissout en présence de KCN :

4KCN + Mn(CN) 2 = Hexocianomanganate de potassium K 4

De même:

4KF + MnF2 = K4

2KCl + MnCl 2 = K 2

Composés de manganèse (III)

Mn 2 O 3 – oxyde amphotère, avec une prédominance de propriétés basiques.

Mn 2 O 3 + 6HF = 2MnF 3 + 3H 2 O

Mn +3 2 O 3 + NaOH = 2NaMnO 2 + H 2 O (t)

Mn(OH) 3 – Mn 3+ hydroxyde- composé amphotère, à prédominance de propriétés basiques :

Mn(OH) 3 ↔ HMnO 2

Composés de manganèse (IV)

Les principaux composés du manganèse tétravalent comprennent l'oxyde de manganèse (IV). MnO2, ainsi que l'acide permanganeux H2MnO3– très instable, se décomposant facilement en oxyde de manganèse (IV) et en eau.

Le composé le plus puissant du manganèse (IV) est un oxyde brun foncé, insoluble dans l'eau. Il s'agit d'un composé amphotère, mais les propriétés correspondantes sont extrêmement faiblement exprimées.

amphotéricité

MnO 2 + 4HF = MnF 4 + 2H 2 O

MnO 2 + 2NaOH = Na 2 MnO 3 + H 2 O

MnO 2 peut présenter des propriétés à la fois oxydantes et réductrices dans les réactions OB, selon la nature du partenaire (dualité rédox).

Beaucoup plus souvent, l'oxyde de manganèse (IV) est utilisé comme agent oxydant, réalisant des réactions en milieu acide :

MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

Dans un environnement alcalin, l'oxyde de manganèse (IV) peut également être un agent réducteur, se transformant en composés de manganèse (VI), par exemple des sels d'acide permanganate - manganates :

3MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = 3K 2 MnO 4 + KCl + 3H 2 O

Effet du pH sur la réaction OM de MnO 2

Composés de manganèse (VI)

MnO 3 – oxyde, a des propriétés acides.

H 2 MnO 4 – acide permanganique– n’existe qu’en solution.

Sels de cet acide - manganates.

Les manganates peuvent être obtenus par calcination de permanganates secs :

Les manganates sont stables en milieu très alcalin ; en milieu neutre, une réaction de dismutation se produit :

3Na 2 MnO 4 + 2H 2 O → 2NaMnO 4 + MnO 2 + 4NaOH

Composés de manganèse (VII)

Le degré d'oxydation le plus élevé du manganèse +7 correspond à oxyde acide Mn 2 O 7, acide de manganèse HMnO 4 et ses sels - permanganates.

Les composés du manganèse (VII) sont de puissants agents oxydants. Mn 2 O 7 est un liquide huileux brun verdâtre, au contact duquel les alcools et les éthers s'enflamment. L'oxyde de Mn(VII) correspond à l'acide manganèse HMnO4. Il n'existe qu'en solutions, mais est considéré comme l'un des plus forts (α - 100 %). La concentration maximale possible de HMnO 4 en solution est de 20 %. Les sels HMnO 4 – permanganates – sont les agents oxydants les plus puissants ; V solutions aqueuses, comme l'acide lui-même, ont une couleur pourpre.

Dans les réactions redox, les permanganates sont de puissants agents oxydants. Selon la réaction du milieu, ils sont réduits soit en sels de manganèse divalents (en milieu acide), en oxyde de manganèse (IV) (en milieu neutre) ou en composés de manganèse (VI) - manganates - (en milieu alcalin). Il est évident que dans un environnement acide, les capacités oxydantes du Mn +7 sont les plus prononcées.

2KMnO 4 + 5Na 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

2KMnO 4 + 3Na 2 SO 3 + H 2 O → 2MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH → 2K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O

Les permanganates s'oxydent dans les environnements acides et alcalins matière organique:

2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 + 5C 2 H 5 OH → 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5CH 3 COH + 8H 2 O

alcool aldéhydique

4KMnO 4 + 2NaOH + C 2 H 5 OH → MnO 2 ↓ + 3CH 3 COH + 2K 2 MnO 4 +

Na 2 MnO 4 + 4H 2 O

Lorsqu'il est chauffé, le permanganate de potassium se décompose (cette réaction est utilisée pour produire de l'oxygène dans conditions de laboratoire):

2KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Ainsi, les mêmes dépendances sont typiques pour le manganèse : lors du passage d'un état d'oxydation inférieur à un état supérieur, les propriétés acides des composés oxygénés augmentent et dans les réactions OM, les propriétés réductrices sont remplacées par des propriétés oxydatives.

