حالات الأكسدة المحتملة للمنغنيز. مركبات المنغنيز (السابع).
التكوين الإلكتروني لذرة المنغنيز غير المثارة هو 3d 5 4s 2؛ يتم التعبير عن الحالة المثارة بالصيغة الإلكترونية 3d 5 4s 1 4p 1.
حالات الأكسدة الأكثر شيوعًا للمنغنيز في المركبات هي +2، +4، +6، +7.
المنغنيز معدن أبيض فضي، هش، نشط إلى حد ما: في نطاق الضغط يقع بين الألومنيوم والزنك. في الهواء، يتم تغطية المنغنيز بفيلم أكسيد، وحمايته من المزيد من الأكسدة. في حالة سحق ناعما، يتأكسد المنغنيز بسهولة.
أكسيد المنغنيز (II) MnO والهيدروكسيد المقابل له Mn(OH) 2 لهما خصائص أساسية - عندما يتفاعلان مع الأحماض، تتشكل أملاح المنغنيز ثنائية التكافؤ: Mn(OH) 2 + 2 H + ® Mn 2+ + 2 H 2 O.
تتشكل كاتيونات Mn 2+ أيضًا عندما يذوب المنغنيز المعدني في الأحماض. تظهر مركبات المنغنيز (II) خصائص اختزالية، على سبيل المثال، يتغمق الراسب الأبيض Mn(OH) 2 بسرعة في الهواء، ويتأكسد تدريجيًا إلى MnO 2: 2 Mn(OH) 2 + O 2 ® 2 MnO 2 + 2 H 2 O .
أكسيد المنغنيز (IV) MnO 2 هو مركب المنغنيز الأكثر استقرارًا؛ يتم تشكيله بسهولة أثناء أكسدة مركبات المنغنيز في حالة أكسدة أقل (+2)، وأثناء اختزال مركبات المنغنيز في حالات الأكسدة الأعلى (+6، +7):
من (OH) 2 + H 2 O 2 ® MnO 2 + 2 H 2 O؛
2 KMnO 4 + 3 Na 2 SO 3 + H 2 O ® 2 MnO 2 ¯ + 3 Na 2 SO 4 + 2 KOH.
MnO 2 هو أكسيد مذبذب، ومع ذلك، يتم التعبير عن خصائصه الحمضية والأساسية بشكل ضعيف. أحد الأسباب التي تجعل MnO 2 لا يظهر خصائص أساسية محددة بوضوح هو نشاطه المؤكسد القوي في بيئة حمضية (= +1.23 فولت): يتم تقليل MnO 2 إلى أيونات Mn 2+، بدلاً من تكوين أملاح مستقرة من المنغنيز رباعي التكافؤ. يجب اعتبار شكل الهيدرات المقابل لأكسيد المنغنيز (IV) بمثابة ثاني أكسيد المنغنيز المائي MnO 2 × xH 2 O. ويتوافق أكسيد المنغنيز (IV) كأكسيد مذبذب رسميًا مع الأشكال ortho- و meta-forms لحمض برمنجنات البوتاسيوم غير المعزول في الحالة الحرة: H 4 MnO 4 – الشكل الأورثوي و H 2 MnO 3 – النموذج الفوقي. ومن المعروف أكسيد المنغنيز Mn 3 O 4، والذي يمكن اعتباره ملح المنغنيز ثنائي التكافؤ من شكل أورثو من حمض البرمنجنوس Mn 2 MnO 4 - المنغنيز (II) أورثومانجانيت. هناك تقارير في الأدبيات حول وجود أكسيد المنغنيز 2 O 3. يمكن تفسير وجود هذا الأكسيد من خلال اعتباره ملح منغنيز ثنائي التكافؤ على شكل ميتا من حمض البرمنجنوس: MnMnO 3 - ميتامنجنيت المنغنيز (II).
عندما يتم دمج ثاني أكسيد المنغنيز في وسط قلوي مع عوامل مؤكسدة مثل كلورات البوتاسيوم أو النترات، يتأكسد المنغنيز رباعي التكافؤ إلى حالة سداسية التكافؤ، ويتشكل منجنات البوتاسيوم - وهو ملح غير مستقر للغاية حتى في محلول حمض البرمنجنوس H 2 MnO. 4، أنهيدريد (MnO 3) غير معروف:
MnO 2 + KNO 3 + 2 KOH ® K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O.
المنغنيزات غير مستقرة وعرضة لعدم التناسب وفقًا للتفاعل العكسي: 3 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O ⇆ 2 KMnO 4 + MnO 2 ¯ + 4 KOH،
ونتيجة لذلك يتغير اللون الأخضر للمحلول الناتج عن أيونات المنجنات MnO 4 2– إلى اللون البنفسجي المميز لأيونات البرمنجنات MnO 4 – .
المركب الأكثر استخدامًا للمنغنيز سباعي التكافؤ هو برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4 - وهو ملح معروف فقط في محلول حمض البرمنجانيك HMnO 4. يمكن الحصول على برمنجنات البوتاسيوم عن طريق أكسدة المنجنات بعوامل مؤكسدة قوية، مثل الكلور:
2K2MnO4 + Cl2® 2KMnO4 + 2KCl.
أكسيد المنغنيز (VII)، أو أنهيدريد المنغنيز، Mn 2 O 7 هو سائل بني-أخضر قابل للانفجار. يمكن الحصول على Mn 2 O 7 عن طريق التفاعل:
2 KMnO 4 + 2 H 2 SO 4 (مختصر) ® Mn 2 O 7 + 2 KH SO 4 + H 2 O.
مركبات المنغنيز في أعلى حالة أكسدة +7، وخاصة البرمنجنات، هي عوامل مؤكسدة قوية. يعتمد عمق اختزال أيونات البرمنجنات ونشاطها التأكسدي على الرقم الهيدروجيني للوسط.
في بيئة شديدة الحموضة، يكون ناتج اختزال البرمنجنات هو أيون Mn 2+، مما يؤدي إلى أملاح المنغنيز ثنائية التكافؤ:
MnO 4 – + 8 H + + 5 e – ® Mn 2+ + 4 H 2 O ( = +1.51 V).
في بيئة محايدة أو قلوية قليلاً أو حمضية قليلاً، يتكون MnO 2 نتيجة لاختزال أيونات البرمنجنات:
MnO 4 – + 2 H 2 O + 3 e – ® MnO 2 ¯ + 4 OH – ( = +0.60 فولت).
MnO 4 – + 4 H + + 3 e – ® MnO 2 ¯ + 2 H 2 O ( = +1.69 V).
في بيئة شديدة القلوية، يتم اختزال أيونات البرمنجنات إلى أيونات المنجنات MnO 4 2–، وتتشكل الأملاح مثل K 2 MnO 4 و Na 2 MnO 4:
MnO 4 – + e – ® MnO 4 2– ( = +0.56 فولت).
