Maksimalno oksidacijsko stanje mangana. Što je mangan: proučavanje kemijskog elementa

Dugo vremena jedan od spojeva ovog elementa, naime njegov dioksid (poznat kao piroluzit) smatran je vrstom mineralne magnetske željezne rude. Tek je 1774. godine jedan od švedskih kemičara otkrio da piroluzit sadrži neistražen metal. Kao rezultat zagrijavanja ovog minerala s ugljenom, bilo je moguće dobiti taj isti nepoznati metal. U početku se zvao mangan, kasnije se pojavio moderni naziv - mangan. Kemijski element ima mnogo zanimljivih svojstava, o čemu će biti riječi u nastavku.

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

Zanimljiv! U prirodi se nalazi samo jedan izotop kemijskog elementa koji ima atomsku masu 55. Ostali izotopi dobiveni su umjetnim putem, a najstabilniji radioaktivni izotop atomske mase 53 (vrijeme poluraspada približno je kao kod urana ).

Oksidacijsko stanje mangana

Ima ih šest različite stupnjeve oksidacija. U nultom oksidacijskom stanju, element je sposoban stvarati kompleksne spojeve s organskim ligandima (na primjer, P(C5H5)3), kao i anorganskim ligandima:

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

Oksidacijsko stanje +2 tipično je za soli mangana. Važno: ovi spojevi imaju isključivo obnavljajuća svojstva. Najstabilniji spojevi sa stupnjem oksidacije +3 su Mn2O3 oksid, kao i hidrat ovog oksida Mn(OH)3. Na +4 najstabilniji su MnO2 i amfoterni oksid-hidroksid MnO(OH)2.

Oksidacijsko stanje mangana +6 tipično je za manganovu kiselinu i njezine soli, koje postoje samo u vodenoj otopini. Oksidacijsko stanje +7 tipično je za permangansku kiselinu, njezin anhidrid i soli - permanganate (analogno perkloratima) - jaka oksidacijska sredstva, koja postoje samo u vodenoj otopini. Zanimljivo je da su pri redukciji kalijevog permanganata (u svakodnevnom životu zvanog kalijev permanganat) moguće tri različite reakcije:

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

Mangan as kemijski element

Kemijska svojstva

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

Kada se zagrije, stupa u interakciju s vodom, istiskujući vodik. Kao rezultat reakcije dobiva se praktički netopljivi hidroksid Mn(OH)2. Ova tvar sprječava daljnju interakciju s vodom.

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

Kada se jako zagrije (temperature iznad 1200 stupnjeva Celzijevih), reagira s dušikom, pri čemu nastaju nitridi. Ovi spojevi mogu biti različitog sastava, što je tipično za tzv. bertolide. U interakciji je s borom, fosforom, silicijem, au rastaljenom obliku - s ugljikom. Posljednja reakcija događa se tijekom redukcije mangana koksom.

Pri reakciji s razrijeđenom sumpornom i klorovodičnom kiselinom nastaje sol i oslobađa se vodik. Ali interakcija s jakom sumpornom kiselinom je drugačija: produkti reakcije su sol, voda i sumporov dioksid (u početku sumporne kiseline reducira se do sumpora; ali se zbog nestabilnosti sumporna kiselina raspada na sumporni dioksid i vodu).

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

Tvori šest oksida:

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

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

Oksid je spoj s takozvanim frakcijskim oksidacijskim stanjem. Otapanjem u kiselinama nastaju soli dvovalentnog mangana (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 svojstva su im slična sličnim spojevima željeza;
  • MnO2 je amfoterni oksid, po svojstvima sličan oksidima aluminija i trovalentnog kroma;
  • Mn2O7 je kiseli oksid, njegova svojstva su vrlo slična višem klorovom oksidu.

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

U analitičkoj kemiji kation Mn2+ spada u petu analitičku skupinu. Postoji nekoliko reakcija koje mogu otkriti ovaj kation:

  • U interakciji s amonijevim sulfidom nastaje talog MnS, boje mu je boje mesa; Kada se dodaju mineralne kiseline, talog se otapa.
  • Pri reakciji s alkalijama dobiva se bijeli talog Mn(OH)2; no u interakciji s atmosferskim kisikom dolazi do promjene boje taloga iz bijele u smeđu – dobiva se Mn(OH)3.
  • Dodamo li solima s kationom Mn2+ vodikov peroksid i otopinu lužine, taloži se tamnosmeđi talog MnO(OH)2.
  • Kada se solima s kationom Mn2+ doda oksidans (olovo dioksid, natrijev bizmutat) i jaka otopina dušične kiseline, otopina oboji grimizno – to znači da je Mn2+ oksidiran u HMnO4.

