Де використовується марганець. Марганець та його характеристики. Біологічна роль марганцю

• Позначення – Mn (Manganese);
• Період – IV;
• Група – 7 (VIIb);
• Атомна маса – 54,938046;
• Атомний номер – 25;
• Радіус атома = 127 пм;
• Ковалентний радіус = 117 пм;
• Розподіл електронів - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2;
• t плавлення = 1244 ° C;
• t кипіння = 1962 ° C;
• Електронегативність (по Полінгу/по Алпреду та Рохову) = 1,55/1,60;
• Ступінь окиснення: +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0;
• Щільність (н. у.) = 7,21 г/см 3;
• Молярний об'єм = 7,35 см3/моль.

З'єднання марганцю:

Піролюзит (мінерал марганцю) був відомий людям ще з давніх-давен, він використовувався нашими предками для освітлення скла, одержуваного варінням. До 1774 р. піролюзит вважали різновидом магнітного залізняку. І лише 1774 р. швед До. Шееле здогадався, що у піролюзиті присутній невідомий тодішньої науці метал, після чого Ю. Ган отримав металевий марганець, нагріваючи піролюзит у грубці з вугіллям. Свою назву "Марганець" отримав на початку 19 століття (від німецького Manganerz - марганцева руда).

Марганець займає 14-е місце серед усіх хімічних елементів за поширеністю земної кори. Найбільше марганцю міститься в основних породах. Самостійні родовища марганцю вкрай рідкісні, частіше цей метал супроводжує залозу у багатьох його рудах. Досить багато марганцю міститься у залізо-марганцевих конкреціях, розташованих у донній частині Світового океану.

Мінерали, багаті на марганець:

• піролюзит - MnO 2 · n H 2 O
• манганіт - MnO(OH)
• марганцевий шпат - MnCO 3
• брауніт - 3Mn 2 O 3 ·MnSiO 3

Мал. Будова атома марганцю.

Електронна конфігурація атома марганцю - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 (див. Електронна структура атомів). В освіті хімічних зв'язківз іншими елементами можуть брати участь 2 електрони, що знаходяться на зовнішньому 4s-рівні + 5 електронів 3d-підрівня (всього 7 електронів), тому в з'єднаннях марганець може приймати ступені окислення від +7 до +1 (найчастіше зустрічаються +7, +2) . Марганець є хімічно активним металом. Аналогічно алюмінію при кімнатній температуріреагує з киснем, що міститься в атмосферному повітріз утворенням міцної захисної оксидної плівки, яка запобігає подальшому окисленню металу.

Фізичні властивості марганцю:

• метал сріблясто- білого кольору;
• твердий;
• крихкий за н. у.

Відомі 4 модифікації марганцю: -форма; β-форма; γ-форма; δ-форма.

До 710°C стійкою є α-форма, яка при подальшому нагріванні послідовно через всі модифікації переходить до δ-форми (1137°C).

Хімічні властивості марганцю

• марганець (порошок) легко реагує з киснем, утворюючи оксиди, вид якого залежить від температури реакції:
  • 450°C - MnO 2;
  • 600°C - Mn 2 O 3;
  • 950°C - Mn 3 O 4;
  • 1300°C - MnO.
• дрібнороздроблений марганець при нагріванні реагує з водою з виділенням водню:
  Mn + 2H 2 O = Mn(OH) 2 + H 2;
• марганець (порошок) при нагріванні вступає в реакцію з азотом, вуглецем, сіркою, фосфором:
  Mn+S=MnS;
• активно реагує з розведеними соляною та сірчаною кислотами з виділенням водню:
  Mn + 2HCl = MnCl 2 + H 2;
• реагує з розведеною азотною кислотою:
  3Mn + 8HNO 3 = 3Mn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

Застосування та отримання марганцю

Отримання марганцю:

• чистий марганець одержують електролізом водних розчинів MnSO 4 з добавкою (NH 4) 2 SO 4 при pH=8-8,5: анод - свинець; катод - нержавіюча сталь(лусочки марганцю знімають з катодів);
• менш чистий марганець одержують із його оксидів металотермічними методами:
  • алюмотермія:
    4Al + 3MnO 2 = 3Mn + 2Al 2 O 3 ;
  • кремнійтермія:
    Si + MnO2 = Mn+SiO2.

Застосування марганцю:

• в металургії марганець використовують для зв'язування сірки та кисню:
  Mn+S=MnS; 2Mn + O2 = 2MnO;
• як лігуюча добавка при виплавці різних сплавів (марганець дає корозостійкість, в'язкість, твердість):
  • манганін- сплав марганцю з міддю та нікелем;
  • феромарганець- сплав марганцю із залізом;
  • марганцева бронза- Сплав марганцю з міддю.
• Калію перманганат здавна використовують як антисепітський засіб, який діє тільки на поверхні шкіри та слизових оболонок.

