Maksimalno stanje oksidacije mangana. Šta je mangan: proučavamo hemijski element

Za dugo vremena jedan od spojeva ovog elementa, odnosno njegov dioksid (poznat kao piroluzit) smatran je varijantom mineralne magnetne željezne rude. Tek 1774. godine, jedan od švedskih hemičara je otkrio da se u piroluzitu nalazi neistraženi metal. Kao rezultat zagrijavanja ovog minerala ugljem, bilo je moguće dobiti isti nepoznati metal. U početku se zvao manganum, kasnije se pojavio moderni naziv - mangan. Hemijski element ima mnoga zanimljiva svojstva, o kojima će biti riječi kasnije.

Nalazi se u sekundarnoj podgrupi sedme grupe periodni sistem(važno: svi elementi sekundarnih podgrupa su metali). Elektronska formula 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (tipična formula d-elementa). Mangan kao slobodna supstanca ima srebrno-bijelu boju. Zbog svoje hemijske aktivnosti, u prirodi se javlja samo u obliku spojeva kao što su oksidi, fosfati i karbonati. Supstanca je vatrostalna, tačka topljenja je 1244 stepena Celzijusa.

Zanimljivo! U prirodi se nalazi samo jedan izotop nekog hemijskog elementa, koji ima atomsku masu 55. Preostali izotopi se dobijaju veštačkim putem, a najstabilniji radioaktivni izotop sa atomskom masom 53 (period poluraspada je približno isti kao i uranijum). ).

Oksidacijsko stanje mangana

Ima šest različitih oksidacionih stanja. U stanju nulte oksidacije, element je u stanju da formira kompleksna jedinjenja sa organskim ligandima (na primer, P(C5H5)3), kao i neorganskim ligandima:

  • ugljen monoksid (dimangan dekakarbonil),
  • nitrogen,
  • fosfor trifluorid,
  • dušikov oksid.

Oksidacijsko stanje +2 je tipično za soli mangana. Važno: ova jedinjenja imaju samo redukciona svojstva. Najstabilnija jedinjenja sa oksidacionim stanjem +3 su oksid Mn2O3, kao i hidrat ovog oksida Mn(OH)3. Na +4, MnO2 i amfoterni oksid-hidroksid MnO(OH)2 su najstabilniji.

Oksidacijsko stanje mangana +6 je tipično za permangansku kiselinu i njene soli koje postoje samo u vodenoj otopini. Oksidacijsko stanje +7 tipično je za permangansku kiselinu, njen anhidrid, koji postoji samo u vodenoj otopini, kao i soli - permanganate (analogija s perkloratima) - jaka oksidacijska sredstva. Zanimljivo je da pri redukciji kalijum permanganata (u svakodnevnom životu se to zove kalijum permanganat) moguće su tri različite reakcije:

  • U prisustvu sumporne kiseline, anjon MnO4- se redukuje u Mn2+.
  • Ako je medij neutralan, ion MnO4- se reducira u MnO(OH)2 ili MnO2.
  • U prisustvu alkalija, anjon MnO4- se redukuje u manganatni jon MnO42-.

Mangan kao hemijski element

Hemijska svojstva

U normalnim uslovima je neaktivan. Razlog je oksidni film koji se pojavljuje kada je izložen atmosferskom kisiku. Ako se metalni prah lagano zagrije, on izgara, pretvarajući se u MnO2.

Kada se zagrije, stupa u interakciju s vodom, istiskujući vodonik. Kao rezultat reakcije dobija se praktično nerastvorljiv azot oksid hidrat Mn(OH)2. Ova supstanca sprečava dalju interakciju sa vodom.

Zanimljivo! Vodik je rastvorljiv u manganu, a kako temperatura raste, rastvorljivost se povećava (dobija se rastvor gasa u metalu).

Vrlo jakim zagrevanjem (temperatura iznad 1200 stepeni Celzijusa) stupa u interakciju sa azotom, pa se dobijaju nitridi. Ova jedinjenja mogu imati drugačiji sastav, što je tipično za takozvane bertolide. U interakciji je s borom, fosforom, silicijumom, au rastopljenom obliku - s ugljikom. Posljednja reakcija se odvija tokom redukcije mangana koksom.

Prilikom interakcije s razrijeđenom sumpornom i klorovodičnom kiselinom, dobiva se sol i oslobađa se vodik. Ali interakcija s jakom sumpornom kiselinom je drugačija: produkti reakcije su sol, voda i sumpor-dioksid (u početku sumporna kiselina obnavlja se u sumporni; ali zbog nestabilnosti sumporna kiselina se razlaže na sumpor-dioksid i vodu).

Kada se reaguje s razrijeđenom dušičnom kiselinom, dobivaju se nitrat, voda i dušikov oksid.

Formira šest oksida:

  • azot, ili MnO,
  • oksid, ili Mn2O3,
  • dušikov oksid Mn3O4,
  • dioksid, ili MnO2,
  • anhidrid mangana MnO3,
  • anhidrid mangana Mn2O7.

Zanimljivo! Dušikov oksid pod uticajem atmosferskog kiseonika postepeno prelazi u oksid. Anhidrid permanganata nije izolovan u slobodnom obliku.

Dušikov oksid je spoj s takozvanim frakcijskim oksidacijskim stanjem. Pri otapanju u kiselinama nastaju dvovalentne soli mangana (soli s katjonom Mn3+ su nestabilne i reduciraju se u spojeve s katjonom Mn2+).

Dioksid, oksid, dušikov oksid su najstabilniji oksidi. Anhidrid mangana je nestabilan. Postoje analogije sa drugim hemijskim elementima:

  • Mn2O3 i Mn3O4 su bazični oksidi i slični su po svojstvima analognim jedinjenjima željeza;
  • MnO2 je amfoterni oksid, sličan po svojstvima oksidima aluminijuma i trovalentnog hroma;
  • Mn2O7 je kiseli oksid, njegova svojstva su vrlo slična najvišem hlorovom oksidu.