Kemijska svojstva

Valencija mangana

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

Nulta valencija je tipična za slobodnu tvar. Dvovalentni spojevi su soli s kationom Mn2+, trovalentni spojevi su oksid i hidroksid, četverovalentni spojevi su dioksid, kao i oksid-hidroksid. Šesterovalentni i sedverovalentni spojevi su soli s anionima MnO42- i MnO4-.

Kako dobiti i od čega se dobiva mangan? Od ruda mangana i feromangana, kao i od otopina soli. Poznata su tri različiti putevi dobivanje mangana:

  • oporavak s kokakolom,
  • aluminotermija,
  • elektroliza.

U prvom slučaju kao redukcijsko sredstvo koriste se koks i ugljični monoksid. Metal se dobiva iz rude koja sadrži primjesu željeznih oksida. Rezultat je i feromangan (legura sa željezom) i karbid (što je karbid? to je spoj metala i ugljika).

Za dobivanje čišće tvari koristi se jedna od metoda metalotermije - aluminotermija. Prvo se piroluzit kalcinira, pri čemu nastaje Mn2O3. Dobiveni oksid se zatim pomiješa s aluminijskim prahom. Tijekom reakcije oslobađa se puno topline, zbog čega se dobiveni metal topi, a aluminijev oksid ga pokriva "kapom" troske.

Mangan je metal srednje aktivnosti i nalazi se u Beketovom nizu lijevo od vodika i desno od aluminija. To znači da se kod elektrolize vodenih otopina soli s kationom Mn2+ kation metala reducira na katodi (prilikom elektrolize jako razrijeđene otopine reducira se i voda na katodi). Tijekom elektrolize vodene otopine MnCl2 odvijaju se sljedeće reakcije:

MnCl2 Mn2+ + 2Cl-

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

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

Konačna jednadžba reakcije je:

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. U slobodnom obliku koristi se u metalurgiji za razne svrhe:

  • kao “dezoksidant” kod taljenja čelika (veže se kisik i nastaje Mn2O3);
  • kao legirajući element: proizvodi jak čelik visoke otpornosti na habanje i udarce;
  • za taljenje takozvanog oklopnog čelika;
  • kao sastavni dio bronce i mjedi;
  • za stvaranje manganina, legure s bakrom i niklom. Od ove legure izrađuju se razni električni uređaji, poput reostata

MnO2 se koristi za izradu Zn-Mn galvanskih članaka. MnTe i MnAs koriste se u elektrotehnici.

Primjena mangana

Kalijev permanganat, često zvan kalijev permanganat, naširoko se koristi kako u svakodnevnom životu (za ljekovite kupke), tako iu industriji i laboratorijima. Grimizna boja permanganata gubi se kada kroz otopinu prođu nezasićeni ugljikovodici s dvostrukim i trostrukim vezama. Pri jakom zagrijavanju permanganati se raspadaju. Pritom nastaju manganati, MnO2 i kisik. Ovo je jedan od načina dobivanja kemijski čistog kisika u laboratorijskim uvjetima.

Soli permanganatne kiseline mogu se dobiti samo neizravno. Da bi se to postiglo, MnO2 se miješa s čvrstom alkalijom i zagrijava u prisutnosti kisika. Drugi način dobivanja čvrstih manganata je kalcinacija permanganata.

Otopine manganata imaju lijepu tamnozelenu boju. Međutim, te su otopine nestabilne i podliježu reakciji disproporcioniranja: tamnozelena boja se mijenja u grimizno, a također se stvara smeđi talog. Reakcija rezultira permanganatom i MnO2.

Mangan dioksid se koristi u laboratoriju kao katalizator za razgradnju kalijevog klorata (Bertholletova sol), kao i za proizvodnju čistog klora. Zanimljivo je da se kao rezultat interakcije MnO2 s klorovodikom dobiva međuprodukt - izuzetno 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 - element života

Zaključak

Ovo je kratak opis mangana i njegovih 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 se spojevi koriste u industriji, kod kuće iu laboratorijima za proizvodnju čistog kisika i klora.

1. DIO

1. Oksidacijsko stanje (s.o.) je konvencionalni naboj atoma kemijskog elementa u složenoj tvari, izračunat na temelju pretpostavke da se sastoji od jednostavnih iona.

Trebate znati!

1) U vezi s. O. vodik = +1, osim za hidride .
2) U vezi s. O. kisik = -2, osim peroksida  i fluorida 
3) Oksidacijsko stanje metala uvijek je pozitivno.

Za metale glavnih podskupina prva tri grupe s. O. konstantno:

Metali IA skupine - str. O. = +1,
Metali skupine IIA - str. O. = +2,
Metali IIIA skupine - str. O. = +3. 4

U slobodnim atomima i jednostavnim tvarima str. O. = 0,5

Ukupno s. O. svi elementi u vezi = 0.