Les permanganates sont toxiques pour l’organisme en raison de leurs fortes propriétés oxydantes.

En cas d'intoxication au permanganate, le peroxyde d'hydrogène dans l'acide acétique est utilisé comme antidote :

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 6CH 3 COOH → 2(CH 3 COO) 2 Mn + 2CH 3 CUISSON + 5O 2 + 8H 2 O

La solution KMnO 4 est un agent cautérisant et bactéricide destiné au traitement de la surface de la peau et des muqueuses. Les fortes propriétés oxydantes du KMnO 4 dans un environnement acide sont à la base de la méthode analytique de permanganatométrie, utilisée en analyse clinique pour déterminer l'oxydabilité de l'eau et de l'acide urique dans l'urine.

Le corps humain contient environ 12 mg de Mn sous forme de divers composés, dont 43 % sont concentrés dans le tissu osseux. Il affecte l’hématopoïèse, la formation osseuse, la croissance, la reproduction et certaines autres fonctions du corps.

Sujet : Éléments D du groupe VIII

Mots clés:éléments d, fer, cobalt, nickel, triades - éléments d, famille du fer, composés ferromagnétiques, capacité complexante, passivation à froid avec des acides, carbonyles de fer, hydrates cristallins, sels de sang jaune et rouge, ferrates, sel de Mohr, acide ferrique.

La particularité du groupe VIII B est qu'il combine 3 triades d'éléments d de grandes périodes, qui n'ont pas d'analogues électroniques dans les petites périodes.

Éléments de la première triade – Fe, Co, Ni- appelé la famille du fer. Les éléments des deuxième et troisième triades, c'est-à-dire Ru(ruthénium), RH(rhodié), PD(palladium), Os(osmium), Ir(iridium), Pt(platine) sont appelés métaux platine.

Les atomes des éléments de la famille du fer, contrairement aux atomes des métaux platine, n'ont pas de sous-niveau f libre.

Ce fait détermine caractéristiques chimiqueséléments de la famille du fer.

Les métaux du platine, aux propriétés très similaires et difficiles à séparer les uns des autres, diffèrent fortement des métaux de la famille du fer et ne se retrouvent jamais avec eux dans la lithosphère.

Pour les éléments du groupe VIII B, le sous-niveau d du niveau pré-externe est presque entièrement complété. Cependant, tous les électrons du sous-niveau d ne participent pas à la formation de liaisons chimiques. Il y a seulement 10 ans environ, un composé de fer avec un état d'oxydation de +8 a été obtenu ; le plus souvent dans les composés complexes, le fer est caractérisé par des états d'oxydation de +3 et +2 ; Co a +3 et Ni a +2. Les métaux du groupe VIII B sont caractérisés par hautes densités et la température de fusion. Fe, Co, Ni – ferromagnétiques ; Tous les éléments du groupe VIII B sont de bons agents complexants.

Les éléments de la famille du fer sont des métaux ayant une activité chimique moyenne. Dans la série d’électrodes standards, les potentiels sont situés à gauche de l’hydrogène. Les métaux platine se situent à l’extrémité de la plage des potentiels d’électrodes standards et se caractérisent par une faible réactivité chimique.

Les métaux platine sont utilisés dans la fabrication d'instruments, comme catalyseurs dans la synthèse organique et pour la production d'alliages résistants à la corrosion.

Les éléments de la famille du fer se situent dans la quatrième période du tableau périodique des éléments chimiques. Fe, Co sont des métaux blanc argenté, Ni a une couleur blanc jaunâtre.

Pour le fer et le cobalt contenus dans des substances complexes, les états d'oxydation les plus caractéristiques sont +2 et +3, et pour le nickel +2. Comme les éléments du sous-groupe du manganèse, ils sont capables de former des composés d'état d'oxydation 0 (carbonyles) :

1. Le manganèse est un métal très actif. Dans la série de contraintes métalliques, il se situe entre le zinc et le magnésium. Sous forme de poudre, le manganèse réagit lorsqu'il est chauffé avec de l'eau, de l'oxygène, du soufre et du chlore :

Mn + 2H 2 O = Mn(OH) 2 + H 2 ;

Mn + O 2 = MnO 2 ;

Mn + Cl2 = MnCl2

2. Facilement soluble dans les acides :

Mn + 2HCl = MnCl 2 + H 2

3. Présentant les états d'oxydation +2, +3, +4, +6, +7 dans ses composés, le manganèse produit cinq oxydes : MnO, Mn 2 O 3 - basique, MnO 2 - oxyde amphotère, MnO 3, Mn 2 O 7 – les oxydes d'acide.