مهام الأولمبياد في الكيمياء
(1 المرحلة المدرسية)
1. الاختبار
1. يتمتع المنغنيز بأعلى حالة أكسدة في المركب
2. تفاعل التعادل يتوافق مع المعادلة الأيونية المختصرة
1) ح + + أوه - = ح 2 أو
2) 2H + + CO 3 2- = H 2 O + CO 2
3) CaO + 2H + = Ca 2+ + H 2 O
4) Zn + 2H + = Zn 2+ + H 2
3. التفاعل مع بعضهم البعض
2) MnO وNa2O
3) ف 2 أو 5 و سو 3
4. معادلة تفاعل الأكسدة والاختزال هي
1) KOH +HNO3 = KNO3 +H2O
2) N 2 O 5 + H 2 O = 2 HNO 3
3) 2 ن 2 يا = 2 ن 2 + يا 2
4) BaCO 3 = BaO + CO 2
5. رد الفعل التبادلي هو التفاعل
1) أكسيد الكالسيوم مع حامض النيتريك
2) أول أكسيد الكربون مع الأكسجين
3) الإيثيلين مع الأكسجين
4) حمض الهيدروكلوريك مع المغنيسيوم
6. الأمطار الحمضية ناتجة عن وجودها في الغلاف الجوي
1) أكاسيد النيتروجين والكبريت
4) الغاز الطبيعي
7. يستخدم الميثان مع البنزين ووقود الديزل كوقود في محركات الاحتراق الداخلي (المركبات). المعادلة الكيميائية الحرارية لاحتراق غاز الميثان هي:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 880 كيلوجول
ما مقدار كيلوجول من الحرارة التي سيتم إطلاقها أثناء احتراق CH 4، بحجم 112 لترًا (عند الصفر)؟
اختر الاجابة الصحيحة:
2. الأهداف
1. في معادلة تفاعل الأكسدة والاختزال، قم بترتيب المعاملات بأي طريقة تعرفها.
SnSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Sn(SO 4) 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
يبين أسماء المادة المؤكسدة والمادة المختزلة وحالة الأكسدة للعناصر. (4 نقاط)
2. اكتب معادلات التفاعل التي تسمح بحدوث التحولات التالية:
(2) (3) (4) (5)
CO 2 → Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 → CaO → CaCl 2 → CaCO 3
(5 نقاط)
3. تحديد صيغة القلدين إذا كانت كثافته النسبية في الهواء 1.862 (3 نقاط)
4. في عام 1928، تمكن الكيميائي الأمريكي التابع لشركة أبحاث جنرال موتورز، توماس ميدجلي جونيور، من تصنيع وعزل مركب كيميائي في مختبره يتكون من 23.53% كربون، 1.96% هيدروجين و74.51% فلور. وكان الغاز الناتج أثقل من الهواء بمقدار 3.52 مرة ولم يحترق. استنتج صيغة المركب، واكتب الصيغ البنائية للمواد العضوية المقابلة للصيغة الجزيئية الناتجة، وأعطها أسماء. (6 نقاط).
5. قم بخلط 140 جم من محلول حمض الهيدروكلوريك 0.5% مع 200 جم من محلول حمض الهيدروكلوريك 3%. ما نسبة حمض الهيدروكلوريك في المحلول الذي تم الحصول عليه حديثًا؟ (3 نقاط)
3. الكلمات المتقاطعة
حل الكلمات المشفرة في لعبة الكلمات المتقاطعة
التسميات: 1→ - أفقيا
1↓ - عمودي
↓ منتج من تآكل الحديد.
→ يتكون من التفاعل (6) مع الأكسيد الرئيسي.
→ وحدة كمية الحرارة.
→ أيون مشحون بشكل إيجابي.
→ عالم إيطالي، سُميت باسمه إحدى أهم الكميات الثابتة.
→ عدد الإلكترونات في المستوى الخارجي للعنصر رقم 14.
→……غاز – أول أكسيد الكربون (IV).
→ العالم الروسي العظيم، المشهور، من بين أمور أخرى، باعتباره مبتكر لوحات الفسيفساء ومؤلف النقوش.
→ نوع التفاعل بين محاليل هيدروكسيد الصوديوم وحمض الكبريتيك.
أعط مثالاً على معادلة التفاعل لـ (1→).
اذكر الثابت المذكور في (٤).
اكتب معادلة التفاعل (8).
اكتب الهيكل الإلكتروني ذرة العنصر"، الذي ذكره في (٥). (13 نقطة)
أحد أهم المعادن في صناعة المعادن هو المنغنيز. بالإضافة إلى ذلك، فهو بشكل عام عنصر غير عادي إلى حد ما يرتبط به حقائق مثيرة للاهتمام. مهم للكائنات الحية، وضروري في إنتاج العديد من السبائك، المواد الكيميائية. المنغنيز - يمكن رؤية الصورة أدناه. ومن خصائصه وخصائصه التي سننظر فيها في هذه المقالة.
خصائص العنصر الكيميائي
إذا تحدثنا عن المنغنيز كعنصر، فيجب علينا أولاً وصف موقعه فيه.
- يقع في الفترة الرئيسية الرابعة، المجموعة السابعة، المجموعة الفرعية الثانوية.
- الرقم التسلسلي - 25. المنغنيز - عنصر كيميائي، ذراتها +25. عدد الإلكترونات هو نفسه، النيوترونات - 30.
- قيمة الكتلة الذرية هي 54.938.
- رمز العنصر الكيميائي للمنغنيز هو Mn.
- الاسم اللاتيني هو المنغنيز.
ويقع بين الكروم والحديد، مما يفسر تشابهه معهما في الخصائص الفيزيائية والكيميائية.
المنغنيز - العنصر الكيميائي: فلز انتقالي
إذا نظرنا إلى التكوين الإلكتروني للذرة المعطاة، فستبدو صيغتها كما يلي: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. يصبح من الواضح أن العنصر الذي نفكر فيه هو من عائلة d. تشير خمسة إلكترونات في المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد إلى استقرار الذرة، والذي يتجلى في خواصها الكيميائية.
كمعدن، المنغنيز هو عامل اختزال، ولكن معظم مركباته قادرة على إظهار قدرات مؤكسدة قوية إلى حد ما. انها مرتبطة مع درجات مختلفةالأكسدة والتكافؤ التي يمتلكها عنصر معين. هذه هي خصوصية جميع المعادن في هذه العائلة.
وبالتالي فإن المنغنيز هو عنصر كيميائي يقع بين ذرات أخرى وله خصائصه الخاصة. دعونا نلقي نظرة على ما هي هذه الخصائص بمزيد من التفصيل.
المنغنيز هو عنصر كيميائي. حالة الأكسدة
لقد قدمنا بالفعل الصيغة الإلكترونية للذرة. ووفقا لذلك، فإن هذا العنصر قادر على إظهار العديد من حالات الأكسدة الإيجابية. هذا:
تكافؤ الذرة هو IV. المركبات الأكثر ثباتًا هي تلك التي يظهر فيها المنغنيز قيم +2، +4، +6. أعلى درجة من الأكسدة تسمح للمركبات بالعمل كعوامل مؤكسدة قوية. على سبيل المثال: KMnO 4، Mn 2 O 7.
المركبات التي تحتوي على +2 هي عوامل اختزال؛ هيدروكسيد المنغنيز (II) له خواص مذبذبة، مع غلبة الخواص الأساسية. تشكل حالات الأكسدة المتوسطة مركبات مذبذبة.
تاريخ الاكتشاف
المنغنيز عنصر كيميائي لم يتم اكتشافه على الفور، ولكن تم اكتشافه تدريجياً من قبل علماء مختلفين. ومع ذلك، فقد استخدم الناس مركباته منذ العصور القديمة. تم استخدام أكسيد المنغنيز (IV) لصنع الزجاج. وذكر أحد الإيطاليين أن إضافة هذا المركب أثناء الإنتاج الكيميائي للزجاج يحول لونه إلى اللون الأرجواني. جنبا إلى جنب مع هذا، نفس المادة تساعد على القضاء على الغيوم في النظارات الملونة.