2. Način tvorbe imena dvoelementni (binarni) spojevi.

4. Ispunite tablicu “Imena i formule binarnih spojeva.”


5. Odredite oksidacijsko stanje fontom istaknutog elementa kompleksnog spoja.


2. DIO

1. Odredite oksidacijska stanja kemijskih elemenata u spojevima pomoću njihovih formula. Napiši nazive tih tvari.

2. Tvari FeO, Fe2O3, CaCl2, AlBr3, CuO, K2O, BaCl2, SO3 podijeli u dvije skupine. Napiši nazive tvari s naznakom njihova oksidacijskog stanja.

3. Uspostavite korespondenciju između naziva i oksidacijskog stanja atoma kemijskog elementa i formule spoja.

4. Sastavite formule za tvari po nazivima.

5. Koliko se molekula nalazi u 48 g sumporovog (IV) oksida?

6. Koristeći internet i druge izvore informacija pripremite poruku o korištenju bilo kojeg binarnog spoja prema sljedećem planu:

1) formula;
2) naziv;
3) svojstva;
4) primjena.

H2O voda, vodikov oksid. Voda je u normalnim uvjetima tekućina, bez boje, mirisa i plava u debelom sloju. Vrelište je oko 100⁰S. Dobro je otapalo. Molekula vode sastoji se od dva atoma vodika i jednog atoma kisika, to je njezin kvalitativni i kvantitativni sastav. Ovo je složena tvar, karakterizirana je sljedećim kemijskim svojstvima: interakcija s alkalijskim metalima, zemnoalkalijskim metalima.

Reakcije izmjene s vodom nazivaju se hidroliza. Ove reakcije su od velike važnosti u kemiji.

7. Oksidacijsko stanje mangana u spoju K2MnO4 jednako je:

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

1) Cr2O3


9. Maksimalni stupanj Klor pokazuje oksidaciju u spoju čija je formula:

Jedan od najvažnijih metala za metalurgiju je mangan. Osim toga, općenito je prilično neobičan element s kojim se povezuje Zanimljivosti. Važan za žive organizme, neophodan u proizvodnji mnogih legura, kemijske tvari. Mangan - fotografija koja se 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, onda bismo prije svega trebali karakterizirati njegov položaj u njemu.

  1. Smješten u četvrtoj velikoj periodi, sedmoj skupini, sekundarnoj podskupini.
  2. Redni broj je 25. Mangan je kemijski element čiji su atomi jednaki +25. Broj elektrona je isti, neutrona - 30.
  3. Vrijednost atomske mase je 54,938.
  4. Simbol kemijskog elementa za mangan je Mn.
  5. Latinski naziv je mangan.

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

Mangan - kemijski element: prijelazni metal

Ako uzmemo u obzir elektronička konfiguracija 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 iz d-obitelji. Pet elektrona u 3d podrazini označavaju stabilnost atoma, što se očituje u njegovim kemijskim svojstvima.

Kao metal, mangan je redukcijsko sredstvo, ali većina njegovih spojeva može pokazati prilično jaku oksidacijsku sposobnost. To je zbog različitih oksidacijskih stanja i valencija koje određeni element ima. To je osobitost svih metala ove obitelji.

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

Mangan je kemijski element. Oksidacijsko stanje

Već smo donijeli elektronska formula atom. Prema njemu, ovaj element je sposoban pokazati nekoliko pozitivnih oksidacijskih stanja. Ovaj:

Valencija atoma je IV. Najstabilniji spojevi su oni u kojima mangan ima vrijednosti +2, +4, +6. Najviši stupanj oksidacije omogućuje spojevima da djeluju kao jaka 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. Srednja oksidacijska stanja tvore amfoterne spojeve.

Povijest otkrića

Mangan je kemijski element koji nije otkriven odmah, već postupno od strane različitih znanstvenika. Međutim, ljudi su njegove spojeve koristili od davnina. Manganov(IV) oksid korišten je za izradu stakla. Jedan Talijan iznio je činjenicu da dodavanjem ovog spoja tijekom kemijske proizvodnje stakla njihova boja postaje ljubičasta. Uz to, ista tvar pomaže u uklanjanju zamućenja u staklima u boji.

Kasnije je u Austriji znanstvenik Keim uspio dobiti komad metalnog mangana izlaganjem purolizita (manganov (IV) oksid), potaše i ugljena visokim temperaturama. Međutim, ovaj uzorak je imao mnogo nečistoća koje nije mogao eliminirati, pa do otkrića nije došlo.

Još kasnije, drugi je znanstvenik također sintetizirao smjesu u kojoj je značajan udio bio čisti metal. Bergman je bio taj koji je prije otkrio element nikal. Međutim, nije mu bilo suđeno da dovrši stvar.