Біологічна рольмарганцю:

Марганець входить до десятки "металів життя", необхідних для нормальної життєдіяльності тварин та рослинних клітин.

У тілі дорослої людини міститься близько 12 мг марганцю, який бере участь в утворенні білкових комплексів, а також входить до складу деяких нуклеїнових кислот, амінокислот, ферментів (аргінази та холінестерази)

Марганець поряд з магнієм бере участь у активації гідролізу АТФ, забезпечуючи цим енергетичну життєдіяльність живої клітини.

Іони марганцю беруть участь у активації нуклеази - даний фермент необхідний розкладання нуклеїнових кислот до нуклеотидів.

Марганець є хімічним елементом, що розташувався в періодичній системі Менделєєва під атомним номером 25. Його сусідами є хром та залізо, що зумовлює схожість фізичних та хімічних властивостей цих трьох металів. Його ядро ​​містить 25 протонів та 30 нейтронів. Атомна маса елемента становить 54938.

Властивості марганцю

Марганець є перехідним металом із d-родини. Його електронна формула виглядає так: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Твердість марганцю за шкалою Мооса оцінюється на 4. Метал є досить твердим, але водночас крихким. Його теплопровідність становить 0,0782 Вт/см*К. Елемент характеризується сріблясто-білим забарвленням.

Існує чотири, відомі людині, модифікація металу. Кожній з них властива термодинамічна стійкість за певних температурних умовах. Так, а-марганець має досить складну структуру і виявляє свою стійкість при температурі, нижче 707 0 С, чим і обумовлюється його крихкість. Дана модифікація металу в елементарному своєму осередку містить 58 атомів.

Марганець може мати зовсім різний ступінь окислення - від 0 до +7, причому +1 і +5 зустрічаються вкрай рідко. При взаємодії металу з повітрям він пасивується. У кисні відбувається згоряння порошкоподібного марганцю:

Mn+O2=MnO2

Якщо впливати на метал підвищеною температурою, тобто. нагріти, то відбудеться його розкладання на воду з витісненням водню:

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

Варто зазначити, що гідроксид марганцю, шар якого утворюється в результаті реакції, уповільнює процес реакції.

Водень поглинається металом. Чим вище підвищується температура, тим вищою стає його розчинність у марганці. Якщо перевищити температуру 12000С, то марганець вступає в реакцію з азотом, в результаті якої утворюються нітрити, що мають різний склад.

Метал також взаємодіє із вуглецем. Результатом реакції є утворення карбідів, а також силіцидів, боридів, фосфідів.

Метал має стійкість до впливу на нього лужними розчинами.

Він здатний утворювати такі оксиди: MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 , останній з яких у вільному стані не виділено, а також марганцевий ангідрид Mn 2 O 7 . При звичайних умовахіснування марганцевий ангідрид являє собою рідку маслянисту речовину темно-зеленого кольору, що не має особливої ​​стійкості. Якщо температуру підвищити до 90 0 С, то розкладання ангідриду супроводжується вибухом. Серед оксидів, які виявляють найбільшу стійкість, виділяють Mn 2 O 3 і MnO 2 і комбінований оксид Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2 або сіль Mn 2 MnO 4).

Оксиди марганцю:

Під час сплавлення піролюзиту та лугів з присутністю кисню відбувається реакція з утворенням манганатів:

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

Для розчину манганату характерне темно-зелене забарвлення. Якщо його підкислити, протікає реакція з підфарбовуванням розчину в малиновий колір. Це відбувається через утворення аніону MnO 4 − , з якого випадає осад оксиду-гідроксиду марганцю, що має коричневе забарвлення.

Марганцева кислота є сильною, проте не виявляє особливої ​​стійкості, у зв'язку з чим допустима максимальна її концентрація становить не більше 20%. Сама кислота, як і її солі, виступає сильним окислювачем.

Солі марганцю не виявляють стійкості. Для його гідроксидів характерним є основний характер. Хлорид марганцю розкладається при дії його високими температурами. Саме цю схему застосовують для одержання хлору.

Застосування марганцю

Даний метал не є дефіцитним - він відноситься до поширених елементів: його вміст у земній корі становить 0,03% загальної кількостіатомів. Йому належить третє місце у рейтингу серед важких металів, до яких належать усі елементи перехідних рядів, пропустивши вперед залізо та титан. Тяжкими металами вважаються ті, атомна вага яких перевищує 40.