4. MnO – de couleur verte, insoluble dans l’eau. Il peut être obtenu par décomposition thermique du carbonate de manganèse, ou réduction du MnO 2 avec de l'hydrogène :

MnCO 3 = MnO + CO 2

MnO 2 + H 2 = MnO + H 2 O

L'hydroxyde de MnO correspondant, Mn(OH) 2, est de couleur gris-rose, obtenu à partir de sels sous l'action d'alcalis :

MnSO 4 + 2NaOH = Mn(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Hydroxyde de manganèse (II) Mn(OH) 2 – fondation faible insoluble dans l'eau. Mn(OH) 2 s'oxyde facilement dans l'air en Mn(OH) 4 :

2Mn(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 2Mn(OH) 4

Mn(OH) 4 est également un composé instable :

Mn(OH) 4 = MnO 2 + 2H 2 O

5. Les sels Mn +2 sont de couleur rose, stables dans les environnements acides. Sous l'influence d'agents oxydants puissants, ils se transforment en composés d'états d'oxydation plus élevés du manganèse :

2MnSO 4 + 5PbO 2 + 6HNO 3 = 2PbSO 4 +

3Pb(NON 3) 2 + 2HMnO 4 + 2H 2 O

6. MnO 2 – poudre brune insoluble dans l’eau. Utilisé comme adsorbant et catalyseur. Agent oxydant fort en milieu acide :

MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

En milieu alcalin, il présente des propriétés réductrices :

MnO 2 + KNO 3 + 2NaOH = Na 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O

7. L'acide permanganeux peut être obtenu par la réaction :

Na 2 MnO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 MnO 4

Cet acide est extrêmement instable et se décompose rapidement :

3H 2 MnO 4 = MnO 2 + 2HMnO 4 + 2H 2 O

Les sels d'acide permanganate (manganates) sont colorés couleur verte. Ils s'hydrolysent facilement dans l'eau et la couleur verte disparaît :

3K 2 MnO 4 + H 2 O = 4KOH + MnO 2 + 2KMnO 4

8. Les composés du manganèse à l'état d'oxydation +7 peuvent être obtenus par oxydation de manganèses :

2K 2 MnO 4 + Cl 2 = 2KCl + 2KMnO 4

Le permanganate de potassium KMnO 4 a un grand importance pratique. Il est utilisé dans diverses synthèses comme agent oxydant puissant. En médecine - comme désinfectant.

L'oxyde de Mn 2 O 7 peut être obtenu à partir du permanganate de potassium :

2KMnO 4 + H 2 SO 4 (conc) = K 2 SO 4 + Mn 2 O 7 + H 2 O

Mn 2 O 7 est un liquide vert, très explosif. Oxyde les substances organiques de manière explosive. Très instable, se décompose avec dégagement d'ozone :

Mn 2 O 7 = 2MnO 2 + O 3

Lorsqu'il est chauffé sous forme sèche, le permanganate de potassium se décompose :

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Selon l'environnement, les permanganates sont réduits aux états suivants :

MnO 4 - ® Mn +2 - en milieu acide,

MnO 4 - ® MnО 2 – en neutre et environnement légèrement alcalin,

MnO 4 - ® MnO 4 -2 – dans un environnement alcalin.

L’un des métaux les plus importants pour la métallurgie est le manganèse. De plus, il est généralement assez élément inhabituel, auxquels sont associés Faits intéressants. Important pour les organismes vivants, nécessaire à la production de nombreux alliages et produits chimiques. Manganèse - dont une photo peut être vue ci-dessous. Ce sont ses propriétés et caractéristiques que nous considérerons dans cet article.

Caractéristiques d'un élément chimique

Si nous parlons du manganèse en tant qu'élément, nous devons tout d'abord caractériser sa position dans celui-ci.

Situé au quatrième longue période, septième groupe, sous-groupe secondaire.
Numéro de série - 25. Manganèse - élément chimique, dont les atomes sont +25. Le nombre d'électrons est le même, les neutrons - 30.
Signification masse atomique - 54,938.
Le symbole de l’élément chimique du manganèse est Mn.
Le nom latin est manganèse.