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

Ipak, upravo je ovaj put otkriven atom. Ti isti znanstvenici pokušali su ga imenovati kao otkrivače. Izabrali su termin mangan. Međutim, nakon otkrića magnezija, nastala je zbrka te je naziv mangan promijenjen u moderni naziv (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 što čišćem obliku. Ovaj problem su rješavali znanstvenici diljem svijeta, ali je riješen tek 1919. zahvaljujući radu R. Agladzea, sovjetskog kemičara. Upravo je on pronašao način za dobivanje čistog metala s udjelom tvari od 99,98% iz manganovih sulfata i klorida elektrolizom. Sada se ova metoda koristi u cijelom svijetu.

Biti u prirodi

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

Budući da je mangan kemijski element čije je oksidacijsko stanje vrlo različito, on također tvori mnoge spojeve u prirodi. Ovaj element se nikada ne nalazi u svom čistom obliku. U mineralima i rudama stalni susjed mu je željezo. Ukupno možemo identificirati nekoliko najvažnijih stijene, koji sadrže mangan.

  1. piroluzit. Formula spoja: MnO 2 *nH 2 O.
  2. Psilomelan, MnO2*mMnO*nH2O molekula.
  3. Manganit, formula MnO*OH.
  4. Braunit je rjeđi od ostalih. Formula Mn 2 O 3.
  5. Hausmannit, formula Mn*Mn 2 O 4.
  6. Rodonit Mn 2 (SiO 3) 2.
  7. Manganove karbonatne rude.
  8. Grimizni spar ili rodokrozit - MnCO 3.
  9. Purpurit - Mn 3 PO 4.

Osim toga, može se identificirati još nekoliko minerala, koji također sadrže predmetni element. Ovaj:

  • kalcit;
  • siderit;
  • minerali gline;
  • kalcedon;
  • opal;
  • spojevi pijeska i mulja.

Osim stijena i sedimentnih stijena, minerala, mangan je kemijski element koji ulazi u sastav sljedećih objekata:

  1. Biljni organizmi. Najveći rezervoari ovog elementa su: vodeni kesten, patka i dijatomeje.
  2. Gljive hrđe.
  3. Neke vrste bakterija.
  4. Sljedeće životinje: crveni mravi, rakovi, mekušci.
  5. Ljudi - dnevne potrebe su otprilike 3-5 mg.
  6. Vode Svjetskog oceana sadrže 0,3% ovog elementa.
  7. Ukupan sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,1% mase.

Sve u svemu, to je 14. najzastupljeniji element na našem planetu. Među teškim metalima nalazi se na drugom mjestu nakon željeza.

Fizička svojstva

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

  1. U obliku jednostavne tvari, to je prilično tvrd metal (na Mohsovoj ljestvici indikator je 4). Boje je srebrnobijele, na zraku se prekriva zaštitnim oksidnim filmom, a pri rezanju sjaji.
  2. Talište je 1246 0 C.
  3. Vrelište - 2061 0 C.
  4. Provodna svojstva su dobra, paramagnetičan je.
  5. Gustoća metala je 7,44 g/cm 3 .
  6. Postoji u obliku četiri polimorfne modifikacije (α, β, γ, σ), koje se razlikuju u strukturi i obliku kristalne rešetke i atomskoj gustoći pakiranja. Tališta im se također razlikuju.

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

Kemijska svojstva

S gledišta kemije, mangan je kemijski element čiji ionski naboj varira od +2 do +7. To ostavlja traga na njegovu aktivnost. U slobodnom obliku na zraku, mangan vrlo slabo reagira s vodom i otapa se u razrijeđenim kiselinama. Međutim, čim se temperatura poveća, aktivnost metala naglo raste.

Dakle, može komunicirati s:

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

Kada se zagrijava bez pristupa zraku, metal lako prelazi u stanje pare. Ovisno o stupnju oksidacije mangana, 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 pri najvišoj vrijednosti +7.

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

Metode dobivanja

Postoje tri glavna načina na koje se mangan (kemijski element) proizvodi industrijski. Kako se naziv čita na latinskom, već smo ga označili kao manganum. Ako ga prevedete na ruski, bit će "da, stvarno razjašnjavam, obezbojavam". Mangan svoje ime duguje svojim svojstvima, poznatim od davnina.

No, unatoč njegovoj popularnosti, u čistom obliku bilo ga je moguće nabaviti za upotrebu tek 1919. godine. To se radi pomoću sljedećih metoda.

  1. Elektroliza, prinos proizvoda je 99,98%. Mangan se na ovaj način dobiva u kemijskoj industriji.
  2. Silikotermna ili redukcija silicijem. Na ovu metodu spajaju se silicij i mangan (IV) oksid, što rezultira stvaranjem čistog metala. Iskorištenje je oko 68%, budući da se mangan spaja sa silicijem i stvara silicid kao sporedni proizvod. Ova metoda se koristi u metalurškoj industriji.
  3. Aluminotermna metoda - redukcija aluminijem. Također ne daje preveliki prinos proizvoda, mangan se formira kontaminiran nečistoćama.