Lako je uočiti analogiju sa hloratima i perhloratima. Manganati se, kao i hlorati, dobijaju indirektno. Ali permanganati se mogu dobiti kako direktno, odnosno reakcijom anhidrida i metalnog oksida/hidroksida u prisustvu vode, tako i indirektno.

U analitičkoj hemiji kation Mn2+ spada u petu analitičku grupu. Postoji nekoliko reakcija za otkrivanje ovog kationa:

  • U interakciji sa amonijum sulfidom, taloži se talog MnS, njegova boja je boje mesa; kada se dodaju mineralne kiseline, talog se otapa.
  • Pri reakciji sa alkalijama nastaje bijeli talog Mn (OH) 2; međutim, pri interakciji sa atmosferskim kiseonikom, boja taloga se menja od bele do smeđe - dobija se Mn(OH)3.
  • Ako se solima s katjonom Mn2+ dodaju vodikov peroksid i otopina alkalija, taloži se tamnosmeđi talog MnO(OH)2.
  • Kada se soli sa kationom Mn2+ doda oksidant (olovni dioksid, natrijum bizmutat) i jak rastvor azotne kiseline, rastvor postaje grimiz, što znači da je Mn2+ oksidirao u HMnO4.

Hemijska svojstva

Valencije mangana

Element je u sedmoj grupi. Tipični mangan - II, III, IV, VI, VII.

Nulta valencija je tipična za slobodnu supstancu. Dvovalentna jedinjenja su soli sa katjonom Mn2+, trovalentna jedinjenja su oksid i hidroksid, tetravalentna jedinjenja su dioksid, a takođe i oksid-hidroksid. Heksa- i heptovalentna jedinjenja su soli sa MnO42- i MnO4- anjonima.

Kako doći i od čega se dobija mangan? Iz ruda mangana i željezo-mangana, kao i iz rastvora soli. Tri Različiti putevi dobijanje mangana:

  • oporavak koksa,
  • aluminotermija,
  • elektroliza.

U prvom slučaju, koks se koristi kao redukciono sredstvo, kao i ugljen monoksid. Metal se dobija iz rude, gde ima primesa oksida gvožđa. Rezultat je i feromangan (legura sa željezom) i karbid (šta je karbid? to je spoj metala s ugljikom).

Za dobivanje čistije tvari koristi se jedna od metoda metalotermije - aluminotermija. Prvo se kalcinira piroluzit i dobije se Mn2O3. Dobiveni oksid se zatim pomiješa s aluminijskim prahom. Tijekom reakcije oslobađa se puno topline, kao rezultat toga, nastali metal se topi, a aluminij oksid ga prekriva "kapom" od troske.

Mangan je metal srednje aktivnosti i nalazi se u Beketovljevom nizu lijevo od vodonika i desno od aluminija. To znači da se prilikom elektrolize vodenih rastvora soli sa katjonom Mn2+ dolazi do redukcije kationa metala na katodi (prilikom elektrolize veoma razblaženog rastvora, redukuje se i voda na katodi). Tokom elektrolize vodenog rastvora MnCl2, javljaju se sledeće reakcije:

MnCl2 Mn2+ + 2Cl-

Katoda (negativno nabijena elektroda): Mn2+ + 2e Mn0

Anoda (pozitivno nabijena elektroda): 2Cl- - 2e 2Cl0 Cl2

Konačna jednačina reakcije:

MnCl2 (el-z) Mn + Cl2

Elektroliza daje najčistiji metalni mangan.

Korisni video: mangan i njegovi spojevi

Aplikacija

Upotreba mangana je prilično široka. Koriste se i sam metal i njegovi različiti spojevi. Koristi se u slobodnom obliku u metalurgiji u različite svrhe:

  • kao „deoksidator“ tokom taljenja čelika (veže se kiseonik i nastaje Mn2O3);
  • kao legirajući element: dobija se jak čelik visoke otpornosti na habanje i udarce;
  • za topljenje takozvanog oklopnog čelika;
  • kao komponenta bronce i mesinga;
  • za stvaranje manganina, legure sa bakrom i niklom. Od ove legure izrađuju se različiti električni uređaji, na primjer, reostati

Za proizvodnju Zn-Mn galvanskih ćelija koristi se MnO2. U elektrotehnici se koriste MnTe i MnAs.

Primjena mangana

Kalijum permanganat, koji se često naziva kalijum permanganat, široko se koristi kako u svakodnevnom životu (za medicinske kupke), tako iu industriji i laboratorijama. Boja maline permanganata blijedi kada se nezasićeni ugljikovodici s dvostrukim i trostrukim vezama prođu kroz otopinu. Pri jakom zagrijavanju permanganati se raspadaju. Ovo proizvodi manganate, MnO2 i kiseonik. Ovo je jedan od načina da se dobije hemijski čisti kiseonik u laboratoriji.

Soli permanganske kiseline mogu se dobiti samo indirektno. Da bi se to postiglo, MnO2 se miješa sa čvrstom alkalijom i zagrijava u prisustvu kisika. Drugi način za dobijanje čvrstih manganata je kalcinacija permanganata.

Otopine manganata imaju prekrasnu tamnozelenu boju. Međutim, ovi rastvori su nestabilni i prolaze kroz reakciju disproporcionalnosti: tamnozelena boja prelazi u malinastu, a takođe se taloži smeđi talog. Kao rezultat reakcije dobijaju se permanganat i MnO2.

Mangan dioksid se u laboratoriji koristi kao katalizator za razgradnju kalijum hlorata (bertolijumove soli), kao i za dobijanje čistog hlora. Zanimljivo je da se kao rezultat interakcije MnO2 sa klorovodikom dobiva međuprodukt - izuzetno nestabilno jedinjenje MnCl4, koje se raspada na MnCl2 i hlor. Neutralne ili zakiseljene otopine soli s katjonom Mn2+ imaju blijedo ružičastu boju (Mn2+ formira kompleks sa 6 molekula vode).

