Minimalno oksidaciono stanje mangana. Šta je mangan: proučavamo hemijski element

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 različitim 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 heksaakvamanganov (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 oksidacijsko sredstvo, na primjer istiskuje hlor iz koncentrirane hlorovodonične 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 jako kiselom oksidu. Međutim, najvažnije jedinjenje mangana(VII) je kalijum manganat(VII) (kalijev permanganat). Ova čvrsta tvar se vrlo dobro otapa u vodi, formirajući tamnoljubičastu otopinu. Manganat ima tetraedarsku strukturu. U blago kiseloj sredini, postepeno 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.

Najviše oksidaciono stanje mangana +7 odgovara kiselom oksidu Mn2O7, manganskoj kiselini HMnO4 i njenim solima - permanganata.

Jedinjenja mangana (VII) su jaki oksidanti. Mn2O7 je zelenkasto-smeđa uljasta tečnost, u kontaktu sa kojom se zapaljuju alkoholi i etri. Mn(VII) oksid odgovara permanganskoj kiselini HMnO4. Postoji samo u rastvorima, ali se smatra jednim od najjačih (α - 100%). Maksimalna moguća koncentracija HMnO4 u rastvoru je 20%. HMnO4 soli - permanganati - najjači oksidanti; u vodenim rastvorima, kao i sama kiselina, imaju grimiznu boju.

U redoks reakcijama permanganati su jaki oksidanti. Ovisno o reakciji okoline, reduciraju se ili na soli dvovalentnog mangana (u kiseloj sredini), mangan (IV) oksida (u neutralnom) ili na jedinjenja mangana (VI) - manganate - (u alkalnoj) . Očigledno je da su u kiseloj sredini oksidacione sposobnosti Mn+7 najizraženije.

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O → 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH

2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

Permanganati, kako u kiselim tako i u alkalnim medijima, oksidiraju organska materija:

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5C2H5OH → 2MnSO4 + K2SO4 + 5CH3COH + 8H2O

alkoholni aldehid

4KMnO4 + 2NaOH + C2H5OH → MnO2↓ + 3CH3COH + 2K2MnO4 +

Kada se zagrije, kalijev permanganat se razgrađuje (ova reakcija se koristi za proizvodnju kisika u laboratoriji):

2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2

Dakle, za mangan karakteri su iste zavisnosti: u prelazu iz najnižeg oksidacionog stanja u najviše, kiselinska svojstva jedinjenja kiseonika, a u OB reakcijama redukciona svojstva se zamenjuju oksidacionim.

Za organizam su permanganati otrovni zbog svojih jakih oksidacijskih svojstava.

U slučaju trovanja permanganatom, kao protuotrov koristi se vodikov peroksid u mediju octene kiseline:

2KMnO4 + 5H2O2 + 6CH3COOH → 2(CH3COO)2Mn + 2CH3COOK + 5O2 + 8H2O

Otopina KMnO4 je sredstvo za kauterizaciju i baktericidno sredstvo za tretiranje površine kože i sluzokože. Jaka oksidaciona svojstva KMnO4 u kiseloj sredini leže u osnovi analitičke metode permanganatometrije koja se koristi u kliničkim analizama za određivanje oksidabilnosti vode, mokraćne kiseline u urinu.

Ljudsko tijelo sadrži oko 12 mg Mn u različitim jedinjenjima, pri čemu je 43% koncentrisano u koštanog tkiva. Utječe na hematopoezu, formiranje koštanog tkiva, rast, reprodukciju i neke druge tjelesne funkcije.


mangan(II) hidroksid ima slabo bazična svojstva, oksidira se atmosferskim kisikom i drugim oksidantima u permangansku kiselinu ili njene soli manganiti:

Mn(OH)2 + H2O2 → H2MnO3↓ + H2O permanganska kiselina

(smeđi talog) U alkalnoj sredini Mn2+ se oksidira u MnO42-, a u kiseloj sredini u MnO4-:

MnSO4 + 2KNO3 + 4KOH → K2MnO4 + 2KNO2 + K2SO4 + 2H2O

Nastaju soli mangana H2MnO4 i manganove HMnO4 kiseline.