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

Vađenjem i proizvodnjom ovog elementa Rusija je na prvom mjestu u svijetu. Ovaj proces se također provodi u zemljama kao što su:

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

Industrijska uporaba

Mangan je kemijski element čija je upotreba važna ne samo u metalurgiji. ali i u drugim područjima. Osim metala u čistom obliku, od velikog su značaja i razni spojevi određenog atoma. Istaknimo glavne.

  1. Postoji nekoliko vrsta legura koje zahvaljujući manganu imaju jedinstvena svojstva. Na primjer, toliko je jak i otporan na habanje da se koristi za taljenje dijelova za bagere, strojeve za obradu kamena, drobilice, kuglične mlinove i oklopne dijelove.
  2. Mangan dioksid je bitan oksidirajući element u galvanizaciji; koristi se u stvaranju depolarizatora.
  3. Mnogi spojevi mangana potrebni su za provođenje organske sinteze različitih tvari.
  4. Kalijev permanganat (ili kalijev permanganat) koristi se u medicini kao jako dezinfekcijsko sredstvo.
  5. Ovaj element je dio bronce, mesinga i tvori vlastitu slitinu s bakrom, koja se koristi za proizvodnju zrakoplovnih turbina, lopatica i drugih dijelova.

Biološka uloga

Dnevne potrebe za manganom za ljude su 3-5 mg. Nedostatak ovog elementa dovodi do depresije živčani sustav, poremećaji spavanja i tjeskoba, vrtoglavica. Njegova uloga još nije u potpunosti proučena, ali je jasno da, prije svega, utječe na:

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

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

Mangan je kemijski element čije zanimljive činjenice mogu impresionirati svaku osobu i natjerati ih da shvate koliko je važan. Predstavimo najosnovnije od njih, koje su pronašle svoj trag u povijesti ovog metala.

  1. U teškim vremenima građanski rat u SSSR-u je jedan od prvih izvoznih proizvoda bio proizvod koji je sadržavao rudu veliki broj mangan
  2. Ako se mangan dioksid stopi sa salitrom, a zatim se proizvod otopi u vodi, započet će nevjerojatne transformacije. Prvo će otopina postati zelena, zatim će se boja promijeniti u plavu, a zatim ljubičastu. Na kraju će postati grimizno i ​​postupno će se stvarati smeđi talog. Protresete li smjesu opet će se vratiti zelena boja i sve će se ponoviti. Zbog toga je kalijev permanganat dobio ime, što se prevodi kao "mineralni kameleon".
  3. Ako se u tlo dodaju gnojiva koja sadrže mangan, produktivnost biljaka će se povećati, a fotosinteza će se povećati. Ozime pšenice će bolje formirati zrna.
  4. Najveći blok manganskog minerala rodonita bio je težak 47 tona i pronađen je na Uralu.
  5. Postoji ternarna legura koja se zove manganin. Sastoji se od elemenata poput bakra, mangana i nikla. Njegova jedinstvenost je u tome što ima veliki električni otpor, koji ne ovisi o temperaturi, već je pod utjecajem tlaka.

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

Kemija metala

Predavanje 2. Glavna pitanja o kojima se raspravljalo na predavanju

Metali VIIB-podskupine

Opće karakteristike metala VIIB podskupine.

Kemija mangana

Prirodni spojevi Mn

Fizikalna i kemijska svojstva metala.

Mn spojevi. Redoks svojstva spojeva

Kratke karakteristike Tc i Re.

Izvršitelj:

Događaj br.

Metali VIIB-podskupine

opće karakteristike

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

Valentni elektroni opisuju se općom formulom:

(n–1)d 5 ns2

Jednostavne tvari - metali, srebrno-siva,

mangan

teška, s visokim talištem, koja

porastu pri prijelazu Mn u Re, tako da prema tijes

Topljivost Re je druga nakon W.

Najveći praktični značaj ima Mn.

tehnecij

Elementi Tc, Bh – radioaktivni elementi, umjetni

izravno dobiven kao rezultat nuklearne fuzije; Ponovno-

rijedak element.

Elementi Tc i Re sličniji su jedan drugome nego

s manganom. Tc i Re imaju stabilnije više

oksidacijski panj, pa ovi elementi imaju a

Spojevi u oksidacijskom stanju 7 su čudni.

Mn karakteriziraju oksidacijski stupnjevi: 2, 3, 4,

Stabilniji -

2 i 4. Ova oksidacijska stanja

pojavljuju se u prirodnim spojevima. Najčešći

čudni Mn minerali: piroluzit MnO2 i rodokrozit MnCO3.