وفي وقت لاحق في النمسا، تمكن العالم كيم من الحصول على قطعة من معدن المنغنيز عن طريق تعريض البوروليزيت (أكسيد المنغنيز (IV))، والبوتاس والفحم لدرجات حرارة عالية. إلا أن هذه العينة كانت بها شوائب كثيرة لم يتمكن من التخلص منها، لذلك لم يتم الاكتشاف.
وفي وقت لاحق، قام عالم آخر أيضًا بتصنيع خليط كانت فيه نسبة كبيرة من المعدن النقي. وكان بيرجمان هو من اكتشف سابقًا عنصر النيكل. ومع ذلك، لم يكن مقدرا له إكمال الأمر.
المنغنيز هو عنصر كيميائي يمكن الحصول عليه وعزله في شكله مادة بسيطةنجح كارل شيل لأول مرة في عام 1774. ومع ذلك، فقد فعل ذلك مع آي جان، الذي أكمل عملية صهر قطعة معدنية. لكن حتى أنهم لم يتمكنوا من تخليصه من الشوائب بشكل كامل والحصول على عائد 100% من المنتج.
ومع ذلك، فقد تم اكتشاف الذرة في هذه المرة بالتحديد. حاول هؤلاء العلماء أنفسهم تسميتها بالمكتشفين. اختاروا مصطلح المنغنيزيوم. لكن بعد اكتشاف المغنيسيوم بدأ الارتباك وتغير اسم المنغنيز إلى اسمه الحديث (H. David, 1908).
نظرًا لأن المنغنيز عنصر كيميائي تعتبر خصائصه ذات قيمة كبيرة للعديد من العمليات المعدنية، فقد أصبح من الضروري بمرور الوقت إيجاد طريقة للحصول عليه في أنقى صورة ممكنة. تم حل هذه المشكلة من قبل العلماء في جميع أنحاء العالم، ولكن تم حلها فقط في عام 1919 بفضل عمل الكيميائي السوفيتي R. Agladze. كان هو الذي وجد طريقة للحصول على معدن نقي بنسبة 99.98٪ من كبريتات وكلوريدات المنغنيز عن طريق التحليل الكهربائي. الآن يتم استخدام هذه الطريقة في جميع أنحاء العالم.
التواجد في الطبيعة
المنغنيز عنصر كيميائي، ويمكن رؤية صورة لمادة بسيطة أدناه. وفي الطبيعة يوجد العديد من نظائر هذه الذرة، ويختلف عدد النيوترونات فيها بشكل كبير. وبالتالي، فإن أعداد الكتلة تتراوح من 44 إلى 69. ومع ذلك، فإن النظير المستقر الوحيد هو العنصر الذي تبلغ قيمته 55 Mn، وجميع العناصر الأخرى إما لها نصف عمر قصير بشكل مهمل أو توجد بكميات صغيرة جدًا.
نظرًا لأن المنغنيز عنصر كيميائي تختلف حالة تأكسده كثيرًا، فإنه يشكل أيضًا العديد من المركبات في الطبيعة. لم يتم العثور على هذا العنصر في شكله النقي. في المعادن والخامات، جارها الثابت هو الحديد. في المجمل، يمكننا تحديد عدد قليل من أهمها الصخوروالتي تحتوي على المنغنيز.
- البيرولوسيت. الصيغة المركبة: MnO 2 *nH 2 O.
- سيلوميلان، MnO2*mMnO*nH2O جزيء.
- المنغنيت، الصيغة MnO*OH.
- براونيت أقل شيوعا من الآخرين. الصيغة Mn2O3.
- هوسمانيت، الصيغة Mn*Mn 2 O 4.
- رودونيت منغنيز 2 (SiO 3) 2.
- خامات كربونات المنغنيز .
- الصاري القرمزي أو الرودوكروزيت - MnCO 3.
- بوربوريت - منغنيز 3 ف 4.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن التعرف على العديد من المعادن الأخرى، والتي تحتوي أيضًا على العنصر المعني. هذا:
- الكالسيت.
- السدريت.
- معادن طينية
- العقيق الأبيض؛
- أوبال؛
- مركبات الرمل والطمي.
بالإضافة إلى الصخور والصخور الرسوبية والمعادن، يعتبر المنغنيز عنصرًا كيميائيًا يشكل جزءًا من الكائنات التالية:
- الكائنات النباتية. أكبر الخزانات لهذا العنصر هي: كستناء الماء، الطحلب البطي، والدياتومات.
- فطر الصدأ.
- بعض أنواع البكتيريا.
- الحيوانات التالية: النمل الأحمر، القشريات، الرخويات.
- الناس - الاحتياجات اليومية حوالي 3-5 ملغ.
- وتحتوي مياه المحيط العالمي على 0.3% من هذا العنصر.
- يبلغ إجمالي محتوى القشرة الأرضية 0.1% وزنًا.
وبشكل عام، فهو العنصر الرابع عشر الأكثر وفرة على كوكبنا. ومن بين المعادن الثقيلة، فهو يأتي في المرتبة الثانية بعد الحديد.
الخصائص الفيزيائية
من وجهة نظر خصائص المنغنيز كمادة بسيطة، عدة رئيسية الخصائص البدنيةله.
- في شكل مادة بسيطة، فهو معدن صلب إلى حد ما (المؤشر على مقياس موس هو 4). اللون أبيض فضي، في الهواء يصبح مغطى بطبقة أكسيد واقية، ويلمع عند القطع.
- نقطة الانصهار هي 1246 درجة مئوية.
- نقطة الغليان - 2061 0 درجة مئوية.
- خصائص التوصيل جيدة، فهي مغناطيسية.
- كثافة المعدن 7.44 جم/سم3.
- إنه موجود في شكل أربعة تعديلات متعددة الأشكال (α، β، γ، σ)، تختلف في بنية وشكل الشبكة البلورية وكثافة التعبئة الذرية. تختلف نقاط انصهارها أيضًا.
هناك ثلاثة أشكال رئيسية من المنغنيز المستخدمة في علم المعادن: β، γ، σ. ألفا أقل شيوعا، لأنه هش للغاية في خصائصه.
الخواص الكيميائية
من وجهة نظر كيميائية، المنغنيز هو عنصر كيميائي تختلف شحنته الأيونية بشكل كبير من +2 إلى +7. وهذا يترك بصماته على نشاطه. في شكله الحر في الهواء، يتفاعل المنغنيز بشكل ضعيف جدًا مع الماء ويذوب في الأحماض المخففة. ومع ذلك، بمجرد زيادة درجة الحرارة، يزداد نشاط المعدن بشكل حاد.
لذلك فهو قادر على التفاعل مع:
- نتروجين؛
- كربون؛
- الهالوجينات.
- السيليكون.
- الفوسفور.
- الكبريت وغيره من المعادن.
عند تسخينه دون الوصول إلى الهواء، ينتقل المعدن بسهولة إلى حالة بخار. اعتمادا على درجة الأكسدة التي يظهرها المنغنيز، يمكن أن تكون مركباته عوامل مختزلة ومؤكسدة. بعض يحمل خصائص مذبذبة. وبالتالي، فإن العناصر الرئيسية هي سمة من المركبات التي يكون فيها +2. مذبذب - +4، وأكسدة حمضية وقوية عند أعلى قيمة +7.
