Minimalno oksidacijsko stanje mangana. Što je mangan: proučavamo kemijski 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 pri čemu nastaju ioni mangana (II):

U raznim spojevima mangan detektira oksidacijska stanja.Što je oksidacijsko stanje mangana veće, to je veća kovalentna priroda njegovih odgovarajućih spojeva. S povećanjem oksidacijskog stanja mangana, povećava se i kiselost njegovih oksida.

mangan (II)

Ovaj oblik mangana je najstabilniji. Ima vanjsku elektroničku konfiguraciju s jednim elektronom u svakoj od pet -orbitala.

U vodenoj otopini ioni mangana (II) se hidratiziraju, tvoreći blijedoružičasti heksaakvamangan (II) kompleksni ion. Ovaj ion je stabilan u kiseloj sredini, ali stvara bijeli talog mangan hidroksida u alkalnom okruženju. Mangan (II) oksid ima svojstva bazičnih oksida.

mangan (III)

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

mangan (IV)

Najvažniji spoj mangana(IV) je oksid. Ovaj crni spoj je netopiv u vodi. Ima ionsku strukturu. Stabilnost je posljedica visoke entalpije rešetke.

Mangan (IV) oksid ima slabo amfoterna svojstva. To je jako oksidacijsko sredstvo, na primjer istiskuje klor iz koncentrirane klorovodične kiseline:

Ova se reakcija može koristiti za proizvodnju klora u laboratoriju (vidjeti dio 16.1).

mangan (VI)

Ovo oksidacijsko stanje mangana je nestabilno. Kalijev manganat (VI) može se dobiti spajanjem mangan (IV) oksida s nekim jakim oksidacijskim sredstvom, kao što je kalijev klorat ili kalijev nitrat:

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

mangan (VII)

Mangan ima takvo oksidacijsko stanje u jako kiselom oksidu. Međutim, najvažniji spoj mangana(VII) je kalijev manganat(VII) (kalijev permanganat). Ova krutina se vrlo dobro otapa u vodi, tvoreći tamnoljubičastu otopinu. Manganat ima tetraedarsku strukturu. U blago kiselom okruženju postupno se razgrađuje, stvarajući mangan (IV) oksid:

U alkalnom okruženju, kalijev manganat (VII) se reducira, stvarajući prvo zeleni kalij-manganat (VI), a zatim mangan (IV) oksid.

Kalijev manganat (VII) je jako oksidacijsko sredstvo. U dovoljno kiseloj sredini se reducira, stvarajući ione mangana(II). Standardni redoks potencijal ovog sustava je , koji premašuje standardni potencijal sustava, te stoga manganat oksidira kloridni ion u plinoviti klor:

Oksidacija klorid ion manganata odvija se prema jednadžbi

Kalijev manganat (VII) se široko koristi kao oksidacijsko sredstvo u laboratorijskoj praksi, npr.

za dobivanje kisika i klora (vidi pogl. 15 i 16);

za provođenje analitičkog testa za sumporov dioksid i sumporovodik (vidi poglavlje 15); u preparativnoj organskoj kemiji (vidi poglavlje 19);

kao volumetrijski reagens u redoks titrimetriji.

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

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

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

Spojevi mangana (VII) su jaki oksidanti. Mn2O7 je zelenkasto-smeđa uljasta tekućina, u dodiru s kojom se zapaljuju alkoholi i eteri. Mn(VII) oksid odgovara permanganskoj kiselini HMnO4. Postoji samo u otopinama, ali se smatra jednim od najjačih (α - 100%). Maksimalna moguća koncentracija HMnO4 u otopini je 20%. HMnO4 soli - permanganati - najjači oksidanti; u vodenim otopinama, 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), manganov (IV) oksid (u neutralnom) ili na manganove (VI) spojeve - manganate - (u alkalnoj) . Očito je da su u kiseloj sredini oksidativne sposobnosti Mn+7 najizraženije.

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

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

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

Permanganati, i u kiselim i u alkalnim medijima, oksidiraju organska tvar:

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

alkoholni aldehid

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

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

2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2

Na ovaj način, za mangan karakteri su iste ovisnosti: u prijelazu iz najnižeg oksidacijskog stanja u najviše, kiselinska svojstva kisikovih spojeva, a u OB reakcijama redukcijska svojstva zamjenjuju se oksidacijskim.