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

Mn, Tc, Re pokazuju najveću sličnost u visokooksidativnim

lacija, izražava se u kiselosti viših oksida i hidroksida.

Izvršitelj:

Događaj br.

Jaki su viši hidroksidi svih elemenata VIIB podskupine

kiseline s općom formulom NEO4.

U najvišem oksidacijskom stupnju elementi Mn, Tc i Re slični su elementu glavne podskupine kloru. Kiseline: HMnO4, HTcO4, HReO4 i

HClO4 su jaki. Elemente VIIB-podskupine karakterizira primjetan

značajna sličnost sa svojim susjedima u nizu, posebice Mn pokazuje sličnost s Fe. U prirodi su spojevi Mn uvijek susjedni spojevima Fe.

Margan

Karakteristična oksidacijska stanja

Valentni elektroni Mn – 3d5 4s2.

Najčešći stupnjevi

3d5 4s2

mangan

oksidacijske vrijednosti za Mn su 2, 3, 4, 6, 7;

stabilniji - 2 i 4. U vodenim otopinama

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

neutralna, blago alkalna i blago kisela sredina.

Mn(+7) i (+6) spojevi pokazuju snažna oksidacijska svojstva.

Kiselinsko-bazni karakter Mn oksida i hidroksida prirodno je posljedica

varira ovisno o stupnju oksidacije: u oksidacijskom stanju +2 oksid i hidroksid su bazični, a u najvišem oksidacijskom stupnju kiseli,

Štoviše, HMnO4 je jaka kiselina.

U vodenim otopinama Mn(+2) postoji u obliku akvakata

2+, koji se radi jednostavnosti označava s Mn2+. Mangan u visokim oksidacijskim stanjima nalazi se u otopini u obliku tetraoksoaniona: MnO4 2– i

MnO4 – .

Izvršitelj:

Događaj br.

Prirodni spojevi i proizvodnja metala

Element Mn u smislu zastupljenosti u zemljinoj kori među teškim metalima

ribolov slijedi željezo, ali je primjetno inferioran od njega - sadržaj Fe je oko 5%, a Mn - samo oko 0,1%. Mangan ima češći oksid-

ny i karbonat i rude. Najvažniji minerali su: pirolitički

mjesto MnO2 i rodokrozit MnCO3.

za dobivanje Mn

Osim ovih minerala, za dobivanje Mn koristi se hausmanit Mn3 O4

i hidratirani psilomelan oksid MnO2. xH2 O. U rudama mangana sve

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

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

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

Ukupni obujam godišnje svjetske proizvodnje mangana, uključujući i u obliku feromangana, iznosi ~ (10 12) milijuna tona/god.

Za dobivanje feromangana reducira se ruda manganovog oksida

spaljuju ugljen.

MnO2 + 2C = Mn + 2CO

Izvršitelj:

Događaj br.

Zajedno s Mn oksidima reduciraju se i Fe oksidi sadržani u rudi.

de. Za dobivanje mangana s minimalnim sadržajem Fe i C, spojeva

Fe se prethodno odvoji i dobije se miješani oksid Mn3O4

(MnO . Mn2 O3 ). Zatim se reducira aluminijem (piroluzit reagira s

Al previše olujno).

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

Čisti mangan dobiva se hidrometalurškom metodom. Nakon prethodnog dobivanja soli MnSO4, kroz otopinu Mn sulfata,

primjenjuje se električna struja, reducira se mangan na katodi:

Mn2+ + 2e– = Mn0.

Jednostavna tvar

Mangan je svijetlo sivi metal. Gustoća – 7,4 g/cm3. Talište – 1245O C.

Ovo je prilično aktivan metal, E (Mn

/ Mn) = - 1,18 V.

Lako se oksidira do kationa Mn2+ u razrijeđenom stanju

kiseline.

Mn + 2H+ = Mn2+ + H2

Mangan se pasivizira u koncentriranom

dušične i sumporne kiseline, ali pri zagrijavanju

Riža. Mangan – se-

počinje polagano komunicirati s njima, ali

crveni metal, slično

čak i pod utjecajem tako jakih oksidacijskih sredstava

za hardver

Mn prelazi u kation

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

oslobađanje H2.

Zbog oksidacije na zraku, mangan se prekriva smeđim mrljama,

U atmosferi kisika mangan stvara oksid

Mn2 O3, a pri višim temperaturama miješani oksid MnO. Mn2 O3

(Mn3O4).

Izvršitelj:

Događaj br.

Kada se zagrijava, mangan reagira s halogenima i sumporom. Mn afinitet

na sumpor više od željeza, pa kada se čeliku dodaje feromangan,

u njemu otopljeni sumpor veže se na MnS. MnS sulfid se ne otapa u metalu i prelazi u trosku. Čvrstoća čelika se povećava nakon uklanjanja sumpora, koji uzrokuje krtost.