Марганець у незначних кількостях можна виявити в деяких гірських порідах. В основному зустрічається локалізація його кисневих сполук у вигляді мінералу піролюзиту - MnO 2 .

Марганець має багато напрямів свого застосування. Він необхідний виробництва багатьох сплавів і хімічних речовин. Без марганцю неможливе існування живих організмів, тому він виступає як активний мікроелемент, а також присутній практично у всіх живих і рослинних організмах. Марганець позитивно впливає на процеси кровотворення у живих організмах. Також він міститься у багатьох харчових продуктах.

Метал є незамінним елементом у металургії. Саме марганець застосовується для видалення сірки та кисню із сталі під час її виробництва. Для цього процесу необхідні великі обсяги металу. Але варто сказати, що в розплав додається не чистий марганець, а його сплав із залізом, що називається феромарганцем. Він виходить у процесі відновної реакції піролюзиту вугіллям. Також марганець є легуючим елементом для сталей. Завдяки добавці марганцю до сталей, істотно збільшується їх зносостійкість, а також вони стають менш схильними до механічних напруг. Присутність марганцю у складі кольорових металів істотно підвищує їхню міцність і стійкість до корозії.

Діоксид металу знайшов своє застосування при окисленні аміаку, а також є учасником органічних реакцій і реакцій розкладання неорганічних солей. У даному випадкудіоксид марганцю виступає каталізатором.

Керамічна промисловість також не обходиться без використання марганцю, де MnO 2 застосовується як чорний і темно-коричневий барвник для емалей і глазурів. Оксид марганцю є високодисперсним. Йому властива хороша здатність, що адсорбує, завдяки якій стає можливим видаляти з повітря шкідливі домішки.

Марганець вводиться в бронзу та латунь. Деякі сполуки металу застосовуються в тонкому органічному синтезі та промисловому органічному синтезі. Арсеніду марганцю властивий гігантський магнітокалорічний ефект, який стає суттєво сильнішим, якщо впливати на нього високим тиском. Телурид марганцю виступає як перспективний термоелектричний матеріал.

У медицині також доречне використання марганцю, а точніше його солей. Так, водний розчин перманганату калію використовується як антисептичного засобу, А також їм можна промивати рани, полоскати горло, змащувати виразки та опіки. При деяких отруєннях алкалоїдами та ціанідами його розчин навіть показаний для прийому усередину.

Важливо:Не дивлячись на величезну кількість позитивних сторінвикористання марганцю, в деяких випадках його сполуки можуть згубно впливати на організм людини і навіть чинити токсичну дію. Так, максимально допустимим значеннямконцентрації марганцю повітря є 0,3 мг/м 3 . У разі яскраво вираженого отруєння речовиною уражається нервова система людини, навіщо характерним є синдром марганцевого паркінсонізму.

Отримання марганцю

Метал можна одержати кількома способами. Серед найпопулярніших методів виділяють такі:

• алюмінотермічний. Марганець виходить із його оксиду Mn 2 O 3 шляхом відновної реакції. Оксид, у свою чергу, утворюється під час прожарювання піролюзиту:

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

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

• відновлювальний. Марганець отримують шляхом відновлення металу коксом з марганцевих руд, внаслідок чого утворюється феромарганець (сплав марганцю та заліза). Даний метод є найбільш поширеним, так як основна маса від загального видобутку металу використовується під час виробництва різноманітних сплавів, основним компонентом яких є залізо, у зв'язку з цим з руд марганець витягують не в чистому вигляді, а сплаві з ним;
• електролізу. Метал у чистому вигляді одержують за допомогою даного способу з його солей.

Солі марганцю (II)

Хімічні властивості

Отримання

Гідроксид марганцю (II)

Хімічні властивості

Оксид марганцю (II) належить до основних оксидів, має всі їхні властивості. Йому відповідає нестійкий гідроксид Mn(OH) 2 .

Гідроксид марганцю (II) - Mn(OH) 2 – нерозчинна у воді речовина світло- рожевого кольору.

Основний спосіб отримання – лужна обробка солей марганцю (II):

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

На повітрі окислюється до гідроксиду марганцю (IV):

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

Виявляє всі властивості нерозчинних у воді основ.

Усі солі марганцю (II) в окислювально-відновних реакціях, що протікають у розчинах, є відновниками:

3Mn(NO 3) 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → 5MnO 2 + 4HNO 3 + 2KNO 3

Солі марганцю (II) не гідролізуються, утворюючи міцні аквакомплекси:

Mn 2+ + 6H 2 O → 2+

MnCl 2 + 6H 2 O → Cl 2

Солі марганцю (ІІ) утворюють комплекси.