Za tijelo 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

KMnO4 otopina je kauterizirajuće i baktericidno sredstvo za tretiranje površine kože i sluznica. Jaka oksidacijska svojstva KMnO4 u kiseloj sredini su 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 spojevima, pri čemu je 43% koncentrirano u koštanog tkiva. Utječe na hematopoezu, stvaranje koštanog tkiva, rast, reprodukciju i neke druge tjelesne funkcije.


mangan(II) hidroksid ima slabo bazična svojstva, oksidira se atmosferskim kisikom i drugim oksidacijskim sredstvima 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 pokusu Mn2+ pokazuje redukciona svojstva, tada su redukciona svojstva Mn2+ slabo izražena. U biološkim procesima ne mijenja stupanj oksidacije. Stabilni biokompleksi Mn2+ stabiliziraju ovo oksidacijsko stanje. Učinak stabilizacije javlja se u dugom vremenu zadržavanja hidratacijske ljuske. Mangan(IV) oksid MnO2 je stabilan prirodni spoj mangana koji 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) spojevi- nestabilan. U otopinama se mogu pretvoriti u spojeve Mn (II), Mn (IV) i Mn (VII): mangan (VI) oksid MnO3 je tamnocrvena masa koja uzrokuje kašalj. Hidrirani oblik MnO3 je slaba permanganska kiselina H2MnO4, koja postoji samo u vodenoj otopini. Njegove soli (manganati) lako se uništavaju hidrolizom i zagrijavanjem. Na 50°C MnO3 se razgrađuje:

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 otopini. Mn2O7 je stabilan do 10°C, raspada se eksplozijom: Mn2O7 → 2MnO2 + O3

Kada se otopi u hladna voda nastaje kiselina Mn2O7 + H2O → 2HMnO4

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

Permanganat KMnO4 je vrlo topiv u vodi . Permanganati - jaka oksidirajuća sredstva. Ovo svojstvo se koristi u medicinskoj praksi za dezinfekciju, u farmakopejskoj analizi za identifikaciju H2O2 interakcijom s KMnO4 u kiseloj sredini.

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

Za liječenje akutnog trovanja permanganatom koristi se 3% vodena otopina H2O2 zakiseljena octenom kiselinom. Kalijev permanganat oksidira organsku tvar stanica tkiva i mikroba. U tom slučaju KMnO4 se reducira u MnO2. Mangan (IV) oksid također može komunicirati s proteinima, tvoreći smeđi kompleks.

Pod djelovanjem kalijevog permanganata KMnO4 bjelančevine se oksidiraju i koaguliraju. Na temelju ovoga njegovu primjenu kao vanjski lijek s antimikrobnim i kauterizirajućim svojstvima. Štoviše, njegovo djelovanje očituje se samo na površini kože i sluznice. Oksidirajuća svojstva vodene otopine KMnO4 koristiti neutralizirati otrovne organske tvari. Kao rezultat oksidacije nastaju manje toksični proizvodi. Na primjer, lijek morfij se pretvara u biološki neaktivni oksimorfin. Kalijev permanganat primijeniti u titrimetrijskoj analizi za određivanje sadržaja različitih redukcijskih sredstava (permanganatometrija).

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

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

Soli manganove kiseline nazivaju se permanganati. Najpoznatija je sol kalijevog permanganata KMnO4 - tamnoljubičasta kristalna tvar, slabo topiva u vodi. Otopine KMnO4 imaju tamnocrvenu boju, a pri visokim koncentracijama - ljubičastu, karakterističnu za MnO4- anione.

Permanganat kalij se zagrijavanjem razgrađuje

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Kalijev permanganat je vrlo jako oksidacijsko sredstvo, lako oksidira mnoge anorganske i organske tvari. Stupanj redukcije mangana uvelike ovisi o pH medija.

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

Kiseli pH<7

mangan (II) (Mn2+)

KMnO4 + redukcijsko sredstvo Neutralno okruženje pH = 7

mangan(IV) (MnO2)

Alkalni pH>7

mangan(VI) (MnO42-)

Mn2+ promjena boje otopine KMnO4

MnO2 smeđi talog

MnO42 - otopina postaje zelena

Primjeri reakcija uz sudjelovanje kalijevog 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 kalijev permanganat KMnO4 u medicinskoj praksi kao dezinficijens i antiseptik za pranje rana, ispiranje, ispiranje itd. Svjetloružičasta otopina KMnO4 koristi se interno za trovanje za ispiranje želuca.