Ako u eksperimentu Mn2+ pokazuje redukciona svojstva, tada su redukciona svojstva Mn2+ slabo izražena. U biološkim procesima ne mijenja stepen oksidacije. Stabilni biokompleksi Mn2+ stabilizuju ovo oksidaciono stanje. Stabilizirajući efekat se javlja u dugom vremenu zadržavanja hidratantne ljuske. Mangan(IV) oksid MnO2 je stabilno prirodno jedinjenje mangana koje se javlja u četiri modifikacije. Sve modifikacije su amfoterne prirode i imaju redoks dualnost. Primjeri redoks dualnosti MnO2: MnO2 + 2KI + 3SO2 + N2O → I2 + MnSO3 + 2KNSO3

6MnO2 + 2NH3 → 3Mn2O3 + N2 + 3H2O

4MnO2 + 3O2 + 4KOH → 4KMnO4 + 2H2O

Mn(VI) jedinjenja- nestabilno. U rastvorima se mogu pretvoriti u jedinjenja Mn (II), Mn (IV) i Mn (VII): mangan (VI) oksid MnO3 je tamnocrvena masa koja izaziva kašalj. Hidrirani oblik MnO3 je slaba permanganska kiselina H2MnO4, koja postoji samo u vodenom rastvoru. Njegove soli (manganati) se lako uništavaju hidrolizom i zagrijavanjem. Na 50°C MnO3 se razlaže:

2MnO3 → 2MnO2 + O2 i hidrolizira kada se otopi u vodi: 3MnO3 + H2O → MnO2 + 2HMnO4

Derivati ​​Mn(VII) su mangan(VII) oksid Mn2O7 i njegov hidratizirani oblik, kiselina HMnO4, poznat samo u rastvoru. Mn2O7 je stabilan do 10°C, raspada se eksplozijom: Mn2O7 → 2MnO2 + O3

Kada se rastvori u hladnom vodom nastaje kiselina Mn2O7 + H2O → 2HMnO4

Soli permanganske kiseline HMnO4- permanganata. Joni uzrokuju ljubičastu boju otopina. Oni formiraju kristalne hidrate tipa EMnO4 nH2O, gdje je n = 3-6, E = Li, Na, Mg, Ca, Sr.

Permanganat KMnO4 je visoko rastvorljiv u vodi . Permanganati - jaki oksidanti. Ovo svojstvo se koristi u medicinskoj praksi za dezinfekciju, u farmakopejskoj analizi za identifikaciju H2O2 interakcijom sa KMnO4 u kiseloj sredini.

Za organizam, permanganati su otrovi., njihova neutralizacija se može dogoditi na sljedeći način:

Za liječenje akutnog trovanja permanganatom koristi se 3% vodeni rastvor H2O2 zakiseljen sirćetnom kiselinom. Kalijum permanganat oksidira organsku materiju ćelija tkiva i mikroba. U ovom slučaju, KMnO4 se reducira u MnO2. Mangan (IV) oksid također može stupiti u interakciju s proteinima, formirajući smeđi kompleks.

Pod djelovanjem kalijum permanganata KMnO4, proteini se oksidiraju i koaguliraju. Na osnovu ovoga njegovu primjenu kao vanjski lijek sa antimikrobnim i kauterizirajućim svojstvima. Štoviše, njegovo djelovanje se očituje samo na površini kože i sluzokože. Oksidirajuća svojstva vodenog rastvora KMnO4 koristiti za neutralizaciju toksičnih organskih tvari. Kao rezultat oksidacije nastaju manje toksični proizvodi. Na primjer, lijek morfij se pretvara u biološki neaktivni oksimorfin. Kalijum permanganat primijeniti u titrimetrijskoj analizi za određivanje sadržaja različitih redukcionih agenasa (permanganatometrija).

Visoka oksidaciona sposobnost permanganata koristiti u ekologiji za procjenu zagađenja otpadnih voda (permanganatna metoda). Sadržaj organskih nečistoća u vodi određuje se količinom oksidiranog (promjenjenog) permanganata.