Mn(CN) 2 – нерозчинне з'єднання білого кольору, за рахунок комплексоутворення розчиняється у присутності KCN:

4KCN + Mn(CN) 2 = K 4 гексоціаноманганат калію

Аналогічно:

4KF + MnF 2 = K 4

2KCl + MnCl 2 = K 2

З'єднання марганцю (III)

Mn 2 O 3 – амфотерний оксид, з величезним переважанням основних властивостей.

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 – гідроксид Mn 3+- амфотерне з'єднання, з переважанням основних властивостей:

Mn(OH) 3 ↔ HMnO 2

З'єднання марганцю (IV)

До основних сполук чотиривалентного марганцю відносяться оксид марганцю (IV) MnO 2, а також марганцеватиста кислота H 2 MnO 3- дуже нестійка, легко розкладається на оксид марганцю (IV) та воду.

Найміцнішим з'єднанням марганцю (IV) є нерозчинний у воді оксид темно-бурого кольору. Це амфотерне з'єднання, але відповідні властивості виражені дуже слабко.

амфотерність

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

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

MnO 2 може виявляти в ОВ-реакціях залежно від природи партнера як окислювальні, так і відновлювальні властивості (окислювально-відновна двоїстість).

Набагато частіше використовують оксид марганцю (IV) як окислювач, проводячи реакції в кислому середовищі:

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

У лужному середовищі оксид марганцю (IV) може бути і відновником, перетворюючись на сполуки марганцю (VI), наприклад, солі марганцовистої кислоти – манганати:

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

Вплив рН на ОВ-реакцію MnO 2

З'єднання марганцю (VI)

MnO 3 – оксид, має кислотні властивості.

H 2 MnO 4 – марганцева кислота- Існує тільки в розчині.

Солі цієї кислоти – манганати.

Манганати можуть бути отримані прожарюванням сухих перманганатів:

Манганати стійкі в сильнолужному середовищі, в нейтральному середовищі протікає реакція диспропорціонування:

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

З'єднання марганцю (VII)

Найвищого ступеня окислення марганцю +7 відповідає кислотний оксид Mn 2 O 7 , марганцева кислота HMnO 4 та її солі – перманганати.

З'єднання марганцю (VII) – сильні окисники. Mn 2 O 7 – зеленувато-бура масляниста рідина, при зіткненні з якою спирти та ефіри спалахують. Оксиду Mn (VII) відповідає марганцева кислота HMnO 4 . Вона існує тільки в розчинах, але вважається однією з найсильніших (α – 100%). Максимально можлива концентрація HMnO 4 у розчині – 20%. Солі HMnO 4 – перманганати – найсильніші окислювачі; в водних розчинах, Як і сама кислота, мають малинове забарвлення.

В окислювально-відновних реакціях перманганати є сильними окислювачами. Залежно від реакції середовища вони відновлюються або до солей двовалентного марганцю (у кислому середовищі), оксиду марганцю (IV) (в нейтральному) або сполук марганцю (VI) - манганатів - (лужний). Вочевидь, що у кислому середовищі окислювальні здібності Mn +7 виражені найяскравіше.

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

Перманганати як у кислому, так і в лужному середовищах окислюють органічні речовини:

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

спирт альдегід

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

Na 2 MnO 4 + 4H 2 O

При нагріванні перманганат калію розкладається (ця реакція застосовується для отримання кисню лабораторних умов):

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

Отже, для марганцю характери самі залежності: при переході від нижчого ступеня окислення до вищої наростають кислотні властивості кисневих сполук, а ОВ-реакціях відновлювальні властивості змінюються окислювальними.

Для організму перманганати отруйні внаслідок сильних окисних властивостей.

При отруєннях перманганатами як антидот використовують пероксид водню в оцтовокислому середовищі:

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

Розчин KMnO 4 є припікаючим та бактерицидним засобом для обробки поверхні шкіри та слизових оболонок. Сильні окислювальні властивості KMnO 4 в кислому середовищі лежать в основі аналітичного методу перманганатометрії, що використовується в клінічному аналізі для визначення окислюваності води сечової кислоти в сечі.

Організм людини містить близько 12 мг Mn у складі різних сполук, причому 43% зосереджено в кістковій тканині. Він впливає на кровотворення, формування кісткової тканини, зростання, розмноження та деякі інші функції організму.

Тема: D-елементи VIII групи

Ключові слова:d-елементи, залізо, кобальт, нікель, тріади – d-елементів, сімейство заліза, феромагнітні сполуки, комплексорозрізна здатність, пасивація на холоду кислотами, карбоніли заліза, кристалогідрати, жовта та червона кров'яні солі, ферати, сіль Мора, залізна кислота.