على الرغم من أن المنغنيز معدن انتقالي، إلا أن المركبات المعقدة له قليلة. ويرجع ذلك إلى مستقرة التكوين الإلكترونيةالذرة، لأن مستواها الفرعي ثلاثي الأبعاد يحتوي على 5 إلكترونات.
طرق الحصول على
هناك ثلاث طرق رئيسية يتم من خلالها إنتاج المنغنيز (عنصر كيميائي) صناعيا. وبما أن الاسم يُقرأ باللاتينية، فقد قمنا بالفعل بتسميته بالمانغوم. إذا قمت بترجمتها إلى اللغة الروسية، فسيكون "نعم، أنا أوضح حقًا، أنا أغير اللون." يعود اسم المنغنيز إلى خصائصه المعروفة منذ العصور القديمة.
ومع ذلك، على الرغم من شعبيته، لم يكن من الممكن الحصول عليه في شكله النقي للاستخدام إلا في عام 1919. ويتم ذلك باستخدام الطرق التالية.
- التحليل الكهربائي، العائد المنتج هو 99.98٪. ويتم الحصول على المنغنيز بهذه الطريقة في الصناعة الكيميائية.
- سيليكوثرميك، أو الاختزال مع السيليكون. في هذه الطريقةيندمج أكسيد السيليكون والمنغنيز (IV)، مما يؤدي إلى تكوين المعدن النقي. يبلغ العائد حوالي 68٪، حيث يتحد المنجنيز مع السيليكون لتكوين مبيد السيليكات كمنتج جانبي. تستخدم هذه الطريقة في الصناعة المعدنية.
- طريقة الألمنيوم الحراري - الاختزال باستخدام الألومنيوم. كما أنه لا يعطي إنتاجية عالية جدًا من المنتج، حيث يتكون المنغنيز ملوثًا بالشوائب.
يعد إنتاج هذا المعدن مهمًا للعديد من العمليات التي تتم في علم المعادن. حتى إضافة صغيرة من المنغنيز يمكن أن تؤثر بشكل كبير على خصائص السبائك. وقد ثبت أن العديد من المعادن تذوب فيه وتملأ شبكته البلورية.
عن طريق الاستخراج والإنتاج من هذا العنصرتحتل روسيا المرتبة الأولى في العالم. وتتم هذه العملية أيضًا في دول مثل:
- الصين.
- كازاخستان.
- جورجيا.
- أوكرانيا.
الاستخدام الصناعى
المنغنيز عنصر كيميائي، واستخدامه مهم ليس فقط في علم المعادن. ولكن أيضا في مجالات أخرى. بالإضافة إلى المعدن في شكله النقي، فإن المركبات المختلفة لذرة معينة لها أيضًا أهمية كبيرة. دعونا الخطوط العريضة لتلك الرئيسية.
- هناك عدة أنواع من السبائك التي تحتوي على المنغنيز خصائص فريدة من نوعها. على سبيل المثال، فهو قوي جدًا ومقاوم للتآكل لدرجة أنه يتم استخدامه لصهر أجزاء الحفارات وآلات معالجة الحجر والكسارات ومطاحن الكرة وأجزاء الدروع.
- ثاني أكسيد المنغنيز هو عنصر مؤكسد أساسي في الطلاء الكهربائي، ويستخدم في إنشاء مزيلات الاستقطاب.
- هناك حاجة إلى العديد من مركبات المنغنيز لإجراء التخليق العضوي للمواد المختلفة.
- يستخدم برمنجنات البوتاسيوم (أو برمنجنات البوتاسيوم) في الطب كمطهر قوي.
- هذا العنصر جزء من البرونز والنحاس ويشكل سبيكة خاصة به مع النحاس الذي يستخدم في صناعة توربينات الطائرات وشفراتها وأجزاء أخرى.
الدور البيولوجي
الاحتياجات اليومية من المنغنيز للإنسان هي 3-5 ملغ. نقص هذا العنصر يؤدي إلى الاكتئاب الجهاز العصبي، اضطرابات النوم والقلق، والدوخة. ولم يتم بعد دراسة دورها بشكل كامل، ولكن من الواضح أنها تؤثر في المقام الأول على:
- ارتفاع؛
- نشاط الغدد التناسلية.
- عمل الهرمونات؛
- تكوين الدم.
وهذا العنصر موجود في جميع النباتات والحيوانات والإنسان، مما يثبت دوره البيولوجي المهم.
المنغنيز هو عنصر كيميائي، حقائق مثيرة للاهتمام يمكن أن تثير إعجاب أي شخص وتجعله يفهم أيضًا مدى أهميته. دعونا نقدم أبسطها، والتي وجدت بصمتها في تاريخ هذا المعدن.
- في الأوقات الصعبة حرب اهليةفي اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، كان أحد منتجات التصدير الأولى يحتوي على خام عدد كبير منالمنغنيز
- إذا تم دمج ثاني أكسيد المنغنيز مع الملح الصخري، ثم يذوب المنتج في الماء، ستبدأ التحولات المذهلة. أولاً، سيتحول المحلول إلى اللون الأخضر، ثم يتغير اللون إلى الأزرق، ثم إلى اللون البنفسجي. أخيرًا، سيتحول إلى اللون القرمزي وسيتشكل راسب بني تدريجيًا. إذا قمت برج الخليط، فسيتم استعادة اللون الأخضر مرة أخرى وسيحدث كل شيء مرة أخرى. ولهذا السبب حصلت برمنجنات البوتاسيوم على اسمها، والذي يُترجم إلى "الحرباء المعدنية".
- إذا أضيفت الأسمدة المحتوية على المنغنيز إلى التربة، فإن إنتاجية النباتات ستزيد وسيزداد معدل التمثيل الضوئي. سوف يشكل القمح الشتوي الحبوب بشكل أفضل.
- أكبر كتلة من معدن الرودونيت المنغنيز تزن 47 طنا وتم العثور عليها في جبال الأورال.
- هناك سبيكة ثلاثية تسمى المنجانين. يتكون من عناصر مثل النحاس والمنغنيز والنيكل. ويمتاز بأنه يتمتع بمقاومة كهربائية عالية لا تعتمد على درجة الحرارة بل تتأثر بالضغط.
وبطبيعة الحال، هذا ليس كل ما يمكن أن يقال عن هذا المعدن. المنغنيز عنصر كيميائي، والحقائق المثيرة للاهتمام حوله متنوعة للغاية. خاصة إذا تحدثنا عن الخصائص التي يضفيها على السبائك المختلفة.
كيمياء المعادن
المحاضرة الثانية: أهم القضايا التي تمت مناقشتها في المحاضرة
معادن المجموعة الفرعية VIIB
الخصائص العامة للمعادن من المجموعة الفرعية VIIB.
كيمياء المنغنيز
مركبات المنغنيز الطبيعية
البدنية و الخواص الكيميائيةمعدن
مركبات المنغنيز. خصائص الأكسدة والاختزال للمركبات
خصائص موجزة لـ Tc و Re.