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

Spojevi mangana

Spojevi mangana (+7)

Svi Mn(+7) spojevi pokazuju jaka oksidacijska svojstva.

Kalijev permanganat KMnO 4 – najčešći spoj

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

ljubičasta boja. Kada se kristalni permanganat zagrijava, on se raspada

2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2

Iz ove reakcije u laboratoriju možete dobiti

MnO4 anion – boje trajne otopine

ganata u malinastoljubičastoj boji. Na

površine u kontaktu s otopinom

Riža. Otopina KMnO4 ružičasta-

KMnO4, zbog sposobnosti permanganata da oksidira

ljubičasta boja

sipati vodu, tanko žuto-smeđe

MnO2 oksidni filmovi.

4KMnO4 + 2H2 O = 4MnO2 + 3O2 + 4KOH

Kako bi se usporila ova reakcija, koja se ubrzava na svjetlu, pohranjuju se otopine KMnO4

nyat u tamnim bocama.

Prilikom dodavanja nekoliko kapi koncentriranog

trilatirana sumporna kiselina daje permanganski anhidrid.

Izvršitelj:

Događaj br.

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

Mn 2 O 7 oksid je teška uljasta tekućina tamno zelene boje. Ovo je jedini metalni oksid koji, pod normalnim uvjetima, jest

U tekućem je stanju (talište 5,9 0 C). Oksid ima molekularnu

kularna struktura, vrlo nestabilna, eksplozivno se raspada na 55 0 C. 2Mn2 O7 = 4MnO2 + 3O2

Mn2O7 oksid je vrlo jak i energičan oksidans. Mnogi ili-

ganske tvari se pod njegovim utjecajem oksidiraju u CO2 i H2 O. Oksid

Mn2 O7 se ponekad naziva kemijskim šibicama. Ako se stakleni štapić navlaži u Mn2O7 i prinese alkoholnoj lampi, zasvijetlit će.

Kada se Mn2O7 otopi u vodi, nastaje permanganska kiselina.

Kiselina HMnO 4 je jaka kiselina, postoji samo u vodenoj

nom otopinom, nije izoliran u slobodnom stanju. Kiselina HMnO4 razgrađuje-

uz oslobađanje O2 i MnO2.

Pri dodavanju čvrste lužine u otopinu KMnO4, nastanak

stvaranje zelenog manganata.

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

Zagrijavanjem KMnO4 s koncentriranom solnom kiselinom nastaje

Prisutan je plin Cl2.

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

Ove reakcije otkrivaju snažna oksidacijska svojstva permanganata.

Produkti interakcije KMnO4 s redukcijskim sredstvima ovise o kiselosti otopine u kojem se odvija reakcija.

U kiselim otopinama nastaje bezbojni kation Mn2+.

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

Iz neutralnih otopina taloži se smeđi talog MnO2.

MnO4 – +2H2 O +3e–  MnO2 + 4OH– .

U alkalnim otopinama nastaje zeleni anion MnO4 2–.

Izvršitelj:

Događaj br.

Kalijev permanganat u industriji dobiva se ili iz mangana

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

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

Spojevi mangana (+6)

Manganati su soli s anionom MnO4 2– i svijetlo su zelene boje.

MnO4 2─ anion je stabilan samo u visoko alkalnom okruženju. Pod utjecajem vode, a posebno kiseline, manganati se disproporcioniraju u spoj

Mn u oksidacijskim stanjima 4 i 7.

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

Iz tog razloga kiselina H2 MnO4 ne postoji.

Manganati se mogu dobiti taljenjem MnO2 s alkalijama ili karbonatom

mi u prisutnosti oksidirajućeg sredstva.

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

Manganati su jaki oksidansi , ali ako su pogođeni

Ako upotrijebite još jače oksidacijsko sredstvo, pretvaraju se u permanganate.

Disproporcionalnost

Spojevi mangana (+4)

– najstabilniji Mn spoj. Ovaj oksid se javlja u prirodi (mineral piroluzit).

MnO2 oksid je crno-smeđa tvar s vrlo jakim kristalima

ična rešetka (isto kao rutilni TiO2). Iz tog razloga unatoč činjenici da MnO 2 oksid je amfoteran, ne reagira s otopinama lužina i s razrijeđenim kiselinama (baš kao TiO2). Otapa se u koncentriranim kiselinama.

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

Reakcija se koristi u laboratoriju za proizvodnju Cl2.

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

Dakle, u vrlo kiselom okruženju, MnO2 ima tendenciju transformacije u

Mn2+ kation.