Особливість VIII-групи полягає в тому, що вона об'єднує 3 тріади d-елементів великих періодів, що не мають електронних аналогів у малих періодах.

Елементи першої тріади – Fe, Co, Ni- Називають сімейством заліза. Елементи другої та третьої тріад, тобто Ru(рутеній), Rh(родій), Pd(Паладій), Os(Осмій), Ir(Іридій), Pt(Платина), називаються платиновими металами.

Атоми елементів сімейства заліза на відміну атомів платинових металів немає вільного f-подуровня.

Цей факт зумовлює хімічні особливостіелементів заліза сімейства.

Платинові метали, дуже подібні за властивостями і важко відокремлюються один від одного, різко відрізняються від металів сімейства заліза і ніколи не зустрічаються разом з ними в літосфері.

У елементів VIII-групи майже повністю добудовується d-підрівень переднього рівня. Проте чи все електрони d-подуровня беруть участь у освіті хімічних зв'язків. Тільки близько 10 років тому було отримано з'єднання заліза зі ступенем окиснення +8, частіше ж у складних сполуках для заліза характерні ступеня окиснення +3 та +2; у З +3, а у Ni +2. Для металів VIII В-групи характерні високі щільностіта температури плавлення. Fe, Co, Ni – феромагніти; всі елементи VIII-групи хороші комплексоутворювачі.

Елементи сімейства заліза – метали із середньою хімічною активністю. У ряді стандартних електродних потенціалів розташовані лівіше водню. Платинові метали розташовані в кінці ряду стандартних електродних потенціалів та відрізняються низькою хімічною активністю.

Платинові метали використовуються в приладобудуванні як каталізатори в оргсинтезі і для отримання корозійно-стійких сплавів.

Елементи сімейства заліза розташовані у четвертому періоді періодичної системи хімічних елементів. Fe, Co – сріблясто-білі метали, Ni має жовтувато-білий колір.

Для заліза та кобальту у складних речовинах найбільш характерні ступені окислення +2 та +3, а для нікелю +2. Подібно до елементів підгрупи марганцю, здатні утворювати сполуки зі ступенем окислення 0 (карбонили):

1. Марганець – дуже активний метал. У ряді напруг металів стоїть між цинком та магнієм. У порошкоподібному стані марганець взаємодіє при нагріванні з водою, киснем, сіркою, хлором:

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

Mn + O 2 = MnO 2;

Mn + Cl 2 = MnCl 2

2. Легко розчинний у кислотах:

Mn + 2HCl = MnCl 2 + H 2

3. Виявляючи у своїх сполуках ступеня окиснення +2, +3, +4, +6, +7 марганець дає п'ять оксидів: MnO, Mn 2 O 3 – основного характеру, MnO 2 – амфотерний оксид, MnO 3 , Mn 2 O 7 – кислотні оксиди.

4. MnO - зеленого кольору, не розчинний у воді. Його можна отримати термічним розкладанням карбонату марганцю або відновленням воднем MnO 2:

MnCO 3 = MnO + CO 2

MnO 2 + H 2 = MnO + H 2 O

Відповідний MnO гідроксид Mn(OH) 2 – сіро-рожевого кольору, що виходить із солей під дією лугів:

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

Гідроксид марганцю (II) Mn(OH) 2 – слабка основане розчинне у воді. Mn(OH) 2 легко окислюється на повітрі до Mn(OH) 4

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

Mn(OH) 4 - теж нестійке з'єднання:

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

5. Солі Mn +2 – рожевого кольору, стійкі у кислих середовищах. Під дією сильних окислювачів переходять у сполуки вищих ступенів окислення марганцю:

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

3Pb(NO 3) 2 + 2HMnO 4 + 2H 2 O

6. MnO 2 – коричневий, нерозчинний у воді порошок. Використовується як адсорбент та каталізатор. Сильний окислювач у кислому середовищі:

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

У лужному середовищі виявляє відновлювальні властивості:

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

7. Марганцовисту кислоту можна отримати за реакцією:

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

Ця кислота вкрай нестійка і швидко розкладається:

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

Солі марганцовистої кислоти (манганати) пофарбовані в зелений колір. У воді легко гідролізуються і зелений колір зникає:

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

8. З'єднання марганцю в ступені окислення +7 можна отримати окисленням манганатів:

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

Перманганат калію KMnO 4 практичне значення. Застосовується у різних синтезах як найсильніший окислювач. У медицині – як дезінфікуючий засіб.