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
معادن المجموعة الفرعية VIIB
الخصائص العامة
تتكون المجموعة الفرعية VIIB من العناصر d: Mn، Tc، Re، Bh. |
|||||||||||
يتم وصف إلكترونات التكافؤ بالصيغة العامة: |
|||||||||||
(ن-1)د 5 ns2 | |||||||||||
مواد بسيطة - المعادن، رمادي فضي، |
|||||||||||
المنغنيز | |||||||||||
ثقيلة، ذات نقاط انصهار عالية، والتي |
|||||||||||
زيادة أثناء الانتقال من المنغنيز إلى إعادة، بحيث وفقا لضيق |
|||||||||||
إن قابلية الانصهار لـ Re تأتي في المرتبة الثانية بعد W. |
|||||||||||
أعظم أهمية عمليةلديه المنغنيز. |
|||||||||||
التكنيشيوم | العناصر Tc,Bh – العناصر المشعة الاصطناعية |
||||||||||
تم الحصول عليها مباشرة نتيجة للاندماج النووي. يكرر- |
|||||||||||
عنصر نادر. | |||||||||||
العنصران Tc و Re أكثر تشابهاً مع بعضهما البعض |
|||||||||||
مع المنغنيز. Tc و Re لديهما مستوى أعلى أكثر استقرارًا |
|||||||||||
جذع الأكسدة، لذلك هذه العناصر لها |
|||||||||||
المركبات في حالة الأكسدة 7 غريبة. |
|||||||||||
يتميز المنغنيز بحالات الأكسدة: 2، 3، 4، |
|||||||||||
أكثر استقرارا - | 2 و 4. حالات الأكسدة هذه |
||||||||||
تظهر في المركبات الطبيعية. الأكثر شيوعا
معادن المنغنيز الغريبة: البيرولوسيت MnO2 والرودوكروسيت MnCO3.
مركبات Mn(+7) و(+6) هي عوامل مؤكسدة قوية.
Mn، Tc، Re يُظهر التشابه الأكبر في الأكسدة العالية
يتم التعبير عنه في الطبيعة الحمضية للأكاسيد والهيدروكسيدات الأعلى.
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
الهيدروكسيدات الأعلى لجميع عناصر المجموعة الفرعية VIIB قوية
الأحماض ذات الصيغة العامة NEO4.
في أعلى حالة أكسدة، تكون العناصر Mn وTc وRe مشابهة لعنصر المجموعة الفرعية الرئيسية الكلور. الأحماض: HMnO4، HTcO4، HReO4 و
حمض الهيدروكلوريك (HClO4) قوي. تتميز عناصر المجموعة الفرعية VIIB بشكل ملحوظ
تشابه كبير مع جيرانه في السلسلة، على وجه الخصوص، يظهر Mn تشابهًا مع Fe. في الطبيعة، تكون مركبات المنغنيز دائمًا مجاورة لمركبات الحديد.
مرغنيز
حالات الأكسدة المميزة
إلكترونات التكافؤ Mn – 3d5 4s2. |
|||
الدرجات الأكثر شيوعا |
|||
3د5 4س2 | المنغنيز | قيم الأكسدة للمنغنيز هي 2، 3، 4، 6، 7؛ |
|
أكثر استقرارا - 2 و 4. في المحاليل المائية |
|||
حالة الأكسدة +2 مستقرة في الحمضية، و+4 - في |
|||
بيئة محايدة وقلوية قليلاً وحمضية قليلاً.
تظهر مركبات Mn(+7) و(+6) خصائص مؤكسدة قوية.
إن الطابع الحمضي القاعدي لأكاسيد وهيدروكسيدات المنغنيز يرجع بشكل طبيعي إلى
يختلف باختلاف حالة الأكسدة: في حالة الأكسدة +2، يكون الأكسيد والهيدروكسيد أساسيين، وفي حالة الأكسدة الأعلى يكونان حمضيين،
وعلاوة على ذلك، HMnO4 هو حمض قوي.
في المحاليل المائية، يوجد Mn(+2) على شكل أكواكاتيون
2+، والذي يُشار إليه بالبساطة بواسطة Mn2+. المنغنيز في حالات الأكسدة العالية يكون في محلول على شكل رباعيات الأوكسوانيونات: MnO4 2– و
MnO4 – .
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
المركبات الطبيعية وإنتاج المعادن
عنصر Mn من حيث تواجده في القشرة الأرضية بين المعادن الثقيلة
يتبع الصيد الحديد، لكنه أدنى منه بشكل ملحوظ - يبلغ محتوى الحديد حوالي 5٪، والمنغنيز - حوالي 0.1٪ فقط. المنغنيز لديه أكسيد أكثر شيوعا
نيويورك والكربونات والخامات. وأهم المعادن هي: الانحلال الحراري
الموقع MnO2 والرودوتشروسيت MnCO3.
للحصول على المنغنيز
بالإضافة إلى هذه المعادن، يتم استخدام الهوزمانيت Mn3 O4 للحصول على المنغنيز
وأكسيد السيلوميلاني المائي MnO2. xH2 O. في خامات المنغنيز كلها
يستخدم المنغنيز بشكل رئيسي في إنتاج أنواع خاصة من الفولاذ ذات قوة عالية ومقاومة للصدمات. لذلك،
يتم الحصول على كمية جديدة من المنغنيز ليس في شكل نقي، ولكن في شكل المنغنيز الحديدي
TSA - سبيكة من المنغنيز والحديد تحتوي على 70 إلى 88% من المنغنيز.
ويبلغ إجمالي حجم الإنتاج العالمي السنوي من المنغنيز، بما في ذلك الحديد المنغنيز، ~ (10 12) مليون طن / سنة.
للحصول على المنغنيز الحديدي، يتم تقليل خام أكسيد المنغنيز
يحرقون الفحم.
MnO2 + 2C = Mn + 2CO
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
جنبا إلى جنب مع أكاسيد المنغنيز، يتم أيضًا تقليل أكاسيد الحديد الموجودة في الخام.
دي. للحصول على المنغنيز مع الحد الأدنى من محتوى مركبات Fe و C
يتم فصل الحديد مبدئيًا ويتم الحصول على أكسيد مختلط Mn3 O4
(MnO . Mn2 O3 ). ثم يتم اختزاله باستخدام الألومنيوم (يتفاعل البيرولوسيت مع
آل عاصف جدا).
3Mn3 O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2 O3
يتم الحصول على المنغنيز النقي بطريقة المعالجة المائية. بعد الحصول الأولي على ملح MnSO4، من خلال محلول كبريتات Mn،
يتم تطبيق تيار كهربائي، ويتم تقليل المنغنيز عند الكاثود:
Mn2+ + 2e– = Mn0.
مادة بسيطة
المنغنيز معدن رمادي فاتح. الكثافة – 7.4 جم/سم3. نقطة الانصهار – 1245 درجة مئوية.
هذا معدن نشط إلى حد ما، E (Mn | / من) = - 1.18 فولت. |
||
يتأكسد بسهولة إلى كاتيون Mn2+ في حالة مخففة |
|||
الأحماض. | |||
من + 2H+ = Mn2+ + H2 |
|||
يتم تخميل المنغنيز في المركزة |
|||
أحماض النيتريك والكبريتيك ولكن عند تسخينها |
|||
أرز. المنغنيز – سي- | يبدأ التفاعل معهم ببطء، ولكن |
||
معدن أحمر مشابه | حتى تحت تأثير هذه العوامل المؤكسدة القوية |
||
للأجهزة |
|||
Mn يذهب إلى الكاتيون |
|||
Mn2+. عند تسخينه، يتفاعل مسحوق المنغنيز مع الماء
الافراج عن H2.