Koristan video: mangan je element života

Zaključak

Takova kratak opis mangan i njegov Hemijska svojstva. To je srebrno-bijeli metal srednje aktivnosti, sa vodom stupa u interakciju samo kada se zagrije i, ovisno o stupnju oksidacije, pokazuje i metalna i nemetalna svojstva. Njegovi spojevi se koriste u industriji, kod kuće iu laboratorijama za proizvodnju čistog kisika i hlora.

DIO 1

1. Oksidacijsko stanje (s.o.) je uslovni naboj atoma hemijskog elementa u složenoj supstanci, izračunat na osnovu pretpostavke da se sastoji od jednostavnih jona.

Trebao bi znati!

1) U vezi sa. o. vodonik = +1, osim hidrida .
2) U spojevima sa. o. kiseonik = -2, osim peroksida  i fluorida 
3) Oksidacijsko stanje metala je uvijek pozitivno.

Za metale glavnih podgrupa prva tri grupe sa o. konstanta:

Metali grupe IA - str. o. = +1,
Metali grupe IIA - str. o. = +2,
Metali IIIA grupe - str. o. = +3. četiri

Za slobodne atome i jednostavne supstance str. o. = 0,5

Ukupno s. o. svi elementi u spoju = 0.

2. Način formiranja imena dvoelementna (binarna) jedinjenja.

4. Popunite tabelu "Nazivi i formule binarnih jedinjenja."


5. Odrediti stepen oksidacije istaknutog elementa kompleksnog jedinjenja.


DIO 2

1. Odrediti oksidaciona stanja hemijskih elemenata u jedinjenjima prema njihovim formulama. Zapišite nazive ovih supstanci.

2. Podijelite supstance FeO, Fe2O3, CaCl2, AlBr3, CuO, K2O, BaCl2, SO3 u dvije grupe. Zapišite nazive supstanci, ukazujući na stepen oksidacije.

3. Uspostavite korespondenciju između naziva i oksidacionog stanja atoma hemijskog elementa i formule jedinjenja.

4. Napravite formule supstanci po imenu.

5. Koliko molekula sadrži 48 g sumpor-oksida (IV)?

6. Koristeći internet i druge izvore informacija pripremite izvještaj o korištenju bilo koje binarne veze prema sljedećem planu:

1) formula;
2) naziv;
3) imovine;
4) prijava.

H2O voda, vodonik oksid. Voda u normalnim uslovima je tečna, bezbojna, bez mirisa, u debelom sloju - plava. Tačka ključanja je oko 100⁰S. Dobar je rastvarač. Molekula vode sastoji se od dva atoma vodika i jednog atoma kisika, ovo je njen kvalitativni i kvantitativni sastav. Ovo je složena supstanca, karakterišu je sledeća hemijska svojstva: interakcija sa alkalnim metalima, zemnoalkalnim metalima.

Reakcije razmjene s vodom nazivaju se hidroliza. Ove reakcije su od velikog značaja u hemiji.

7. Oksidacijsko stanje mangana u jedinjenju K2MnO4 je:

8. Krom ima najniže oksidacijsko stanje u spoju čija je formula:

1) Cr2O3


9. Maksimalni stepen oksidacija hlora se manifestuje u spoju čija je formula:

Jedan od najvažnijih metala za metalurgiju je mangan. Osim toga, to je općenito prilično neobičan element s kojim Zanimljivosti. Važan za žive organizme, potreban u proizvodnji mnogih legura, hemijske supstance. Mangan - čiju fotografiju možete vidjeti u nastavku. Njegova svojstva i karakteristike ćemo razmotriti u ovom članku.

Karakteristike hemijskog elementa

Ako govorimo o manganu kao elementu, onda je prije svega potrebno okarakterizirati njegov položaj u njemu.

  1. Nalazi se u četvrtom velikom periodu, sedmoj grupi, sekundarnoj podgrupi.
  2. Serijski broj je 25. Mangan je hemijski element čiji su atomi +25. Broj elektrona je isti, neutrona - 30.
  3. Vrijednost atomske mase je 54.938.
  4. Simbol za hemijski element mangan je Mn.
  5. Latinski naziv je mangan.

Nalazi se između hroma i gvožđa, što objašnjava njegovu sličnost sa njima po fizičkim i hemijskim karakteristikama.

Mangan - hemijski element: prelazni metal

Ako uzmemo u obzir elektronska konfiguracija reduciran atom, tada će njegova formula izgledati ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Postaje očigledno da je element koji razmatramo iz d-familije. Pet elektrona na 3d podnivou ukazuje na stabilnost atoma, što se očituje u njegovim hemijskim svojstvima.

Kao metal, mangan je redukcijski agens, ali većina njegovih spojeva može pokazati prilično jake oksidacijske sposobnosti. To je povezano sa različitim stepenima oksidacije i valencije koje ovaj element ima. Ovo je karakteristika svih metala ove porodice.

Dakle, mangan je hemijski element koji se nalazi među ostalim atomima i ima svoje posebne karakteristike. Pogledajmo ova svojstva detaljnije.

Mangan je hemijski element. Oksidacijsko stanje

Već smo doneli elektronska formula atom. Prema njenim riječima, ovaj element može pokazati nekoliko pozitivnih oksidacijskih stanja. To:

Valencija atoma je IV. Najstabilnija su ona jedinjenja u kojima mangan ima vrednosti +2, +4, +6. Najveći stepen oksidacije omogućava jedinjenjima da deluju kao najjači oksidacioni agensi. Na primjer: KMnO 4 , Mn 2 O 7 .

Jedinjenja sa +2 su redukcioni agensi, mangan (II) hidroksid ima amfoterna svojstva, uz dominaciju baznih. Međuindikatori oksidacionih stanja formiraju amfoterna jedinjenja.

Istorija otkrića

Mangan je hemijski element koji nije otkriven odmah, već postepeno i od strane raznih naučnika. Međutim, njegove spojeve ljudi koriste od davnina. Za topljenje stakla korišten je mangan (IV) oksid. Jedan Italijan je naveo činjenicu da dodavanjem ovog spoja u hemijsku proizvodnju čaša njihova boja postaje ljubičasta. Uz to, ista supstanca pomaže u uklanjanju zamagljenja u obojenim staklima.