Kalijev permanganat se vrlo široko koristi kao oksidacijsko sredstvo.

Mnogi lijekovi se analiziraju korištenjem KMnO4 (na primjer, postotak koncentracije (%) otopine H2O2).

opće karakteristike d-elementi podskupine VIIIB. Struktura atoma. Elementi obitelji željeza. Oksidacijska stanja u spojevima. Fizički i Kemijska svojstvažlijezda. Primjena. Rasprostranjenost i oblici pronalaženja d-elemenata obitelji željeza u prirodi. Soli željeza (II, III). Složeni spojevi željeza (II) i željeza (III).

Opća svojstva elementi VIIIB podskupine:

1) Opća elektronička formula zadnjih razina je (n - 1)d(6-8)ns2.

2) U svakom razdoblju u ovoj skupini postoje 3 elementa koji tvore trijade (obitelji):

a) Porodica željeza: željezo, kobalt, nikal.

b) Porodica lakih metala platine (familija paladija): rutenij, rodij, paladij.

c) Porodica teških metala platine (porodica platine): osmij, iridij, platina.

3) Sličnost elemenata u svakoj obitelji objašnjava se blizinom atomskih radijusa, stoga je gustoća unutar obitelji bliska.

4) Gustoća raste s povećanjem broja perioda (atomski volumeni su mali).

5) To su metali s visokim talištem i vrelištem.

6) Maksimalni stupanj oksidacija za pojedine elemente raste s brojem razdoblja (za osmij i rutenij doseže 8+).

7) Ovi metali mogu uključiti atome vodika u kristalnu rešetku; u njihovoj prisutnosti pojavljuje se atomski vodik - aktivno redukcijsko sredstvo. Stoga su ovi metali katalizatori za reakcije dodavanja atoma vodika.

8) Spojevi ovih metala su obojeni.

9) Karakteristika oksidacijska stanja za željezo +2, +3, u nestabilnim spojevima +6. Nikl ima +2, nestabilno +3. Platina ima +2, nestabilna +4.

Željezo. Dobivanje željeza(sve ove reakcije se odvijaju pri zagrijavanju)

*4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2. Uvjet: pečenje željeznih pirita.

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

*FeO + C = Fe + CO.

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

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

Kemijska svojstva željeza Reakcije s jednostavnim tvarima

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

*Fe + I2 = FeI2 (jod je manje snažno oksidacijsko sredstvo od klora; FeI3 ne postoji).

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

Dugo vremena, jedan od spojeva ovog elementa, odnosno njegov dioksid (poznat kao piroluzit) smatran je raznolikošću mineralne magnetske željezne rude. Tek 1774. godine, jedan od švedskih kemičara je otkrio da se u piroluzitu nalazi neistraženi metal. Kao rezultat zagrijavanja ovog minerala s ugljenom, bilo je moguće dobiti isti nepoznati metal. Isprva se zvao manganum, kasnije se pojavio moderni naziv - mangan. Kemijski element ima mnoga zanimljiva svojstva, o kojima će biti riječi kasnije.

Smješten u sekundarnoj podskupini sedme skupine periodni sustav elemenata(važno: svi elementi sekundarnih podskupina su metali). Elektronska formula 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (tipična formula d-elementa). Mangan kao slobodna tvar ima srebrnobijelu boju. Zbog svoje kemijske aktivnosti, u prirodi se javlja samo u obliku spojeva poput oksida, fosfata i karbonata. Tvar je vatrostalna, talište je 1244 stupnja Celzijusa.

Zanimljiv! U prirodi se nalazi samo jedan izotop kemijskog elementa s atomskom masom 55. Preostali izotopi dobiveni su umjetno, a najstabilniji radioaktivni izotop s atomskom masom 53 (vrijeme poluraspada je približno isto kao i urana ).

Oksidacijsko stanje mangana

Ima šest različitih oksidacijskih stanja. U stanju nulte oksidacije, element je sposoban tvoriti kompleksne spojeve s organskim ligandima (na primjer, P(C5H5)3), kao i anorganskim ligandima:

  • ugljični monoksid (dimangan dekakarbonil),
  • dušik,
  • fosfor trifluorid,
  • dušikov oksid.

Oksidacijsko stanje +2 tipično je za soli mangana. Važno: ovi spojevi imaju isključivo redukcijska svojstva. Najstabilniji spojevi s oksidacijskim stanjem +3 su oksid Mn2O3, kao i hidrat tog oksida Mn(OH)3. Na +4, MnO2 i amfoterni oksid-hidroksid MnO(OH)2 su najstabilniji.