بسبب الأكسدة في الهواء، يصبح المنجنيز مغطى ببقع بنية اللون،
في جو الأكسجين، يشكل المنغنيز أكسيد |
||||||||||||||||||
Mn2 O3، وفي درجات حرارة أعلى مختلطة أكسيد MnO. من2O3 |
||||||||||||||||||
(Mn3O4). | ||||||||||||||||||
المنفذ: | رقم الحدث | |||||||||||||||||
عند تسخينه، يتفاعل المنغنيز مع الهالوجينات والكبريت. من التقارب
للكبريت أكثر من الحديد، لذلك عند إضافة المنغنيز الحديدي إلى الفولاذ،
يرتبط الكبريت المذاب فيه بـ MnS. لا يذوب كبريتيد MnS في المعدن ويدخل في الخبث. تزداد قوة الفولاذ بعد إزالة الكبريت مما يسبب الهشاشة.
في جدا درجات حرارة عالية(> 1200 درجة مئوية) المنغنيز، الذي يتفاعل مع النيتروجين والكربون، يشكل نيتريدات وكربيدات غير متكافئة.
مركبات المنغنيز
مركبات المنغنيز (+7)
جميع مركبات Mn(+7) تظهر خصائص مؤكسدة قوية.
برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4 - الاتصال الأكثر شيوعا
من(+7). وتكون هذه المادة البلورية داكنة اللون في شكلها النقي
اللون الأرجواني. عند تسخين برمنجنات البلورات، فإنها تتحلل
2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2 |
||
من هذا التفاعل في المختبر يمكنك الحصول عليه |
||
أنيون MnO4 – حلول الألوان الدائمة |
||
غاناتا باللون البنفسجي التوت. على ال |
||
الأسطح الملامسة للمحلول |
||
أرز. محلول KMnO4 باللون الوردي- | KMnO4، بسبب قدرة البرمنجنات على الأكسدة |
|
اللون البنفسجي | صب الماء، رقيقة الأصفر والبني |
|
أفلام أكسيد MnO2. |
||
4KMnO4 + 2H2O = 4MnO2 + 3O2 + 4KOH |
||
لإبطاء هذا التفاعل، الذي يتسارع في الضوء، يتم تخزين محاليل KMnO4
نيات في زجاجات داكنة.
عند إضافة بضع قطرات من المركزة
حمض الكبريتيك الثلاثي ينتج أنهيدريد البرمنغنيك.
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
2KMnO4 + H2 SO4 2Mn2 O7 + K2 SO4 + H2 O
أكسيد المنغنيز 2 O 7 هو سائل زيتي ثقيل ذو لون أخضر داكن. هذا هو أكسيد المعدن الوحيد الموجود في الظروف العادية
وهو في حالة سائلة (نقطة الانصهار 5.9 درجة مئوية). يحتوي الأكسيد على جزيئي
الهيكل الخلوي، غير مستقر للغاية، يتحلل بشكل انفجاري عند درجة حرارة 55 درجة مئوية. 2Mn2 O7 = 4MnO2 + 3O2
أكسيد Mn2 O7 هو عامل مؤكسد قوي للغاية وحيوي. كثير أو-
تتأكسد المواد العضوية تحت تأثيرها إلى ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الهيدروجين
يُطلق على Mn2 O7 أحيانًا اسم المباريات الكيميائية. إذا تم ترطيب قضيب زجاجي في Mn2O7 ووضعه في مصباح كحول، فسوف يضيء.
عند إذابة Mn2O7 في الماء يتكون حمض البرمنجنيك.
حمض HMnO 4 هو حمض قوي، ويوجد فقط في الماء
الحل الاسمي، وليس معزولا في دولة حرة. يتحلل حمض HMnO4-
مع إطلاق O2 وMnO2.
عند إضافة القلويات الصلبة إلى محلول KMnO4، يتكون
تشكيل المنجنيق الأخضر.
4KMnO4 + 4KOH (ك) = 4K2 MnO4 + O2 + 2H2 O.
عند تسخين KMnO4 مع حمض الهيدروكلوريك المركز، فإنه يتشكل
يوجد غاز Cl2 .
2KMnO4 (ك) + 16HCl (مكثف) = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl
تكشف هذه التفاعلات عن الخصائص المؤكسدة القوية للبرمنجنات.
تعتمد منتجات تفاعل KMnO4 مع عوامل الاختزال على حموضة المحلول الذي يحدث فيه رد الفعل.
في المحاليل الحمضية، يتكون كاتيون عديم اللون Mn2+.
MnO4 – + 8H+ +5e– Mn2+ + 4H2O; (E0 = +1.53 فولت).
يترسب الراسب البني MnO2 من المحاليل المتعادلة.
MnO4 – +2H2 O +3e– MnO2 + 4OH– .
في المحاليل القلوية يتكون الأنيون الأخضر MnO4 2–.
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
يتم الحصول على برمنجنات البوتاسيوم في الصناعة إما من المنغنيز
(أكسدته عند الأنود في محلول قلوي)، أو من البيرولوسيت (MnO2 هو ما قبل
يتأكسد بغليان إلى K2 MnO4، والذي يتأكسد بعد ذلك إلى KMnO4 عند الأنود).
مركبات المنغنيز (+6)
المنجنات عبارة عن أملاح تحتوي على أنيون MnO4 2 ولها لون أخضر ساطع.
يكون أنيون MnO4 2─ مستقرًا فقط في بيئة شديدة القلوية. تحت تأثير الماء، وخاصة الحمض، فإن المنغنيز لا يتناسب مع تكوين مركب
من المنغنيز في حالات الأكسدة 4 و 7.
3MnO4 2– + 2H2 O= MnO2 + 2MnO4 – + 4OH–
ولهذا السبب فإن حمض H2 MnO4 غير موجود.
يمكن الحصول على المنغنيتات عن طريق دمج MnO2 مع القلويات أو الكربونات
مي في وجود عامل مؤكسد.
2MnO2 (ك) + 4KOH (ل) + O2 = 2K2 MnO4 + 2H2 O
المنغنيز هي عوامل مؤكسدة قوية ولكن إذا تأثروا
إذا كنت تستخدم عامل مؤكسد أقوى، فإنها تتحول إلى برمنجنات.
عدم التناسب
مركبات المنغنيز (+4)
– مركب المنغنيز الأكثر ثباتاً . يحدث هذا الأكسيد بشكل طبيعي (معدن البيرولوسيت).
أكسيد MnO2 هو مادة ذات لون أسود-بني ذات بلورة قوية جدًا
شعرية ical (مثل الروتيل TiO2). ولهذا السبب، على الرغم من وجود أكسيد المنغنيز 2 هو مذبذبلا يتفاعل مع المحاليل القلوية ومع الأحماض المخففة (تمامًا مثل TiO2). يذوب في الأحماض المركزة.
MnO2 + 4HCl (conc.) = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
يتم استخدام التفاعل في المختبر لإنتاج Cl2.
عندما يذوب MnO2 في حمض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك، يتكون Mn2+ وO2.
وهكذا، في بيئة حمضية للغاية، يميل MnO2 إلى التحول إلى
Mn2+ كاتيون.
يتفاعل MnO2 مع القلويات فقط في المنصهر لتكوين مختلط
أكاسيد. في وجود عامل مؤكسد، يتم تشكيل المنغنيز في ذوبان القلوية.
يستخدم أكسيد MnO2 في الصناعة كعامل مؤكسد رخيص. بخاصة، الأكسدة والاختزالتفاعل
المنفذ: | 2 يتحلل مع إطلاق O2 وتكوينه |
المنفذ: | رقم الحدث | ||||||||||||||||
لفترة طويلة، كان أحد مركبات هذا العنصر، وهو ثاني أكسيده (المعروف باسم البيرولوسيت) يعتبر نوعا من خام الحديد المغناطيسي المعدني. فقط في عام 1774 اكتشف أحد الكيميائيين السويديين أن البيرولوسيت يحتوي على معدن غير مستكشف. ونتيجة لتسخين هذا المعدن مع الفحم، أمكن الحصول على نفس المعدن غير المعروف. في البداية كان يطلق عليه اسم المنغنيز، وبعد ذلك ظهر الاسم الحديث - المنغنيز. يحتوي العنصر الكيميائي على العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام، والتي سيتم مناقشتها أدناه.