Il se situe entre le chrome et le fer, ce qui explique sa similitude avec eux dans ses caractéristiques physiques et chimiques.

Manganèse - élément chimique : métal de transition

Si nous considérons la configuration électronique d'un atome donné, alors sa formule ressemblera à : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Il devient évident que l’élément que nous considérons est un métal de transition de la famille D. Cinq électrons du sous-niveau 3d indiquent la stabilité de l'atome, qui se manifeste dans ses propriétés chimiques.

En tant que métal, le manganèse est un agent réducteur, mais la plupart de ses composés sont capables de présenter des capacités oxydantes assez fortes. Cela est dû aux différents états d’oxydation et valences d’un élément donné. C'est la particularité de tous les métaux de cette famille.

Ainsi, le manganèse est un élément chimique situé parmi d’autres atomes et possédant ses propres caractéristiques particulières. Examinons plus en détail quelles sont ces propriétés.

Le manganèse est un élément chimique. État d'oxydation

Nous avons déjà donné la formule électronique de l'atome. Selon lui, cet élément est capable de présenter plusieurs états d’oxydation positifs. Ce:

La valence de l'atome est IV. Les composés les plus stables sont ceux dans lesquels le manganèse présente des valeurs de +2, +4, +6. Le degré d’oxydation le plus élevé permet aux composés d’agir comme des agents oxydants puissants. Par exemple : KMnO 4, Mn 2 O 7.

Les composés avec +2 sont des agents réducteurs ; l'hydroxyde de manganèse (II) a des propriétés amphotères, avec une prédominance de propriétés basiques. Les états d'oxydation intermédiaires forment des composés amphotères.

Histoire de la découverte

Le manganèse est un élément chimique qui n’a pas été découvert immédiatement, mais progressivement par différents scientifiques. Cependant, les gens utilisent ses composés depuis l’Antiquité. L'oxyde de manganèse (IV) était utilisé pour fabriquer du verre. Un Italien a déclaré que l'ajout de ce composé lors de la production chimique des verres rend leur couleur violette. Parallèlement à cela, la même substance aide à éliminer le trouble des verres colorés.

Plus tard en Autriche, le scientifique Keim a pu obtenir un morceau de manganèse métallique en influençant haute température pour le purolysite (oxyde de manganèse (IV)), la potasse et le charbon. Cependant, cet échantillon contenait de nombreuses impuretés qu’il n’a pas pu éliminer, la découverte n’a donc pas eu lieu.

Plus tard encore, un autre scientifique a également synthétisé un mélange dans lequel une proportion significative était du métal pur. C'est Bergman qui avait déjà découvert l'élément nickel. Cependant, il n’était pas destiné à achever l’affaire.

Le manganèse est un élément chimique qui peut être obtenu et isolé sous forme substance simple Karl Scheele y réussit pour la première fois en 1774. Cependant, il l'a fait avec I. Gan, qui a achevé le processus de fusion d'un morceau de métal. Mais même eux n'ont pas réussi à le débarrasser complètement des impuretés et à obtenir un rendement de 100 % du produit.

Pourtant, c’est précisément à cette époque que l’atome fut découvert. Ces mêmes scientifiques ont tenté de le qualifier de découvreurs. Ils ont choisi le terme manganèse. Cependant, après la découverte du magnésium, la confusion a commencé et le nom manganèse a été remplacé par son nom moderne (H. David, 1908).

Le manganèse étant un élément chimique dont les propriétés sont très précieuses pour de nombreux procédés métallurgiques, il est devenu nécessaire, au fil du temps, de trouver un moyen de l’obtenir sous la forme la plus pure possible. Ce problème a été résolu par des scientifiques du monde entier, mais n'a été résolu qu'en 1919 grâce aux travaux de R. Agladze, un chimiste soviétique. C'est lui qui a trouvé le moyen d'obtenir par électrolyse un métal pur avec une teneur en substance de 99,98 % à partir de sulfates et de chlorures de manganèse. Aujourd'hui, cette méthode est utilisée partout dans le monde.

Être dans la nature

Le manganèse est un élément chimique dont une photo d'une substance simple est visible ci-dessous. Dans la nature, il existe de nombreux isotopes de cet atome, dont le nombre de neutrons varie considérablement. Ainsi, les nombres de masse varient de 44 à 69. Cependant, le seul isotope stable est l'élément d'une valeur de 55 Mn, tous les autres ont une demi-vie négligeable ou existent en trop petites quantités.