Kasnije u Austriji, naučnik Kaim je uspeo da dobije komad metalnog mangana izlaganjem pirolizita (mangan (IV) oksida), potaše i uglja visokim temperaturama. Međutim, ovaj uzorak je imao mnogo nečistoća, koje nije uspio eliminirati, pa do otkrića nije došlo.

Čak i kasnije, drugi naučnik je takođe sintetizovao mešavinu u kojoj je značajan udeo bio čisti metal. Bio je to Bergman, koji je prethodno otkrio element nikal. Međutim, nije mu bilo suđeno da završi posao.

Mangan je hemijski element koji se može dobiti i izolovati u obliku jednostavna supstanca prvi je naslijedio Karl Scheele 1774. Međutim, to je učinio zajedno sa I. Ganom, koji je završio proces topljenja komada metala. Ali čak ni oni nisu uspjeli da ga potpuno oslobode nečistoća i dobiju 100% prinos proizvoda.

Ipak, upravo je ovaj atom otkriven. Isti naučnici su pokušali da daju ime kao pronalazači. Izabrali su termin mangan. Međutim, nakon otkrića magnezijuma, počela je zabuna, pa je naziv mangana promijenjen u moderni (H. David, 1908).

Budući da je mangan hemijski element čija su svojstva vrlo vrijedna za mnoge metalurške procese, vremenom je postalo neophodno pronaći način da se dobije u najčistijem obliku. Ovaj problem su rešili naučnici širom sveta, ali je uspeo da bude rešen tek 1919. godine zahvaljujući radu R. Agladzea, sovjetskog hemičara. On je pronašao metodu kojom je moguće elektrolizom dobiti čisti metal sa sadržajem tvari od 99,98% iz mangan sulfata i klorida. Sada se ova metoda primjenjuje u cijelom svijetu.

Biti u prirodi

Mangan je hemijski element, čija se fotografija jednostavne supstance može vidjeti u nastavku. U prirodi postoji mnogo izotopa ovog atoma, broj neutrona u kojima se jako razlikuje. Dakle, maseni brojevi se kreću od 44 do 69. Međutim, jedini stabilni izotop je element s vrijednošću od 55 Mn, svi ostali ili imaju zanemarljivo kratko vrijeme poluraspada ili postoje u premalim količinama.

Pošto je mangan hemijski element čije je oksidaciono stanje veoma različito, on takođe formira mnoga jedinjenja u prirodi. U svom čistom obliku, ovaj element se uopće ne pojavljuje. U mineralima i rudama, njegov stalni susjed je željezo. Ukupno, možemo identificirati nekoliko najvažnijih stijene koji sadrže mangan.

  1. piroluzit. Formula spoja: MnO 2 * nH 2 O.
  2. Psilomelane, MnO2*mMnO*nH2O molekul.
  3. Manganit, formula MnO*OH.
  4. Braunit je rjeđi od ostalih. Formula Mn 2 O 3.
  5. Gausmanit, formula Mn*Mn 2 O 4.
  6. Rodonit Mn 2 (SiO 3) 2.
  7. Karbonatne rude mangana.
  8. Malina ili rodohrozit - MnCO 3.
  9. Purpurit - Mn 3 PO 4.

Osim toga, može se identificirati još nekoliko minerala, koji također uključuju predmetni element. To:

  • kalcit;
  • siderit;
  • minerali gline;
  • kalcedon;
  • opal;
  • pjeskovito-muljevita jedinjenja.

Pored stena i sedimentnih stena, minerala, mangan je hemijski element koji je deo sledećih objekata:

  1. biljni organizmi. Najveći akumulatori ovog elementa su: vodeni kesten, leća, dijatomeja.
  2. Rđave pečurke.
  3. Neke vrste bakterija.
  4. Sljedeće životinje: crveni mravi, rakovi, mekušci.
  5. Ljudi - dnevna potreba je otprilike 3-5 mg.
  6. Vode okeana sadrže 0,3% ovog elementa.
  7. Ukupni sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,1% mase.

Generalno, to je 14. najčešći element od svih na našoj planeti. Među teškim metalima je drugi nakon gvožđa.

Physical Properties

Sa stanovišta svojstava mangana, kao jednostavne supstance, postoji nekoliko glavnih fizičke karakteristike za njega.

  1. U obliku jednostavne supstance, to je prilično čvrst metal (na Mohsovoj skali indikator je 4). Boja - srebrno-bela, prekrivena zaštitnim oksidnim filmom u vazduhu, blista u rezu.
  2. Tačka topljenja je 1246 0 S.
  3. Vrenje - 2061 0 C.
  4. Provodna svojstva su dobra, paramagnetna je.
  5. Gustina metala je 7,44 g/cm 3 .
  6. Postoji u obliku četiri polimorfne modifikacije (α, β, γ, σ), koje se razlikuju po strukturi i obliku kristalne rešetke i gustini pakovanja atoma. Njihove tačke topljenja se takođe razlikuju.

U metalurgiji se koriste tri glavna oblika mangana: β, γ, σ. Alfa je rjeđa, jer je previše krhka u svojim svojstvima.

Hemijska svojstva

U hemijskom smislu, mangan je hemijski element čiji naboj jona uveliko varira od +2 do +7. To ostavlja traga na njegovoj aktivnosti. U slobodnom obliku na zraku, mangan vrlo slabo reagira s vodom i rastvara se u razrijeđenim kiselinama. Međutim, potrebno je samo povećati temperaturu, jer aktivnost metala naglo raste.

Dakle, može komunicirati sa:

  • nitrogen;
  • ugljenik;
  • halogeni;
  • silicij;
  • fosfor;
  • sumpora i drugih nemetala.