Koristi se metoda permanganata (permanganatometrija). takođe u kliničkim laboratorijama za određivanje sadržaja mokraćne kiseline u krvi.

Soli manganove kiseline nazivaju se permanganati. Najpoznatija je so kalijum permanganata KMnO4 - tamnoljubičasta kristalna supstanca, slabo rastvorljiva u vodi. Otopine KMnO4 imaju tamno grimiznu boju, a pri visokim koncentracijama - ljubičastu, karakterističnu za MnO4- anione.

Permanganat kalijum se raspada kada se zagrije

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Kalijum permanganat je veoma jak oksidant, lako oksidira mnoge neorganske i organske tvari. Stepen redukcije mangana u velikoj mjeri zavisi od pH sredine.

Vrati Kalijev permanganat u medijima različite kiselosti se odvija prema shemi:

Kiseli pH<7

mangan (II) (Mn2+)

KMnO4 + redukciono sredstvo Neutralno okruženje pH = 7

mangan(IV) (MnO2)

Alkalni pH>7

mangan(VI) (MnO42-)

Mn2+ promjena boje otopine KMnO4

MnO2 smeđi talog

MnO42 - rastvor postaje zelen

Primjeri reakcija uz učešće kalijum permanganata u različitim medijima (kiselim, neutralnim i alkalnim).

pH<7 5K2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4= 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O

MnO4 - +8H++5℮→ Mn2++ 4H2O 5 2

SO32- + H2O - 2ē → SO42-+2H+ 2 5

2MnO4 - +16H++ 5SO32- + 5H2O → 2Mn2++ 8H2O + 5SO42- +10H+

2MnO4 - +6H++ 5SO32- → 2Mn2++ 3H2O + 5SO42-

pH = 7 3K2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH

MnO4- + 2H2O + 3ē \u003d MnO2 + 4OH- 3 2

SO32- + H2O - 2ē → SO42-+2H+- 2 3

2MnO4 - + 4H2O + 3SO32- + 3H2O → 2MnO2 + 8OH- + 3SO42- + 6H + 6H2O + 2OH-

2MnO4 - + 3SO32- + H2O → 2MnO2 + 2OH- + 3SO42

pH>7 K2SO3 + 2KMnO4 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O

MnO4- +1 ē → MnO42- 1 2

SO32- + 2OH- - 2ē → SO42-+ H2O 2 1

2MnO4- + SO32- + 2OH- →2MnO42- + SO42- + H2O

Koristi se kalijum permanganat KMnO4 u medicinskoj praksi kao dezinficijens i antiseptik za pranje rana, ispiranje, ispiranje itd. Svjetloružičasti rastvor KMnO4 koristi se interno za trovanje za ispiranje želuca.

Kalijum permanganat se veoma široko koristi kao oksidaciono sredstvo.

Mnogi lijekovi se analiziraju korištenjem KMnO4 (na primjer, procentualna koncentracija (%) otopine H2O2).

opšte karakteristike d-elementi podgrupe VIIIB. Struktura atoma. Elementi porodice gvožđa. Oksidacijska stanja u jedinjenjima. Fizički i Hemijska svojstvažlezda. Aplikacija. Rasprostranjenost i oblici pronalaženja d-elemenata porodice gvožđa u prirodi. Soli gvožđa (II, III). Kompleksna jedinjenja gvožđa (II) i gvožđa (III).

Opća svojstva elementi VIIIB podgrupe:

1) Opšta elektronska formula poslednjih nivoa je (n - 1)d(6-8)ns2.

2) U svakom periodu u ovoj grupi postoje 3 elementa koji formiraju trijade (porodice):

a) Porodica gvožđa: gvožđe, kobalt, nikl.

b) Familija lakih metala platine (familija paladijuma): rutenijum, rodijum, paladijum.

c) Porodica teških metala platine (familija platine): osmijum, iridijum, platina.

3) Sličnost elemenata u svakoj porodici objašnjava se blizinom atomskih radijusa, pa je gustina unutar porodice bliska.

4) Gustina raste sa povećanjem broja perioda (atomske zapremine su male).