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

  • U prisutnosti sumporne kiseline, anion MnO4- se reducira u Mn2+.
  • Ako je medij neutralan, ion MnO4- reducira se u MnO(OH)2 ili MnO2.
  • U prisutnosti lužine, anion MnO4- reducira se u manganatni ion MnO42-.

Mangan kao kemijski element

Kemijska svojstva

U normalnim uvjetima nije aktivan. 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 vodik. Kao rezultat reakcije dobiva se praktički netopivi dušikov oksid hidrat Mn(OH)2. Ova tvar sprječava daljnju interakciju s vodom.

Zanimljiv! Vodik je topiv u manganu, a porastom temperature topljivost raste (dobiva se otopina plina u metalu).

S vrlo jakim zagrijavanjem (temperatura iznad 1200 stupnjeva Celzija) stupa u interakciju s dušikom, te se dobivaju nitridi. Ovi spojevi mogu imati drugačiji sastav, što je tipično za takozvane bertolide. Interagira s borom, fosforom, silicijem, au rastaljenom obliku - s ugljikom. Posljednja reakcija se odvija tijekom redukcije mangana koksom.

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

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

Tvori šest oksida:

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

Zanimljiv! Dušikov oksid pod utjecajem atmosferskog kisika postupno prelazi u oksid. Anhidrid permanganata nije izoliran u slobodnom obliku.

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

Dioksid, oksid, dušikov oksid su najstabilniji oksidi. Manganov anhidrid je nestabilan. Postoje analogije s drugim kemijskim elementima:

  • Mn2O3 i Mn3O4 su bazični oksidi, a po svojstvima su slični analognim spojevima željeza;
  • MnO2 je amfoterni oksid, po svojstvima sličan oksidima aluminija i trovalentnog kroma;
  • Mn2O7 je kiseli oksid, njegova svojstva su vrlo slična najvišem klorovom oksidu.

Lako je vidjeti analogiju s kloratima i perkloratima. Manganati se, kao i klorati, dobivaju neizravno. Ali permanganati se mogu dobiti kako izravno, odnosno reakcijom anhidrida i metalnog oksida/hidroksida u prisutnosti vode, tako i neizravno.

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

  • U interakciji s amonijevim sulfidom, taloži se talog MnS, njegova boja je boje mesa; kada se dodaju mineralne kiseline, talog se otapa.
  • Pri reakciji s lužinama dobiva se bijeli talog Mn (OH) 2; međutim pri interakciji s atmosferskim kisikom boja taloga mijenja se iz bijele u smeđu – dobiva se Mn(OH)3.
  • Ako se solima s kationom Mn2+ doda vodikov peroksid i otopina lužine, taloži se tamnosmeđi talog MnO(OH)2.
  • Kada se solima s kationom Mn2+ doda oksidacijsko sredstvo (olovni dioksid, natrijev bizmutat) i jaka otopina dušične kiseline, otopina postaje grimizna, što znači da je Mn2+ oksidirao u HMnO4.

Kemijska svojstva

Valencije mangana

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

Za slobodnu tvar tipična je nulta valencija. Dvovalentni spojevi su soli s kationom Mn2+, trovalentni spojevi su oksid i hidroksid, četverovalentni spojevi su dioksid, a također i oksid-hidroksid. Heksa- i heptovalentni spojevi su soli s MnO42- i MnO4- anionima.

Kako doći i od čega se dobiva mangan? Iz ruda mangana i željezo-mangana, kao i iz otopina soli. Tri različiti putevi dobivanje mangana:

  • oporaba koksa,
  • aluminotermija,
  • elektroliza.

U prvom slučaju, koks se koristi kao redukcijsko sredstvo, kao i ugljični monoksid. Metal se dobiva iz rude, gdje ima primjesa željeznih oksida. Rezultat je i feromangan (legura sa željezom) i karbid (što je karbid? spoj je metala s ugljikom).

Za dobivanje čišće tvari koristi se jedna od metoda metalotermije - aluminotermija. Najprije 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 aluminijev oksid ga prekriva "kapom" troske.