Kada se zagrije bez pristupa zraku, metal lako prelazi u stanje pare. Ovisno o oksidacijskom stanju koje mangan pokazuje, njegovi spojevi mogu biti i redukcijski i oksidacijski agensi. Neki pokazuju amfoterna svojstva. Dakle, glavni su karakteristični za jedinjenja u kojima je +2. Amfoterna - +4, a kisela i jako oksidirajuća u najvišoj vrijednosti +7.

Unatoč činjenici da je mangan prijelazni metal, složenih spojeva za njega je malo. To je zbog stabilne elektronske konfiguracije atoma, jer njegov 3d podnivo sadrži 5 elektrona.

Kako doći

Postoje tri glavna načina na koja se mangan (hemijski element) dobija u industriji. Kako se naziv čita na latinskom, već smo označili - manganum. Ako ga prevedete na ruski, onda će biti "da, stvarno pojašnjavam, obezbojim." Svoje ime mangan duguje ispoljenim svojstvima poznatim još od antike.

Međutim, uprkos njegovoj slavi, tek 1919. godine bilo ga je moguće dobiti u čistom obliku za upotrebu. To se radi na sljedeće metode.

  1. Elektrolitički, prinos proizvoda je 99,98%. Na ovaj način se mangan dobija u hemijskoj industriji.
  2. Silikotermna, ili redukcija sa silicijumom. At ovu metodu silicijum i mangan (IV) oksid se spajaju, što rezultira stvaranjem čistog metala. Prinos je oko 68%, jer je nuspojava kombinacija mangana sa silicijumom da bi se formirao silicid. Ova metoda se koristi u metalurškoj industriji.
  3. Aluminotermna metoda - restauracija aluminijumom. Također ne daje previsok prinos proizvoda, formira se mangan kontaminiran nečistoćama.

Proizvodnja ovog metala važna je za mnoge procese koji se provode u metalurgiji. Čak i mali dodatak mangana može značajno uticati na svojstva legura. Dokazano je da se u njemu rastvaraju mnogi metali, ispunjavajući njegovu kristalnu rešetku.

Za rudarstvo i proizvodnju dati element Rusija je prva na svijetu. Ovaj proces se takođe sprovodi u zemljama kao što su:

  • Kina.
  • Kazahstan.
  • Georgia.
  • Ukrajina.

Industrijska upotreba

Mangan je hemijski element, čija je upotreba važna ne samo u metalurgiji. ali i u drugim oblastima. Pored metala u čistom obliku, veliki značaj imaju i različita jedinjenja ovog atoma. Istaknimo glavne.

  1. Postoji nekoliko vrsta legura koje, zahvaljujući manganu, imaju jedinstvena svojstva. Tako je, na primjer, toliko jak i otporan na habanje da se koristi za topljenje dijelova za bagere, strojeve za obradu kamena, drobilice, kuglične mlinove, oklopne dijelove.
  2. Mangan dioksid je obavezan oksidirajući element galvanizacije, koristi se u stvaranju depolarizatora.
  3. Mnoga jedinjenja mangana su potrebna za organsku sintezu različitih supstanci.
  4. Kalijum permanganat (ili kalijum permanganat) se u medicini koristi kao jako dezinfekciono sredstvo.
  5. Ovaj element je dio bronce, mesinga, formira vlastitu leguru s bakrom, koja se koristi za proizvodnju avionskih turbina, lopatica i drugih dijelova.

Biološka uloga

Dnevna potreba za manganom za osobu je 3-5 mg. Nedostatak ovog elementa dovodi do depresije nervni sistem, poremećaj sna i anksioznost, vrtoglavica. Njegova uloga još nije u potpunosti proučena, ali je jasno da, prije svega, utiče na:

  • rast;
  • aktivnost polnih žlijezda;
  • rad hormona;
  • stvaranje krvi.

Ovaj element je prisutan u svim biljkama, životinjama, ljudima, što dokazuje njegovu važnu biološku ulogu.

Mangan je hemijski element, zanimljive činjenice o kojima može impresionirati bilo koju osobu, kao i da shvatite koliko je važan. Evo najosnovnijih od njih, koji su našli svoj trag u istoriji ovog metala.

  1. U teškim vremenima građanski rat u SSSR-u, jedan od prvih izvoznih proizvoda bio je ruda veliki broj mangan.
  2. Ako se mangan dioksid legira sa salitrom, a zatim se proizvod otopi u vodi, tada će početi nevjerojatne transformacije. Prvo će otopina postati zelena, zatim će se boja promijeniti u plavu, a zatim u ljubičastu. Konačno će postati grimiz i postepeno će ispasti smeđi talog. Ako se smjesa promućka, tada će se ponovo vratiti zelena boja i sve će se ponoviti. Zbog toga je kalijum permanganat dobio ime, što se prevodi kao "mineralni kameleon".
  3. Ako se gnojiva koja sadrže mangan primjenjuju na tlo, tada će se povećati produktivnost biljaka i povećati stopa fotosinteze. Ozima pšenica će bolje formirati zrna.
  4. Najveći blok manganskog minerala rodonita težio je 47 tona i pronađen je na Uralu.
  5. Postoji ternarna legura koja se zove manganin. Sastoji se od elemenata kao što su bakar, mangan i nikl. Njegova jedinstvenost leži u činjenici da ima visok električni otpor, koji ne zavisi od temperature, već je pod uticajem pritiska.

Naravno, ovo nije sve što se može reći o ovom metalu. Mangan je hemijski element, zanimljive činjenice o kojem su prilično raznolike. Pogotovo ako govorimo o svojstvima koja on daje raznim legurama.

Hemija metala

Predavanje 2

Metali VIIB-podgrupe

Opće karakteristike metala VIIB-podgrupe.

Hemija mangana

Prirodna jedinjenja Mn

Fizička i hemijska svojstva metala.

Mn spojeva. Redox svojstva jedinjenja

Kratak opis Tc i Re.

Izvršilac:

Događaj br.

Metali VIIB-podgrupe

opšte karakteristike

VIIB podgrupu čine d-elementi: Mn, Tc, Re, Bh.