Оксид Mn 2 O 7 можна отримати з перманганату калію:

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

Mn 2 O 7 – рідина зеленого кольору, дуже вибухонебезпечна. Окислює органічні речовини із вибухом. Дуже нестійка, розкладається із виділенням озону:

Mn 2 O 7 = 2MnO 2 + O 3

При нагріванні у сухому вигляді перманганат калію розкладається:

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

Залежно від середовища перманганати відновлюються до таких станів:

MnO 4 - ® Mn +2 - у кислому середовищі,

MnO 4 - ® MnО 2 – у нейтральній та слаболужному середовищі,

MnO 4 - ® MnO 4 -2 – у лужному середовищі.

Одним із найважливіших для металургії металів є марганець. Крім того, він взагалі достатньо незвичайний елемент, з яким пов'язані цікаві факти. Важливий живих організмів, необхідний при отриманні багатьох сплавів, хімічних речовин. Марганець – фото якого можна побачити нижче. Саме його властивості та характеристики розглянемо у цій статті.

Характеристика хімічного елемента

Якщо говорити про марганець як елемент, то в першу чергу слід охарактеризувати його положення в ній.

1. Розташовується в четвертому великому періоді, сьома група, побічна підгрупа.
2. Порядковий номер - 25. Марганець - хімічний елемент, Атомів якого дорівнює +25. Кількість електронів така сама, нейтронів - 30.
3. Значення атомної маси - 54,938.
4. Позначення хімічного елементу марганцю – Mn.
5. Латинська назва - manganese.

Розташовується між хромом і залізом, чим пояснюється його схожість із ними у фізичних та хімічних характеристиках.

Марганець – хімічний елемент: перехідний метал

Якщо розглянути електронну конфігурацію наведеного атома, її формула матиме вигляд: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Стає очевидно, що аналізований нами елемент - це перехідний метал із d-родини. П'ять електронів на 3d-підрівні говорять про стабільність атома, що виявляється в його хімічних властивостях.

Як метал марганець є відновником, проте більшість його сполук здатна виявляти і досить сильні окислювальні здібності. Це пов'язано з різними ступенями окислення та валентностями, якими володіє даний елемент. У цьому полягає особливість всіх металів цього сімейства.

Таким чином, марганець - хімічний елемент, що розташовується серед інших атомів і має особливі характеристики. Розглянемо, які це характеристики, докладніше.

Марганець – хімічний елемент. Ступінь окислення

Ми вже навели електронну формулу атома. Відповідно до неї, даний елемент здатний виявляти кілька позитивних ступенів окислення. Це:

Валентність атома дорівнює IV. Найстійкішими є ті сполуки, у яких марганцю проявляються значення +2, +4, +6. Вища ступінь окислення дозволяє виступати сполукам у ролі найсильніших окислювачів. Наприклад: KMnO 4 , Mn 2 O 7 .

З'єднання з +2 є відновниками, гідроксид марганцю (II) має амфотерні властивості, з переважанням основних. Проміжні показники ступенів окиснення утворюють амфотерні сполуки.

Історія відкриття

Марганець - хімічний елемент, який було відкрито не відразу, а поступово й різними вченими. Однак його з'єднаннями люди користувалися з давніх часів. Оксид марганцю (IV) застосовувався для виплавлення скла. Один італієць констатував той факт, що добавка цієї сполуки при хімічному виробництві скла забарвлює їх колір у фіолетовий. Поряд з цим, ця ж речовина допомагає усунути каламутність у кольоровому склі.

Пізніше в Австрії вчений Кайм зумів дістати шматочок металевого марганцю, впливаючи високою температуроюна пюролізит (оксид марганцю (IV)), поташ та вугілля. Проте цей зразок мав багато домішок, усунути які йому вдалося, тому відкриття не відбулося.

Ще пізніше інший вчений також синтезував суміш, у якій значна частка припадала чистий метал. Це був Бергман, який до цього відкрив елемент нікель. Однак і йому довести справу до кінця не судилося.

Марганець - хімічний елемент, одержати та виділити який у вигляді простої речовинивперше вдалося Карлу Шееле у 1774 році. Проте зробив він це разом із І. Ганом, який завершив процес виплавки шматочка металу. Але навіть їм не вдалося повністю позбавити його домішок і отримати 100% вихід продукту.

Проте саме цей час став відкриттям цього атома. Ці вчені спробували дати назву, як першовідкривачі. Ними було обрано термін манганезіум. Однак після відкриття магнію почалася плутанина, і назва марганцю була змінена на сучасну (Х. Девід, 1908).