Mangan je metal srednje aktivnosti i nalazi se u Beketovom nizu lijevo od vodika i desno od aluminija. To znači da se tijekom elektrolize vodenih otopina soli s kationom Mn2+ dolazi do redukcije kationa metala na katodi (tijekom elektrolize vrlo razrijeđene otopine reducira se i voda na katodi). Tijekom elektrolize vodene otopine MnCl2 javljaju se sljedeće reakcije:

MnCl2 Mn2+ + 2Cl-

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

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

Konačna jednadžba reakcije:

MnCl2 (el-z) Mn + Cl2

Elektrolizom se dobiva najčišći metalni mangan.

Korisni video: mangan i njegovi spojevi

Primjena

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" tijekom taljenja čelika (veže se kisik i nastaje Mn2O3);
  • kao legirajući element: dobiva se jak čelik visoke otpornosti na habanje i udarce;
  • za taljenje tzv. oklopnog čelika;
  • kao sastavni dio bronce i mjedi;
  • za stvaranje manganina, legure s bakrom i niklom. Od ove legure izrađuju se razni električni uređaji, na primjer, reostati

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

Primjena mangana

Kalijev permanganat, koji se često naziva kalijev permanganat, naširoko se koristi kako u svakodnevnom životu (za ljekovite kupke), tako iu industriji i laboratorijima. Boja maline permanganata blijedi kada se nezasićeni ugljikovodici s dvostrukim i trostrukim vezama prođu kroz otopinu. Pri jakom zagrijavanju permanganati se raspadaju. Time nastaju manganati, MnO2 i kisik. Ovo je jedan od načina dobivanja kemijski čistog kisika u laboratoriju.

Soli permanganske kiseline mogu se dobiti samo posredno. Da bi se to učinilo, MnO2 se miješa s krutom lužinom i zagrijava u prisutnosti kisika. Drugi način dobivanja čvrstih manganata je kalcinacija permanganata.

Otopine manganata imaju lijepu tamnozelenu boju. Međutim, ove otopine su nestabilne i prolaze kroz reakciju disproporcionalnosti: tamnozelena boja mijenja se u malinastu, a također se taloži smeđi talog. Kao rezultat reakcije dobivaju se permanganat i MnO2.

Mangan dioksid se u laboratoriju koristi kao katalizator za razgradnju kalijevog klorata (bertolijeva sol), kao i za dobivanje čistog klora. Zanimljivo je da se kao rezultat interakcije MnO2 s klorovodikom dobiva međuprodukt - izrazito nestabilan spoj MnCl4, koji se raspada na MnCl2 i klor. Neutralne ili zakiseljene otopine soli s kationom Mn2+ imaju blijedoružičastu boju (Mn2+ tvori kompleks sa 6 molekula vode).

Korisni video: mangan je element života

Zaključak

Takova kratak opis mangan i njegova kemijska svojstva. To je srebrnobijeli metal srednje aktivnosti, s vodom stupa u interakciju samo pri zagrijavanju, a ovisno o stupnju oksidacije pokazuje i metalna i nemetalna svojstva. Njegovi spojevi se koriste u industriji, kod kuće iu laboratorijima za proizvodnju čistog kisika i klora.

Jedan od najvažnijih metala za metalurgiju je mangan. Osim toga, općenito je prilično neobičan element s kojim Zanimljivosti. Važan za žive organizme, potreban u proizvodnji mnogih legura, kemijske tvari. Mangan - čija se fotografija može vidjeti u nastavku. To su njegova svojstva i karakteristike koje ćemo razmotriti u ovom članku.

Karakteristike kemijskog elementa

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

  1. Nalazi se u četvrtom velikom razdoblju, sedmoj skupini, sekundarnoj podskupini.
  2. Serijski broj je 25. Mangan je kemijski element čiji su atomi +25. Broj elektrona je isti, neutrona - 30.
  3. Vrijednost atomske mase je 54,938.
  4. Simbol za kemijski element mangan je Mn.
  5. Latinski naziv je mangan.

Nalazi se između kroma i željeza, što objašnjava njegovu sličnost s njima u fizičkim i kemijskim karakteristikama.

Mangan - kemijski element: prijelazni metal

Ako uzmemo u obzir elektroničku konfiguraciju reduciranog atoma, tada će njegova formula izgledati ovako: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Postaje očito da je element koji razmatramo prijelazni metal iz d-familije. Pet elektrona na 3d podrazini ukazuje na stabilnost atoma, što se očituje u njegovim kemijskim svojstvima.