Valentni elektroni su opisani općom formulom:

(n–1)d 5 ns2

Jednostavne supstance - metali, srebrno siva,

mangan

teški, sa visokim tačkama topljenja, koji

porastu tokom prelaska sa Mn u Re, tako da

topljivost Re je druga nakon W.

Greatest praktična vrijednost ima Mn.

tehnecijum

Elementi Tc, Bh - radioaktivni elementi, umjetni

direktno dobiveni kao rezultat nuklearne fuzije; Re-

rijedak predmet.

Elementi Tc i Re su sličniji jedni drugima nego

sa manganom. Tc i Re imaju stabilniji viši

oksidacijski panj, pa su ovi elementi uobičajeni

jedinjenja u oksidacionom stanju 7 su čudna.

Mn karakteriziraju oksidacijska stanja: 2, 3, 4,

stabilniji -

2 i 4. Ova oksidaciona stanja

pojavljuju u prirodnim spojevima. Najviše

čudni minerali Mn: piroluzit MnO2 i rodohrozit MnCO3.

Mn(+7) i (+6) spojevi su jaki oksidanti.

Najveća sličnost Mn, Tc, Re je visoko oksidirana

cija, izražava se u kiseloj prirodi viših oksida i hidroksida.

Izvršilac:

Događaj br.

Viši hidroksidi svih elemenata VIIB podgrupe su jaki

kiseline sa opštom formulom HEO4.

U najvećem stepenu oksidacije, elementi Mn, Tc, Re pokazuju sličnosti sa elementom glavne podgrupe hlora. Kiseline: HMnO4, HTcO4, HReO4 i

HClO4 su jaki. Elemente VIIB-podgrupe karakteriše primetna

sličnost sa svojim susjedima u seriji, posebno Mn pokazuje sličnost sa Fe. U prirodi, jedinjenja Mn uvek koegzistiraju sa jedinjenjima Fe.

Margan

Karakteristična oksidaciona stanja

Valentni elektroni Mn - 3d5 4s2 .

Najčešći stepeni

3d5 4s2

mangan

oksidacije kod Mn su 2, 3, 4, 6, 7;

stabilniji - 2 i 4. U vodenim rastvorima

oksidacijsko stanje +2 je stabilno u kiselom, a +4 - u

neutralna, slabo alkalna i blago kisela sredina.

Mn(+7) i (+6) spojevi pokazuju jaka oksidirajuća svojstva.

Kiselinsko-bazni karakter oksida i hidroksida Mn je prirodan

varira u zavisnosti od oksidacionog stanja: u oksidacionom stanju +2, oksid i hidroksid su bazni, au najvišem oksidacionom stanju su kiseli,

štaviše, HMnO4 je jaka kiselina.

U vodenim rastvorima, Mn(+2) postoji u obliku akvakacija

2+, koji radi jednostavnosti označavaju Mn2+. Mangan u visokim oksidacionim stanjima je u rastvoru u obliku tetraoksoaniona: MnO4 2– i

MnO4 - .

Izvršilac:

Događaj br.

Prirodna jedinjenja i proizvodnja metala

Element Mn je najzastupljeniji u zemljinoj kori među teškim metalima.

Ulov slijedi željezo, ali je primjetno inferioran u odnosu na njega: sadržaj Fe je oko 5%, a Mn samo oko 0,1%. U manganu, oksid-

nye i karbonate i rude. Minerali su od najveće važnosti: pirolu-

zit MnO2 i rodohrozit MnCO3 .

dobiti Mn

Pored ovih minerala, za dobijanje Mn koristi se hausmanit Mn3 O4

i hidratizirani psilomelan oksid MnO2. xH2 O. U rudama mangana, sve

Mangan se uglavnom koristi u proizvodnji specijalnih vrsta čelika visoke čvrstoće i otpornosti na udarce. Stoga, os-

nova količina Mn se dobija ne u čistom obliku, već u obliku feromangana

tsa - legura mangana i željeza koja sadrži od 70 do 88% Mn.

Ukupan obim godišnje svjetske proizvodnje mangana, uključujući i feromangan, ~ (10 12) miliona tona/god.

Da bi se dobio feromangan, ruda manganovog oksida se redukuje

ugalj.

MnO2 + 2C = Mn + 2CO

Izvršilac:

Događaj br.

Zajedno sa Mn oksidima, Fe oksidi sadržani u ru-

de. Za dobijanje mangana sa minimalnim sadržajem Fe i C, jedinjenja

Fe se prethodno odvaja i dobija se mešani oksid Mn3 O4

(MnO . Mn2 O3). Zatim se redukuje aluminijumom (piroluzit reaguje sa

Al je previše nasilan).

3Mn3 O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2 O3

Čisti mangan se dobija hidrometalurškom metodom. Nakon preliminarne pripreme soli MnSO4, kroz rastvor Mn sulfata,

pokrenuti električnu struju, mangan se reducira na katodi:

Mn2+ + 2e– = Mn0 .

jednostavna supstanca

Mangan je metal svetlo sive boje. Gustina - 7,4 g / cm3. Tačka topljenja - 1245O C.

To je prilično aktivan metal, E(Mn

/ Mn) \u003d - 1,18 V.

Lako se oksidira u kation Mn2+ u razrijeđenom stanju

ny acids.

Mn + 2H+ = Mn2+ + H2

Mangan se pasivira u koncentrovanom

dušične i sumporne kiseline, ali kada se zagrije

Rice. mangan - se-

počinje da komunicira sa njima polako, ali

raženi metal, sl

čak i pod uticajem tako jakih oksidansa

za gvožđe

Mn prelazi u kation

Mn2+ . Kada se zagrije, mangan u prahu stupa u interakciju s vodom

oslobađanje H2.

Zbog oksidacije na zraku, mangan postaje prekriven smeđim mrljama,

U atmosferi kiseonika, mangan stvara oksid

Mn2 O3, a na višoj temperaturi miješani oksid MnO. Mn2O3

(Mn3 O4).

Izvršilac:

Događaj br.