Так як марганець - хімічний елемент, властивості якого є дуже цінними для багатьох металургійних процесів, з часом з'явилася необхідність все ж таки знайти спосіб отримання його в максимально чистому вигляді. Ця проблемавирішувалася вченими всього світу, але зуміла вирішитися лише 1919 року завдяки роботам Р. Агладзе - радянського вченого-хіміка. Саме він знайшов спосіб, яким можна із сульфатів та хлоридів марганцю електролізним шляхом отримати чистий метал із вмістом речовини 99,98%. Тепер цей метод застосовується у всьому світі.

Знаходження у природі

Марганець – хімічний елемент, фото простої речовини якого можна побачити нижче. У природі існує маса ізотопів цього атома, кількість нейтронів у яких сильно коливається. Так, масові числа змінюються в межах від 44 до 69. Однак єдиним стабільним ізотопом є елемент зі значенням 55 Mn, решта мають або мізерно короткий період напіврозпаду, або існує в занадто малих кількостях.

Оскільки марганець - хімічний елемент, ступінь окислення якого дуже різна, те й сполук у природі він утворює також багато. У чистому вигляді цей елемент взагалі не зустрічається. У мінералах та рудах постійний сусід його – залізо. Усього можна позначити кілька найголовніших гірських порід, до складу яких входить марганець.

1. Піролюзит. Формула з'єднання: MnO 2 *nH 2 O.
2. Псиломелан, молекула MnO2*mMnO*nH2O.
3. Манганіт, формула MnO*OH.
4. Брауніт зустрічається рідше, ніж решта. Формула Mn 2 O 3 .
5. Гаусманіт, формула Mn * Mn 2 O 4.
6. Родоніт Mn 2 (SiO 3) 2 .
7. Карбонатна руда марганцю.
8. Малиновий шпат або родохрозит - MnCO 3 .
9. Пурпурит - Mn 3 PO 4 .

Крім цього, можна позначити ще кілька мінералів, до складу яких також входить елемент, що розглядається. Це:

• кальцит;
• сидерит;
• глинисті мінерали;
• халцедон;
• опал;
• піщано-алевритові сполуки.

Крім гірських та осадових порід, мінералів, марганець – хімічний елемент, який входить до складу наступних об'єктів:

1. Рослинні організми. Найбільшими накопичувачами цього елемента є водяний горіх, ряска, діатомові водорості.
2. Іржаві гриби.
3. Деякі види бактерій.
4. Наступні тварини: руді мурахи, ракоподібні, молюски.
5. Люди – добова потреба приблизно 3-5 мг.
6. Води Світового океану містять 0,3% цього елемента.
7. Загальний вміст у земній корі 0,1% за масою.

Загалом це 14 за поширеністю елемент із усіх на нашій планеті. Серед важких металів він другий після заліза.

Фізичні властивості

З точки зору властивостей марганцю як простої речовини можна виділити кілька основних фізичних характеристикдля нього.

1. У вигляді простої речовини є досить твердий метал (за шкалою Моосу показник дорівнює 4). Колір - сріблясто-білий, на повітрі покривається захисною плівкою, на розрізі блищить.
2. Температура плавлення становить 1246°С.
3. Кипіння - 2061 0 С.
4. Провідникові властивості хороші, є парамагнетиком.
5. Щільність металу становить 7,44 г/см3.
6. Існує у вигляді чотирьох поліморфних модифікацій (α, β, γ, σ), що відрізняються будовою та формою кристалічних ґратта щільністю упаковки атомів. Також відрізняється їхня температура плавлення.

У металургії застосовуються три основні форми марганцю: β, γ, σ. Альфа рідше, тому що вона дуже крихка за своїми властивостями.

Хімічні властивості

З погляду хімії, марганець – хімічний елемент, заряд іона якого сильно коливається від +2 до +7. Це накладає свій відбиток і його активність. У вільному вигляді на повітрі марганець дуже реагує з водою, розчиняється в розведених кислотах. Однак варто лише збільшити температуру як активність металу різко зростає.

Так, він здатний взаємодіяти з:

• азотом;
• вуглецем;
• галогенами;
• кремнієм;
• фосфором;
• сірою та іншими неметалами.

При нагріванні без доступу повітря метал легко перетворюється на пароподібний стан. Залежно від ступеня окислення, яку виявляє марганець, його сполуки можуть бути як відновниками, і окислювачами. Деякі виявляють амфотерні властивості. Так, основні притаманні сполук, у яких він +2. Амфотерні - +4, а кислотні та сильні окислювальні у вищому значенні +7.

Незважаючи на те, що марганець - це комплексні сполуки для нього нечисленні. Це пов'язано зі стійкою електронною конфігурацією атома, адже 3d-підрівень містить 5 електронів.