Le manganèse étant un élément chimique dont l’état d’oxydation est très différent, il forme également de nombreux composés dans la nature. Cet élément ne se retrouve jamais sous sa forme pure. Dans les minéraux et minerais, son voisin constant est le fer. Au total, nous pouvons identifier plusieurs des roches les plus importantes qui contiennent du manganèse.

Pyrolusite. Formule composée : MnO 2 *nH 2 O.
Psilomélane, molécule MnO2*mMnO*nH2O.
Manganite, formule MnO*OH.
La brownite est moins courante que les autres. Formule Mn 2 O 3.
Hausmannite, formule Mn*Mn 2 O 4.
Rhodonite Mn 2 (SiO 3) 2.
Minerais de carbonate de manganèse.
Espar cramoisi ou rhodochrosite - MnCO 3.
Purpurite - Mn 3 PO 4.

De plus, plusieurs autres minéraux peuvent être identifiés, qui contiennent également l'élément en question. Ce:

calcite;
sidérite;
des minéraux argileux;
calcédoine;
opale;
composés de sable et de limon.

Outre les roches et roches sédimentaires, les minéraux, le manganèse est un élément chimique qui fait partie des objets suivants :

Organismes végétaux. Les plus grands réservoirs de cet élément sont : la châtaigne d'eau, les lentilles d'eau et les diatomées.
Champignons rouillés.
Certains types de bactéries.
Les animaux suivants : fourmis rouges, crustacés, mollusques.
Personnes – les besoins quotidiens sont d’environ 3 à 5 mg.
Les eaux de l'océan mondial contiennent 0,3% de cet élément.
La teneur totale de la croûte terrestre est de 0,1 % en poids.

Globalement, c'est le 14ème élément le plus abondant sur notre planète. Parmi les métaux lourds, il vient juste derrière le fer.

Propriétés physiques

Du point de vue des propriétés du manganèse en tant que substance simple, plusieurs principaux caractéristiques physiques pour lui.

Sous forme de substance simple, c'est un métal assez dur (sur l'échelle de Mohs l'indicateur est de 4). La couleur est blanc argenté, à l'air, elle se recouvre d'un film d'oxyde protecteur et brille lorsqu'elle est coupée.
Le point de fusion est de 1246 0 C.
Point d'ébullition - 2061 0 C.
Les propriétés conductrices sont bonnes, il est paramagnétique.
La densité du métal est de 7,44 g/cm 3 .
Existe sous la forme de quatre modifications polymorphes (α, β, γ, σ), différant par leur structure et leur forme réseau cristallin et la densité de compactage atomique. Leurs points de fusion diffèrent également.

Il existe trois formes principales de manganèse utilisées en métallurgie : β, γ, σ. L'alpha est moins courant, car ses propriétés sont trop fragiles.

Propriétés chimiques

D'un point de vue chimique, le manganèse est un élément chimique dont la charge ionique varie fortement de +2 à +7. Cela laisse des traces dans son activité. Sous sa forme libre dans l'air, le manganèse réagit très faiblement avec l'eau et se dissout dans les acides dilués. Cependant, dès que la température augmente, l’activité du métal augmente fortement.

Ainsi, il est capable d’interagir avec :

azote;
carbone;
les halogènes;
silicium;
phosphore;
soufre et autres non-métaux.

Lorsqu'il est chauffé sans accès à l'air, le métal passe facilement à l'état de vapeur. Selon le degré d’oxydation du manganèse, ses composés peuvent être à la fois des agents réducteurs et oxydants. Certains présentent des propriétés amphotères. Ainsi, les principaux sont caractéristiques des composés dans lesquels il est +2. Amphotère - +4, et acide et fortement oxydant à la valeur la plus élevée +7.

Malgré le fait que le manganèse soit un composé complexe, il en existe peu. Cela est dû à la configuration électronique stable de l’atome, car son sous-niveau 3D contient 5 électrons.

Modalités d'obtention

Il existe trois manières principales de produire industriellement du manganèse (un élément chimique). Comme son nom se lit en latin, nous l'avons déjà désigné comme manganum. Si vous le traduisez en russe, ce sera « oui, je clarifie vraiment, je décolore ». Le manganèse doit son nom à ses propriétés connues depuis l’Antiquité.

Cependant, malgré sa popularité, il n’a été possible de l’obtenir sous sa forme pure pour une utilisation qu’en 1919. Cela se fait en utilisant les méthodes suivantes.