Kada se zagrije, mangan reagira s halogenima i sumporom. Affinity Mn

sumpora više nego gvožđa, pa kada se čeliku dodaje feromangan,

sumpor rastvoren u njemu vezuje se za MnS. Sulfid MnS se ne rastvara u metalu i odlazi u zguru. Čvrstoća čelika nakon uklanjanja sumpora, koji uzrokuje lomljivost, raste.

U vrlo visoke temperature(>1200 0 C) mangan, u interakciji sa dušikom i ugljikom, stvara nestehiometrijske nitride i karbide.

Jedinjenja mangana

Jedinjenja mangana (+7)

Sva Mn(+7) jedinjenja pokazuju jaka oksidaciona svojstva.

Kalijum permanganat KMnO 4 - najčešći spoj

Mn(+7). U svom čistom obliku, ova kristalna supstanca je tamna

ljubičasta. Kada se kristalni permanganat zagrije, on se raspada

2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2

Ova reakcija se može dobiti u laboratoriji

Anion MnO4 - boji trajne otopine

ganata u boji maline ljubičice. Na

površine u kontaktu sa rastvorom

Rice. Otopina KMnO4 je ružičasta

KMnO4, zbog sposobnosti permanganata da oksidira

ljubičasta

sipati vodu, tanko žuto-braon

MnO2 oksidni filmovi.

4KMnO4 + 2H2O = 4MnO2 + 3O2 + 4KOH

Da bi se usporila ova reakcija, koja se ubrzava svjetlošću, pohranjuju se otopine KMnO4

yat u tamnim bocama.

Prilikom dodavanja nekoliko kapi koncentrovanog

nastaje sumporna kiselina, permanganski anhidrid.

Izvršilac:

Događaj br.

2KMnO4 + H2 SO4 2Mn2 O7 + K2 SO4 + H2 O

Oksid Mn 2 O 7 je teška uljasta tečnost tamnozelene boje. Ovo je jedini metalni oksid koji u normalnim uslovima jeste

ditsya u tečnom stanju (tačka topljenja 5,9 0 C). Oksid ima mol-

Kulasta struktura, vrlo nestabilna, na 55 0 C se raspada eksplozijom. 2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2

Oksid Mn2 O7 je vrlo jak i energičan oksidant. Mnogi ili-

organske tvari se pod njegovim utjecajem oksidiraju do CO2 i H2O. Oksid

Mn2 O7 se ponekad naziva hemijskim šibicama. Ako se staklena šipka natopi u Mn2 O7 i dovede do špiritne lampe, ona će se upaliti.

Kada se Mn2O7 otopi u vodi, nastaje permanganska kiselina.

HMnO 4 kiselina je jaka kiselina, postoji samo u vodi

nom rješenjem, nije bila izolirana u slobodnom stanju. Kiselina HMnO4 se razgrađuje -

Xia sa oslobađanjem O2 i MnO2.

Kada se u otopinu KMnO4 doda čvrsta alkalija, dolazi do formiranja

zeleni manganat.

4KMnO4 + 4KOH (c) = 4K2 MnO4 + O2 + 2H2 O.

Kada se KMnO4 zagrije sa koncentrovanom hlorovodoničnom kiselinom, nastaje

Prisutan je gas Cl2.

2KMnO4 (c) + 16HCl (konc.) = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2 O + 2KCl

U ovim reakcijama se manifestuju jaka oksidaciona svojstva permanganata.

Proizvodi interakcije KMnO4 sa redukcionim agensima zavise od kiselosti rastvora u kojoj se reakcija odvija.

U kiselim otopinama nastaje bezbojni kation Mn2+.

MnO4 – + 8H+ +5e–  Mn2+ + 4H2 O; (E0 = +1,53 V).

Smeđi talog MnO2 precipitira iz neutralnih rastvora.

MnO4 – +2H2 O +3e–  MnO2 + 4OH– .

U alkalnim rastvorima nastaje zeleni anjon MnO4 2–.

Izvršilac:

Događaj br.

Kalijum permanganat se komercijalno dobija ili iz mangana

(oksidirajući ga na anodi u alkalnoj otopini) ili iz piroluzita (MnO2 pre-

oksidira u K2 MnO4, koji se zatim oksidira u KMnO4 na anodi).

Jedinjenja mangana (+6)

Manganati su soli sa anjonom MnO4 2–, svijetlo zelene boje.

Anjon MnO4 2─ je stabilan samo u jako alkalnim medijima. Pod dejstvom vode, a posebno kiseline, manganati nesrazmerno stvaraju jedinjenja

Mn u oksidacionim stanjima 4 i 7.

3MnO4 2– + 2H2 O= MnO2 + 2MnO4 – + 4OH–

Iz tog razloga, kiselina H2 MnO4 ne postoji.

Manganati se mogu dobiti spajanjem MnO2 sa alkalijama ili karbonatima.

mi u prisustvu oksidacionog sredstva.

2MnO2 (c) + 4KOH (l) + O2 = 2K2 MnO4 + 2H2 O

Manganati su jaki oksidanti , ali ako su pogođeni

sa još jačim oksidantom, pretvaraju se u permanganate.

Disproporcionalnost

Jedinjenja mangana (+4)

je najstabilnije jedinjenje Mn. Ovaj oksid se nalazi u prirodi (mineral piroluzit).

MnO2 oksid je crno-smeđa tvar s vrlo jakim kristalima

kalna rešetka (ista kao kod rutila TiO2). Iz tog razloga, uprkos činjenici da MnO 2 je amfoteričan, ne reaguje sa alkalnim rastvorima i razblaženim kiselinama (baš kao TiO2). Rastvara se u koncentrovanim kiselinama.

MnO2 + 4HCl (konc.) = MnCl2 + Cl2 + 2H2 O

Reakcija se koristi u laboratoriji za proizvodnju Cl2.

Kada se MnO2 otopi u koncentrovanoj sumpornoj i dušičnoj kiselini, nastaju Mn2+ i O2.

Stoga, u vrlo kiseloj sredini, MnO2 ima tendenciju da uđe

Mn2+ kation.