يقع في مجموعة فرعية جانبية من المجموعة السابعة الجدول الدوري(مهم: جميع عناصر المجموعات الفرعية الجانبية هي معادن). الصيغة الإلكترونية 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (صيغة D النموذجية). المنغنيز كمادة حرة له لون أبيض فضي. ونظرًا لنشاطه الكيميائي، فإنه لا يوجد في الطبيعة إلا على شكل مركبات مثل الأكاسيد والفوسفات والكربونات. المادة مقاومة للحرارة، ودرجة انصهارها هي 1244 درجة مئوية.
مثير للاهتمام!تم العثور على نظير واحد فقط لعنصر كيميائي في الطبيعة، له كتلة ذرية 55. يتم الحصول على النظائر المتبقية بشكل صناعي، والنظائر المشعة الأكثر استقرارا مع كتلة ذرية 53 (نصف العمر هو تقريبا نفس عمر اليورانيوم ).
حالة أكسدة المنغنيز
لديه ستة درجات مختلفةأكسدة. في حالة الأكسدة الصفرية، يكون العنصر قادرًا على تكوين مركبات معقدة باستخدام بروابط عضوية (على سبيل المثال، P(C5H5)3)، بالإضافة إلى بروابط غير عضوية:
- أول أكسيد الكربون (ديكاكربونيل ثنائي المنغنيز)،
- نتروجين،
- ثلاثي فلوريد الفوسفور,
- أكسيد النيتريك.
حالة الأكسدة +2 نموذجية لأملاح المنغنيز. هام: هذه المركبات لها خصائص علاجية بحتة. المركبات الأكثر استقرارا مع حالة الأكسدة +3 هي أكسيد Mn2O3، وكذلك هيدرات هذا الأكسيد Mn(OH)3. عند +4، الأكثر استقرارًا هي MnO2 وأكسيد-هيدروكسيد الأمفوتريك MnO(OH)2.
حالة أكسدة المنغنيز +6 نموذجية لحمض المنغنيز وأملاحه، والتي توجد فقط في محلول مائي. تعتبر حالة الأكسدة +7 نموذجية بالنسبة لحمض البرمنجانيك وأنهيدريده وأملاحه - البرمنجنات (المشابهة للبيركلورات) - عوامل مؤكسدة قوية، موجودة فقط في محلول مائي. ومن المثير للاهتمام أنه عند تقليل برمنجنات البوتاسيوم (وتسمى في الحياة اليومية برمنجنات البوتاسيوم)، هناك ثلاثة تفاعلات مختلفة ممكنة:
- في وجود حمض الكبريتيك، يتم تقليل أنيون MnO4- إلى Mn2+.
- إذا كان الوسط محايدًا، يتم تقليل أيون MnO4- إلى MnO(OH)2 أو MnO2.
- في وجود القلويات، يتم اختزال أنيون MnO4- إلى أيون المنجنيت MnO42-.
المنغنيز كعنصر كيميائي
الخواص الكيميائية
في ظل الظروف العادية يكون غير نشط. والسبب هو طبقة الأكسيد التي تظهر عند تعرضها للأكسجين الجوي. إذا تم تسخين مسحوق المعدن قليلا، فإنه يحترق، ويتحول إلى MnO2.
عند تسخينه، فإنه يتفاعل مع الماء، ويزيح الهيدروجين. نتيجة للتفاعل، يتم الحصول على هيدروكسيد غير قابل للذوبان عمليا Mn(OH)2. هذه المادة تمنع المزيد من التفاعل مع الماء.
مثير للاهتمام!الهيدروجين قابل للذوبان في المنغنيز، ومع زيادة درجة الحرارة، تزداد قابلية الذوبان (يتم الحصول على محلول الغاز الموجود في المعدن).
عند تسخينه بقوة شديدة (درجات حرارة أعلى من 1200 درجة مئوية)، فإنه يتفاعل مع النيتروجين، مما ينتج عنه النتريدات. يمكن أن تحتوي هذه المركبات على تركيبات مختلفة، وهو ما يعتبر نموذجيًا لما يسمى بالبيرثوليدات. يتفاعل مع البورون والفوسفور والسيليكون وفي شكل منصهر - مع الكربون. يحدث التفاعل الأخير أثناء اختزال المنغنيز بفحم الكوك.
عند التفاعل مع أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة، يتم الحصول على الملح ويتم إطلاق الهيدروجين. لكن التفاعل مع حامض الكبريتيك القوي يختلف: نواتج التفاعل هي الملح والماء وثاني أكسيد الكبريت (في البداية حمض الكبريتيكيتم تقليله إلى الكبريت. ولكن بسبب عدم الاستقرار، يتحلل حمض الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت والماء).
عند التفاعل مع حمض النيتريك المخفف، يتم الحصول على النترات والماء وأكسيد النيتريك.
يشكل ستة أكاسيد:
- أكسيد النيتروز، أو MnO،
- أكسيد، أو Mn2O3،
- أكسيد أكسيد Mn3O4،
- ثاني أكسيد أو MnO2،
- أنهيدريد المنغنيز MnO3,
- أنهيدريد المنغنيز Mn2O7.
مثير للاهتمام!تحت تأثير الأكسجين الجوي، يتحول أكسيد النيتروز تدريجياً إلى أكسيد. لم يتم عزل أنهيدريد برمنجنات في شكل حر.
الأكسيد مركب له ما يسمى بحالة الأكسدة الكسرية. عندما تذوب في الأحماض، تتشكل أملاح المنغنيز ثنائي التكافؤ (الأملاح التي تحتوي على كاتيون Mn3+ غير مستقرة ويتم اختزالها إلى مركبات تحتوي على كاتيون Mn2+).
ثاني أكسيد وأكسيد وأكسيد النيتروز هي الأكاسيد الأكثر استقرارا. أنهيدريد المنغنيز غير مستقر. هناك تشابهات مع العناصر الكيميائية الأخرى:
- Mn2O3 وMn3O4 عبارة عن أكاسيد أساسية، وتشبه خصائصها مركبات الحديد المماثلة؛
- MnO2 هو أكسيد مذبذب، يشبه في خصائصه الألومنيوم وأكاسيد الكروم ثلاثي التكافؤ؛
- من2O7 - أكسيد الحمضخصائصه تشبه إلى حد كبير أكسيد الكلور العالي.
من السهل ملاحظة التشابه مع الكلورات والبيركلورات. يتم الحصول على المنغنيز، مثل الكلورات، بشكل غير مباشر. ولكن يمكن الحصول على البرمنجنات إما بشكل مباشر، أي عن طريق تفاعل أنهيدريد وأكسيد / هيدروكسيد فلز في وجود الماء، أو بشكل غير مباشر.
في الكيمياء التحليلية، يقع كاتيون Mn2+ ضمن المجموعة التحليلية الخامسة. هناك العديد من التفاعلات التي يمكنها اكتشاف هذا الكاتيون:
- عند التفاعل مع كبريتيد الأمونيوم، يتشكل راسب MnS، ويكون لونه بلون اللحم؛ عند إضافة الأحماض المعدنية، يذوب الراسب.