Kao metal, mangan je redukcijski agens, ali većina njegovih spojeva također može pokazati prilično jake oksidacijske sposobnosti. To je zbog različitih oksidacijskih stanja i valencija koje ovaj element ima. Ovo je značajka svih metala ove obitelji.

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

Mangan je kemijski element. Oksidacijsko stanje

Već smo donijeli elektronička formula atom. Prema njezinim riječima, ovaj element može pokazati nekoliko pozitivnih oksidacijskih stanja. To:

Valencija atoma je IV. Najstabilniji su oni spojevi u kojima mangan ima vrijednosti +2, +4, +6. Najviši stupanj oksidacija omogućuje spojevima da djeluju kao najjača oksidacijska sredstva. Na primjer: KMnO 4 , Mn 2 O 7 .

Spojevi s +2 su redukcijski agensi, mangan (II) hidroksid ima amfoterna svojstva, s prevladavanjem bazičnih. Međuindikatori oksidacijskih stanja tvore amfoterne spojeve.

Povijest otkrića

Mangan je kemijski element koji nije otkriven odmah, već postupno i od strane raznih znanstvenika. Međutim, njegove spojeve ljudi koriste od davnina. Za taljenje stakla korišten je mangan (IV) oksid. Jedan Talijan je naveo činjenicu da dodavanjem ovog spoja u kemijsku proizvodnju naočala njihova boja postaje ljubičasta. Uz to, ista tvar pomaže u uklanjanju zamagljenja u naočalama u boji.

Kasnije, u Austriji, znanstvenik Kaim uspio je dobiti komad metalnog mangana djelovanjem na visoka temperatura na pirolizitu (mangan (IV) oksid), potašu i ugljenu. Međutim, ovaj uzorak je imao mnogo nečistoća, koje nije uspio eliminirati, pa do otkrića nije došlo.

Čak i kasnije, drugi je znanstvenik također sintetizirao smjesu u kojoj je značajan udio bio čisti metal. Bio je to Bergman koji je prethodno otkrio element nikal. Međutim, nije mu bilo suđeno da završi posao.

Mangan je kemijski element koji se može dobiti i izolirati u obliku jednostavna tvar prvi je naslijedio Karl Scheele 1774. No, to je učinio zajedno s I. Ganom, koji je dovršio proces taljenja komada metala. Ali ni oni ga nisu uspjeli potpuno riješiti nečistoća i dobiti 100% prinos proizvoda.

Ipak, upravo je ovaj atom otkriven. Isti znanstvenici pokušali su dati ime kao pronalazači. Odabrali su pojam mangan. No, nakon otkrića magnezija, počela je zabuna, pa je naziv mangana promijenjen u moderni (H. David, 1908).

Budući da je mangan kemijski element čija su svojstva vrlo vrijedna za mnoge metalurške procese, s vremenom je postalo potrebno pronaći način da se dobije u najčišćem obliku. Taj su problem riješili znanstvenici diljem svijeta, ali ga je uspjelo riješiti tek 1919. zahvaljujući radu R. Agladzea, sovjetskog kemičara. Upravo je on pronašao metodu kojom je moguće elektrolizom dobiti čisti metal sa sadržajem tvari od 99,98% iz manganovih sulfata i klorida. Sada se ova metoda primjenjuje u cijelom svijetu.

Biti u prirodi

Mangan je kemijski element, čija se fotografija jednostavne tvari 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 zanemarivo kratko vrijeme poluraspada ili postoje u premalim količinama.

Budući da je mangan kemijski element čije je oksidacijsko stanje vrlo različito, on također stvara mnoge spojeve 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. Psilomelan, molekula MnO2*mMnO*nH2O.
  3. Manganit, formula MnO*OH.
  4. Brownit 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 rodokrozit - 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-muljeviti spojevi.

Osim stijena i sedimentnih stijena, minerala, mangan je kemijski element koji je dio sljedećih objekata:

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

Općenito, to je 14. najčešći element od svih na našem planetu. Među teškim metalima je drugi nakon željeza.

Fizička svojstva

S gledišta svojstava mangana, kao jednostavne tvari, postoji nekoliko glavnih fizičke karakteristike za njega.

  1. U obliku jednostavne tvari, to je prilično čvrst metal (na Mohsovoj ljestvici pokazatelj je 4). Boja - srebrno-bijela, prekrivena zaštitnim oksidnim filmom u zraku, blista u rezu.
  2. Talište je 1246 0 S.
  3. Vrenje - 2061 0 C.
  4. Provodna svojstva su dobra, paramagnetna je.
  5. Gustoća 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 gustoći pakiranja atoma. Njihove točke taljenja također se razlikuju.