5) To su metali sa visokim tačkama topljenja i ključanja.

6) Max Degree oksidacija za pojedine elemente raste sa brojem perioda (za osmijum i rutenijum dostiže 8+).

7) Ovi metali mogu uključiti atome vodika u kristalnu rešetku; u njihovom prisustvu pojavljuje se atomski vodonik - aktivno redukciono sredstvo. Stoga su ovi metali katalizatori za reakcije dodavanja atoma vodika.

8) Jedinjenja ovih metala su obojena.

9) Karakteristika oksidaciona stanja za gvožđe +2, +3, u nestabilnim jedinjenjima +6. Nikl ima +2, nestabilno +3. Platina ima +2, nestabilna +4.

Iron. Dobivanje gvožđa(sve ove reakcije se dešavaju kada se zagreju)

*4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2. Stanje: pečenje željeznog pirita.

*Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O. *Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.

*FeO + C = Fe + CO.

*Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3 (termitska metoda). Stanje: grijanje.

* = Fe + 5CO (razlaganje pentakarbonila željeza se koristi za proizvodnju vrlo čistog željeza).

Hemijska svojstva gvožđa Reakcije sa jednostavnim supstancama

*Fe + S = FeS. Stanje: grijanje. *2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3.

*Fe + I2 = FeI2 (jod je manje moćno oksidaciono sredstvo od hlora; FeI3 ne postoji).

*3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO Fe2O3 je najstabilniji oksid željeza). U vlažnom vazduhu nastaje Fe2O3 nH2O.

Dugo vremena, jedan od spojeva ovog elementa, odnosno njegov dioksid (poznat kao piroluzit) smatran je varijetetom 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 mangan, 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 (vreme poluraspada je približno isto 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 je tipično 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 to se 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 reagira 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 sa 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, kao i hlorati, dobijaju se 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 katjonom 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. Dobijeni 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 „deoksidans“ 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 ugljovodonici sa dvostrukim i trostrukim vezama prođu kroz rastvor. 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 (bertolet 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 njegova hemijska svojstva. To je srebrno-bijeli metal srednje aktivnosti, sa vodom stupa u interakciju samo kada se zagrije, a u zavisnosti od stepena oksidacije pokazuje i metalna i nemetalna svojstva. Njegovi spojevi se koriste u industriji, kod kuće iu laboratorijama za proizvodnju čistog kisika i hlora.

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. To su njegova svojstva i karakteristike koje 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 elektronsku konfiguraciju redukovanog atoma, 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 prelazni metal 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 zbog različitih oksidacijskih stanja i valencija 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. Ovo je:

Valencija atoma je IV. Najstabilnija su ona jedinjenja u kojima mangan ima vrednosti +2, +4, +6. Najviši stepen oksidacija omogućava spojevima da djeluju kao najjači oksidacijski agensi. Na primjer: KMnO 4 , Mn 2 O 7 .

Jedinjenja sa +2 su redukcioni agensi, mangan (II) hidroksid ima amfoterna svojstva, uz dominaciju bazičnih. 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 uspio da dobije komad metalnog mangana djelovanjem na visoke temperature na pirolizitu (mangan (IV) oksid), potašu i uglju. 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 imaju ili 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. Spar maline ili rodohrozit - MnCO 3.
  9. Purpurit - Mn 3 PO 4.

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

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

Pored stijena i sedimentnih stijena, minerala, mangan je hemijski element koji je dio sljedećih 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.

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

Fizička svojstva

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.

Uprkos činjenici da je mangan kompleksno jedinjenje, nije ga mnogo. Povezuje se sa održivim elektronska konfiguracija atom, jer njegov 3d podnivo sadrži 5 elektrona.

Kako doći

Postoje tri glavna načina na koje 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. Takođe ne daje previsok prinos proizvoda, mangan se formira kontaminiran nečistoćama.

Proizvodnja ovog metala važna je za mnoge procese koji se odvijaju 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 u 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. Osim metala u čistom obliku, od velikog su značaja 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 potrebna su 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 da impresionira bilo koju osobu, ali 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. Na kraju 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.

Slični postovi