MnO2 reaguje sa alkalijama samo u topinama sa stvaranjem mešavine

ny oxides. U prisustvu oksidacionog agensa, manganati se formiraju u alkalnim topljenjima.

MnO2 oksid se koristi u industriji kao jeftino oksidaciono sredstvo. posebno, redoks interakcija

2 se raspada sa oslobađanjem O2 i formira

oksidacija Mn2 O3 i Mn3 O4 oksida (MnO. Mn2 O3 ).

Hidroksid Mn (+4) nije izolovan, tokom redukcije permanganata i man-

ganata u neutralnim ili blago alkalnim medijima, kao i tokom oksidacije

Mn (OH) 2 i MnOOH iz rastvora hidratizovan je tamnosmeđi talog

od MnO2.

Mn(+3) oksid i hidroksid imaju osnovni karakter. Ove su solidne

braon, nerastvorljiv u vodi i nestabilne supstance.

Kada su u interakciji s razrijeđenim kiselinama, one su nesrazmjerne

formiraju jedinjenja Mn u oksidacionim stanjima 4 i 2. 2MnOOH + H2 SO4 = MnSO4 + MnO2 + 2H2 O

Reaguju sa koncentriranim kiselinama na isti način kao

MnO2 , tj. u kiseloj sredini, transformišu se u kation Mn2+. U alkalnom okruženju lako se oksidiraju na zraku u MnO2.

Jedinjenja mangana (+2)

U vodenim rastvorima, jedinjenja Mn(+2) su stabilna u kiseloj sredini.

Oksid i hidroksid Mn (+2) su bazični, lako rastvorljivi

joniziraju u kiselinama kako bi se formirao hidratizirani kation Mn2+.

MnO oksid - sivo-zeleno vatrostalno kristalno jedinjenje

(tačka topljenja - 18420 C). Može se dobiti razlaganjem kar-

bonat u nedostatku kiseonika.

MnCO3 = MnO + CO2.

MnO se ne rastvara u vodi.

Izvršilac:

Izvršilac:

Događaj br.

Mangan je tvrd metal sive boje. Njegovi atomi imaju konfiguraciju elektrona vanjske ljuske

Metalni mangan stupa u interakciju s vodom i reagira s kiselinama kako bi se formirali ioni mangana (II):

U raznim jedinjenjima, mangan detektuje oksidaciona stanja.Što je oksidaciono stanje mangana veće, to je veća kovalentna priroda njegovih odgovarajućih jedinjenja. S povećanjem oksidacijskog stanja mangana, povećava se i kiselost njegovih oksida.

mangan(II)

Ovaj oblik mangana je najstabilniji. Ima eksternu elektronsku konfiguraciju sa jednim elektronom u svakoj od pet -orbitala.

U vodenom rastvoru, joni mangana (II) se hidriraju, formirajući bledoružičasti heksaakvamangan (II) kompleksni jon. Ovaj jon je stabilan u kiseloj sredini, ali formira beli talog mangan hidroksida u alkalnoj sredini. Mangan (II) oksid ima svojstva bazičnih oksida.

mangan (III)

Mangan (III) postoji samo u kompleksnim jedinjenjima. Ovaj oblik mangana je nestabilan. U kiseloj sredini, mangan (III) je neproporcionalan u mangan (II) i mangan (IV).

mangan (IV)

Najvažnije jedinjenje mangana(IV) je oksid. Ovo crno jedinjenje je nerastvorljivo u vodi. Ima jonsku strukturu. Stabilnost je zbog visoke entalpije rešetke.

Mangan (IV) oksid ima slabo amfoterna svojstva. To je jako oksidirajuće sredstvo, na primjer zamjenjuje hlor iz koncentrirane klorovodične kiseline:

Ova reakcija se može koristiti za proizvodnju hlora u laboratoriji (vidjeti dio 16.1).

mangan(VI)

Ovo oksidaciono stanje mangana je nestabilno. Kalijum manganat (VI) se može dobiti spajanjem mangan (IV) oksida sa nekim jakim oksidacionim agensom, kao što je kalijum hlorat ili kalijum nitrat:

Manganat (VI) kalijum ima zelenu boju. Stabilan je samo u alkalnom rastvoru. U kiseloj otopini je nesrazmjeran u mangan (IV) i mangan (VII):

mangan (VII)

Mangan ima takvo oksidaciono stanje u jakoj kiseli oksid. Međutim, najvažnije jedinjenje mangana(VII) je kalijum manganat(VII) (kalijev permanganat). Ova čvrsta tvar se vrlo dobro otapa u vodi, formirajući tamno ljubičastu otopinu. Manganat ima tetraedarsku strukturu. U blago kiseloj sredini postupno se razgrađuje, formirajući mangan (IV) oksid:

U alkalnoj sredini, kalijum manganat (VII) se redukuje, formirajući prvo zeleni kalijum manganat (VI), a zatim mangan (IV) oksid.

Kalijum manganat (VII) je jako oksidaciono sredstvo. U dovoljno kiseloj sredini, on se redukuje, formirajući ione mangana(II). Standardni redoks potencijal ovog sistema je , koji premašuje standardni potencijal sistema, pa stoga manganat oksidira hloridni jon u gasoviti hlor:

Oksidacija hlorid jona manganata se odvija prema jednačini

Kalijum manganat (VII) se široko koristi kao oksidaciono sredstvo u laboratorijskoj praksi, npr.

za dobijanje kiseonika i hlora (vidi poglavlje 15 i 16);

za provođenje analitičkog testa za sumpor dioksid i vodonik sulfid (vidjeti poglavlje 15); u preparativnoj organskoj hemiji (vidi poglavlje 19);

kao volumetrijski reagens u redoks titrimetriji.

Primjer titrimetrijske primjene kalij-manganata (VII) je kvantitativno određivanje željeza (II) i etandioata (oksalata) s njim:

Međutim, pošto je kalijum manganat (VII) teško dobiti u visokoj čistoći, ne može se koristiti kao primarni titrimetrijski standard.

Slični postovi