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

Kemijska svojstva

U kemijskom smislu, mangan je kemijski element čiji naboj iona uvelike varira od +2 do +7. To ostavlja traga na njegovoj aktivnosti. U slobodnom obliku na zraku, mangan vrlo slabo reagira s vodom i otapa se u razrijeđenim kiselinama. Međutim, potrebno je samo povećati temperaturu, jer se aktivnost metala naglo povećava.

Dakle, može komunicirati sa:

  • dušik;
  • ugljik;
  • halogeni;
  • silicij;
  • fosfor;
  • sumpora i drugih nemetala.

Kada se zagrijava 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 spojeve u kojima je +2. Amfoterno - +4, a kiselo i jako oksidirajuće u najvišoj vrijednosti +7.

Unatoč činjenici da je mangan složen spoj, on nije brojan. Povezuje se s održivim elektronička konfiguracija atom, jer njegova 3d podrazina sadrži 5 elektrona.

Kako doći

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

No, unatoč njegovoj slavi, tek 1919. godine bilo ga je moguće dobiti u čistom obliku za upotrebu. To se radi sljedećim metodama.

  1. Elektrolitički, iskorištenje proizvoda je 99,98%. Na taj način se mangan dobiva u kemijskoj industriji.
  2. Silikotermna, ili redukcija sa silicijem. Na ovu metodu silicij i mangan (IV) oksid se spajaju, što rezultira stvaranjem čistog metala. Iskorištenje je oko 68%, jer je nuspojava kombinacija mangana i silicija da nastane silicid. Ova metoda se koristi u metalurškoj industriji.
  3. Aluminotermna metoda - restauracija aluminijem. Također ne daje previsok prinos proizvoda, nastaje mangan kontaminiran nečistoćama.

Proizvodnja ovog metala važna je za mnoge procese koji se provode u metalurgiji. Čak i mali dodatak mangana može uvelike utjecati na svojstva legura. Dokazano je da se u njemu otapaju mnogi metali koji ispunjavaju njegovu kristalnu rešetku.

Za rudarstvo i proizvodnju zadanog elementa Rusija je prva na svijetu. Ovaj proces se također provodi u zemljama kao što su:

  • Kina.
  • Kazahstan.
  • Gruzija.
  • Ukrajina.

Industrijska upotreba

Mangan je kemijski element, čija je upotreba važna ne samo u metalurgiji. ali i na drugim područjima. Osim metala u čistom obliku, razni spojevi ovog atoma također su od velike važnosti. 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 taljenje dijelova za bagere, strojeve za obradu kamena, drobilice, kuglaste mlinove, dijelove oklopa.
  2. Mangan dioksid je obavezan oksidacijski element galvanizacije, koristi se u stvaranju depolarizatora.
  3. Mnogi spojevi mangana potrebni su za organsku sintezu raznih tvari.
  4. Kalijev permanganat (ili kalijev permanganat) se u medicini koristi kao jako dezinficijens.
  5. Ovaj element je dio bronce, mjedi, tvori vlastitu leguru s bakrom, koja se koristi za proizvodnju zrakoplovnih turbina, lopatica i drugih dijelova.

Biološka uloga

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

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

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

Mangan je kemijski element, zanimljive činjenice o kojem mogu impresionirati bilo koju osobu, ali i natjerati vas da shvatite koliko je važan. Ovdje su najosnovnije od njih, koje su našle svoj trag u povijesti ovog metala.

  1. U teškim vremenima građanski rat u SSSR-u je jedan od prvih izvoznih proizvoda sadržavao rudu veliki broj mangan.
  2. Ako se mangan dioksid legira sa salitrom, a zatim se proizvod otopi u vodi, tada će početi nevjerojatne transformacije. Prvo, otopina će postati zelena, zatim će se boja promijeniti u plavu, zatim ljubičastu. Konačno će postati grimiz i postupno će ispasti smeđi talog. Ako se smjesa protrese, tada će se ponovno vratiti zelena boja i sve će se ponoviti. Zbog toga je kalijev 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 bolje će 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 nikal. Njegova jedinstvenost leži u činjenici da ima visok električni otpor, koji ne ovisi o temperaturi, već je pod utjecajem tlaka.

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

Slični postovi