- عند التفاعل مع القلويات، يتم الحصول على راسب أبيض من Mn(OH)2؛ ومع ذلك، عند التفاعل مع الأكسجين الجوي، يتغير لون الراسب من الأبيض إلى البني - ويتم الحصول على Mn(OH)3.
- إذا تمت إضافة بيروكسيد الهيدروجين ومحلول قلوي إلى الأملاح التي تحتوي على كاتيون Mn2+، يترسب راسب بني داكن MnO(OH)2.
- عند إضافة عامل مؤكسد (ثاني أكسيد الرصاص وبزموتات الصوديوم) ومحلول قوي من حمض النيتريك إلى الأملاح التي تحتوي على كاتيون Mn2+، يتحول المحلول إلى اللون القرمزي - وهذا يعني أن Mn2+ قد تم أكسدةه إلى HMnO4.
الخواص الكيميائية
تكافؤ المنغنيز
العنصر في المجموعة السابعة. المنغنيز النموذجي - الثاني والثالث والرابع والسادس والسابع.
يعتبر التكافؤ الصفري أمرًا نموذجيًا بالنسبة للمادة الحرة. المركبات الثنائية التكافؤ هي أملاح تحتوي على كاتيون Mn2+، والمركبات الثلاثية التكافؤ هي الأكسيد والهيدروكسيد، والمركبات رباعية التكافؤ هي ثاني أكسيد، بالإضافة إلى هيدروكسيد الأكسيد. المركبات السداسية والسباعية التكافؤ هي أملاح تحتوي على أنيونات MnO42 وMnO4.
كيف يتم الحصول عليه ومن ماذا يتم الحصول على المنغنيز؟ من خامات المنجنيز والحديد والمنجنيز وكذلك من المحاليل الملحية. هناك ثلاثة معروفة طرق مختلفةالحصول على المنغنيز:
- الانتعاش مع فحم الكوك،
- ألومنيوم حراري,
- التحليل الكهربائي.
في الحالة الأولى، يتم استخدام فحم الكوك وأول أكسيد الكربون كعامل اختزال. يتم استخراج المعدن من خام يحتوي على خليط من أكاسيد الحديد. والنتيجة هي المنغنيز الحديدي (سبائك مع الحديد) والكربيد (ما هو الكربيد؟ إنه مركب من المعدن والكربون).
للحصول على مادة أنقى، يتم استخدام إحدى طرق المعالجة الحرارية المعدنية - الألومنيوم الحراري. أولاً، يتم تكلس البيرولوسيت، الذي ينتج Mn2O3. ثم يتم خلط الأكسيد الناتج مع مسحوق الألومنيوم. أثناء التفاعل، يتم إطلاق الكثير من الحرارة، ونتيجة لذلك يذوب المعدن الناتج، ويغطيه أكسيد الألومنيوم بغطاء الخبث.
المنغنيز معدن متوسط النشاط ويقع في سلسلة بيكيتوف على يسار الهيدروجين وعلى يمين الألومنيوم. وهذا يعني أنه أثناء التحليل الكهربائي للمحاليل المائية للأملاح مع كاتيون Mn2+، يتم تقليل كاتيون المعدن عند الكاثود (أثناء التحليل الكهربائي لمحلول مخفف جدًا، يتم تقليل الماء أيضًا عند الكاثود). أثناء التحليل الكهربائي لمحلول مائي من MnCl2، تحدث التفاعلات التالية:
MnCl2 Mn2+ + 2Cl-
الكاثود (قطب سالب الشحنة): Mn2+ + 2e Mn0
الأنود (قطب موجب الشحنة): 2Cl- - 2e 2Cl0 Cl2
معادلة التفاعل النهائية هي:
MnCl2 (el-z) Mn + Cl2
ينتج التحليل الكهربائي أنقى معدن المنغنيز.
فيديو مفيد: المنغنيز ومركباته
طلب
استخدام المنغنيز واسع الانتشار. يتم استخدام كل من المعدن نفسه ومركباته المختلفة. يتم استخدامه في شكله الحر في صناعة المعادن لأغراض مختلفة:
- باعتباره "مزيل الأكسدة" عند صهر الفولاذ (يرتبط الأكسجين ويتشكل Mn2O3)؛
- كعنصر صناعة السبائك: فهو ينتج فولاذًا قويًا يتمتع بمقاومة عالية للتآكل ومقاومة الصدمات؛
- لصهر ما يسمى بالدرجة المدرعة من الفولاذ؛
- كعنصر من البرونز والنحاس.
- لإنشاء المنجانين، وهي سبيكة من النحاس والنيكل. يتم تصنيع الأجهزة الكهربائية المختلفة، مثل المقاومة المتغيرة، من هذه السبيكة
يستخدم MnO2 لتصنيع الخلايا الجلفانية Zn-Mn. يتم استخدام MnTe وMnAs في الهندسة الكهربائية.
تطبيقات المنغنيز
يستخدم برمنجنات البوتاسيوم، الذي يطلق عليه غالبًا برمنجنات البوتاسيوم، على نطاق واسع في الحياة اليومية (للحمامات الطبية) وفي الصناعة والمختبرات. يتغير لون اللون القرمزي للبرمنجنات عندما يتم تمرير الهيدروكربونات غير المشبعة ذات الروابط المزدوجة والثلاثية عبر المحلول. عند تسخينها بقوة، تتحلل البرمنجنات. وهذا ينتج المنجنات، MnO2، والأكسجين. هذه إحدى طرق الحصول على الأكسجين النقي كيميائيًا في ظروف المختبر.
لا يمكن الحصول على أملاح حمض البرمنجنات إلا بشكل غير مباشر. للقيام بذلك، يتم خلط MnO2 مع القلويات الصلبة ويتم تسخينها في وجود الأكسجين. هناك طريقة أخرى للحصول على المنغنيز الصلب وهي تكليس البرمنجنات.
حلول المنجنات لها لون أخضر غامق جميل. ومع ذلك، فإن هذه المحاليل غير مستقرة وتخضع لتفاعل غير متناسب: يتغير اللون الأخضر الداكن إلى اللون القرمزي، ويتشكل أيضًا راسب بني. وينتج عن التفاعل برمنجنات وMnO2.
يستخدم ثاني أكسيد المنغنيز في المختبر كمحفز لتحلل كلورات البوتاسيوم (ملح بيرثوليت)، وكذلك لإنتاج الكلور النقي. ومن المثير للاهتمام، نتيجة لتفاعل MnO2 مع كلوريد الهيدروجين، يتم الحصول على منتج وسيط - مركب غير مستقر للغاية MnCl4، والذي يتحلل إلى MnCl2 والكلور. المحاليل المحايدة أو المحمضة للأملاح مع كاتيون Mn2+ لها لون وردي شاحب (Mn2+ يشكل مركبًا يحتوي على 6 جزيئات ماء).
فيديو مفيد: المنجنيز - عنصر الحياة
خاتمة
هذا هو وصف موجز لالمنغنيز وخصائصه الكيميائية. وهو معدن أبيض فضي ذو نشاط متوسط، ويتفاعل مع الماء فقط عند تسخينه، واعتمادًا على درجة الأكسدة، يُظهر خصائص معدنية وغير معدنية. وتستخدم مركباته في الصناعة والمنزل وفي المختبرات لإنتاج الأكسجين النقي والكلور.