Способи отримання

Існує три основні способи, якими в промисловості одержують марганець (хімічний елемент). Як читається латиною назва, ми вже позначали - manganum. Якщо перекласти його російською, то це буде "так, дійсно проясняю, знебарвлюю". Такою своєю назвою марганець зобов'язаний властивостям, відомим з самої давнини.

Однак, незважаючи на популярність, отримати його в чистому вигляді для застосування зуміли лише 1919 року. Робиться це такими способами.

1. Електролізний вихід продукту становить 99,98%. У такий спосіб отримують марганець у хімічній промисловості.
2. Силікотермічний або відновлення за допомогою кремнію. При даному методівідбувається сплавлення кремнію та оксиду марганцю (IV), внаслідок чого формується чистий метал. Вихід становить близько 68%, оскільки побічно йде з'єднання марганцю з кремнієм у силіцид. Цей спосібзастосовують у металургійній промисловості.
3. Алюмінотермічний метод – відновлення за допомогою алюмінію. Також не дає надто високого виходу продукту, марганець утворюється забрудненим домішками.

Виробництво даного металу має важливе значення для багатьох процесів, які здійснюються в металургії. Навіть невелика добавка марганцю здатна сильно вплинути на властивості сплавів. Доведено, що в ньому розчиняються багато металів, заповнюючи собою його кристалічну решітку.

З видобутку та виробництва даного елемента Росія посідає перше місце у світі. Також цей процес здійснюється в таких країнах, як:

• Китай.
• Казахстан.
• Грузія.
• Україна.

Використання в промисловості

Марганець - хімічний елемент, застосування якого важливо у металургії. а й у інших областях. Крім металу в чистому вигляді, велике значеннямають і різні з'єднанняданого атома. Позначимо основні їх.

1. Існує кілька видів сплавів, які, завдяки марганцю, мають унікальні властивості. Так, наприклад, настільки міцна та зносостійка, що її використовують для виплавки деталей екскаваторів, каменепереробних машин, дробарок, кульових млинів, броньових деталей.
2. Діоксид марганцю – обов'язковий окисний елемент гальваніки, його використовують при створенні деполяризаторів.
3. Багато сполук марганцю необхідні здійснення органічних синтезів різних речовин.
4. Перманганат калію (або марганцівка) застосовується в медицині як сильний знезаражуючий засіб.
5. Даний елемент входить до складу бронзи, латуні, утворює власний сплав з міддю, який служить виготовлення турбін літаків, лопатей та інших деталей.

Біологічна роль

Добова потреба у марганці в людини становить 3-5 мг. Дефіцит даного елемента призводить до гноблення нервової системи, порушення сну та занепокоєння, запаморочення. Роль його до кінця ще не вивчена, проте ясно, що, перш за все, він впливає на:

• зріст;
• діяльність статевих залоз;
• роботу гормонів;
• утворення крові.

Цей елемент присутній у всіх рослинах, тваринах, людині, що доводить його важливу біологічну роль.

Марганець - хімічний елемент, цікаві факти про який можуть справити враження на будь-яку людину, а також змусити зрозуміти, наскільки вона важлива. Наведемо основні з них, які знайшли свій відбиток в історії даного металу.

1. У лихоліття громадянської війнив СРСР одним із перших експортних продуктів була руда, що містить велика кількістьмарганцю.
2. Якщо діоксид марганцю сплавити з селітрою, а потім продукт розчинити у воді, то почнуться дивовижні перетворення. Спочатку розчин забарвиться у зелений колір, потім забарвлення зміниться на синій, після – фіолетовий. Нарешті стане малиновою і поступово випаде бурий осад. Якщо ж суміш струсити, знову відновиться зелений колір і все відбудеться заново. Саме за це марганцівка і отримала свою назву, яка перекладається як "мінеральний хамелеон".
3. Якщо в землю вносити добрива, що містять марганець, то у рослин підвищиться продуктивність та зросте швидкість фотосинтезу. Озима пшеницякраще формуватиме зерна.
4. Найбільша брила мінералу марганцю родоніту важила 47 тонн і була знайдена на Уралі.
5. Існує потрійний метал, який називається манганін. Він складається з таких елементів, як мідь, марганець та нікель. Його унікальність у тому, що він має великий електричним опоромщо не залежить від температури, але знаходиться під впливом тиску.

Звичайно, це не все, що можна сказати про цей метал. Марганець – хімічний елемент, цікаві факти про який досить різноманітні. Особливо якщо говорити про властивості, якими він наділяє різні сплави.