Électrolyse, le rendement du produit est de 99,98 %. Le manganèse est ainsi obtenu dans l'industrie chimique.
Silicothermique, ou réduction au silicium. À cette méthode l'oxyde de silicium et de manganèse (IV) fusionne, entraînant la formation de métal pur. Le rendement est d'environ 68 %, puisque le manganèse se combine au silicium pour former du siliciure comme produit secondaire. Cette méthode utilisé dans l'industrie métallurgique.
Méthode aluminothermique - réduction à l'aide d'aluminium. Cela ne donne pas non plus un rendement de produit trop élevé, il se forme du manganèse contaminé par des impuretés.

La production de ce métal est importante pour de nombreux procédés réalisés en métallurgie. Même un petit ajout de manganèse peut grandement affecter les propriétés des alliages. Il a été prouvé que de nombreux métaux s'y dissolvent, remplissant son réseau cristallin.

La Russie occupe le premier rang mondial pour l'extraction et la production de cet élément. Cette démarche est également menée dans des pays tels que :

Chine.
Kazakhstan.
Géorgie.
Ukraine.

Usage industriel

Le manganèse est un élément chimique dont l’utilisation n’est pas seulement importante en métallurgie. mais aussi dans d'autres domaines. En plus du métal sous sa forme pure, grande importance avoir et diverses connexions de cet atome. Décrivons les principaux.

Il existe plusieurs types d'alliages qui, grâce au manganèse, ont propriétés uniques. Par exemple, il est si solide et résistant à l'usure qu'il est utilisé pour la fusion de pièces pour excavatrices, machines de traitement de pierre, concasseurs, broyeurs à boulets et pièces de blindage.
Le dioxyde de manganèse est un élément oxydant essentiel en galvanoplastie ; il est utilisé dans la création de dépolariseurs.
De nombreux composés du manganèse sont nécessaires pour réaliser les synthèses organiques de diverses substances.
Le permanganate de potassium (ou permanganate de potassium) est utilisé en médecine comme désinfectant puissant.
Cet élément fait partie du bronze, du laiton, et forme son propre alliage avec le cuivre, qui est utilisé pour la fabrication de turbines, de pales et d'autres pièces d'avions.

Rôle biologique

Les besoins quotidiens en manganèse pour l'homme sont de 3 à 5 mg. La carence de cet élément conduit à la dépression système nerveux, troubles du sommeil et anxiété, vertiges. Son rôle n'est pas encore complètement étudié, mais il est clair qu'il influence tout d'abord :

hauteur;
activité des gonades ;
le travail des hormones ;
formation de sang.

Cet élément est présent dans toutes les plantes, animaux et humains, ce qui prouve son rôle biologique important.

Le manganèse est un élément chimique dont les faits intéressants peuvent impressionner n'importe qui et lui faire comprendre à quel point il est important. Présentons les plus basiques d’entre eux, qui ont trouvé leur empreinte dans l’histoire de ce métal.

Dans les moments difficiles guerre civile en URSS, l'un des premiers produits d'exportation était le minerai contenant un grand nombre de manganèse
Si le dioxyde de manganèse est fusionné avec du salpêtre, puis que le produit est dissous dans l'eau, des transformations étonnantes commenceront. Tout d’abord, la solution deviendra verte, puis la couleur deviendra bleue, puis violette. Finalement, il deviendra pourpre et un précipité brun se formera progressivement. Si vous secouez le mélange, la couleur verte sera à nouveau restaurée et tout recommencera. C'est pour cela que le permanganate de potassium tire son nom, qui se traduit par « caméléon minéral ».
Si des engrais contenant du manganèse sont ajoutés au sol, la productivité des plantes augmentera et le taux de photosynthèse augmentera. Blé d'hiver Cela formera mieux les grains.
Le plus gros bloc de rhodonite, un minéral de manganèse, pesait 47 tonnes et a été trouvé dans l'Oural.
Il existe un alliage ternaire appelé manganine. Il est constitué d'éléments tels que le cuivre, le manganèse et le nickel. Sa particularité est qu'il a une grande résistance électrique, qui ne dépend pas de la température, mais est influencée par la pression.

Bien entendu, ce n’est pas tout ce que l’on peut dire de ce métal. Le manganèse est un élément chimique dont les faits intéressants sont très variés. Surtout si l'on parle des propriétés qu'il confère à divers alliages.