MnO2 reagira s alkalijama samo u talinama uz stvaranje smjese

oksidi. U prisutnosti oksidirajućeg sredstva u alkalnim talinama nastaju manganati.

MnO2 oksid se koristi u industriji kao jeftino oksidacijsko sredstvo. Posebno, redoks interakcija

2 se razgrađuje uz oslobađanje O2 i stvaranje

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

Mn(+4) hidroksid nije izoliran, tijekom redukcije permanganata i man-

ganata u neutralnim ili blago alkalnim sredinama, kao i tijekom oksidacije

Mn(OH)2 i MnOOH, iz otopina hidratizira tamnosmeđi talog.

nizak MnO2.

Mn(+3) oksid i hidroksid su osnovne prirode. Ove su čvrste

smeđe, u vodi netopljive i nestabilne tvari.

U interakciji s razrijeđenim kiselinama postaju neproporcionalne

reagiraju tvoreći spojeve Mn u oksidacijskim stanjima 4 i 2. 2MnOOH + H2 SO4 = MnSO4 + MnO2 + 2H2 O

Oni međusobno djeluju s koncentriranim kiselinama na isti način kao

MnO2, tj. u kiseloj sredini prelaze u kation Mn2+. U alkalnoj sredini lako oksidiraju na zraku u MnO2.

Spojevi mangana (+2)

U vodenim otopinama spojevi Mn(+2) stabilni su u kiseloj sredini.

Mn(+2) oksid i hidroksid bazične su prirode, lako topljivi

otapaju se u kiselinama i stvaraju hidratizirani kation Mn2+.

MnO oksid je vatrostalni kristalni spoj sivozelene boje

(talište – 18420 C). Može se dobiti razgradnjom automobila

bonat u nedostatku kisika.

MnCO3 = MnO + CO2.

MnO se ne otapa u vodi.

Izvršitelj:

Izvršitelj:

Događaj br.

Mangan je tvrdi metal Siva boja. Njegovi atomi imaju elektronsku konfiguraciju vanjske ljuske

Metalni mangan reagira s vodom i reagira s kiselinama stvarajući ione mangana(II):

U različitim spojevima, mangan pokazuje oksidacijska stanja. Što je više oksidacijsko stanje mangana, to je veća kovalentna priroda njegovih odgovarajućih spojeva. Povećanjem stupnja oksidacije mangana raste 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) hidratiziraju se da bi se formirao blijedoružičasti kompleksni ion, heksaakvamangan(II). Ovaj je ion stabilan u kiselim sredinama, ali stvara bijeli talog manganovog hidroksida u alkalnim sredinama. Mangan(II) oksid ima svojstva osnovnih oksida.

mangan (III)

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

mangan (IV)

Najvažniji spoj mangana(IV) je oksid. Ovaj crni spoj je netopljiv u vodi. Pripisuje mu se ionska struktura. Stabilnost je posljedica visoke entalpije rešetke.

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

Ova se reakcija može koristiti za proizvodnju klora u laboratoriju (vidi odjeljak 16.1).

mangan(VI)

Ovo oksidacijsko stanje mangana je nestabilno. Kalijev manganat (VI) može se dobiti spajanjem manganova (IV) oksida s nekim jakim oksidacijskim sredstvom, na primjer kalijevim kloratom ili kalijevim nitratom:

Kalijev manganat (VI) je zelene boje. Stabilan je samo u alkalnoj otopini. U kiseloj otopini disproporcionira u mangan (IV) i mangan (VII):

mangan (VII)

Mangan ima ovo oksidacijsko stanje u visokom kiseli oksid. Ipak, najvažniji spoj mangana(VII) je kalijev manganat(VII) (kalijev permanganat). Ova se krutina vrlo dobro otapa u vodi, stvarajući tamnoljubičastu otopinu. Manganat ima tetraedarsku strukturu. U blago kiselom okruženju postupno se raspada, stvarajući mangan (IV) oksid:

U alkalnoj sredini kalijev manganat(VII) se reducira, stvarajući najprije zeleni kalijev manganat(VI), a zatim manganov(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 , što premašuje standardni potencijal sustava i stoga manganat oksidira kloridni ion u plinoviti klor:

Oksidacija manganat klorid iona odvija se prema jednadžbi

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

za proizvodnju kisika i klora (vidi poglavlja 15 i 16);

provesti analitičko ispitivanje sumporovog dioksida i sumporovodika (vidi Poglavlje 15); u preparativnoj organskoj kemiji (vidi Poglavlje 19);

kao volumetrijski reagens u redoks titrimetriji.

Primjer titrimetrijske uporabe kalijevog manganata (VII) je kvantitativno određivanje uz njegovu pomoć željeza (II) i etandioata (oksalata):

Međutim, budući da je kalijev manganat (VII) teško dobiti iz visok stupanjčistoće, ne može se koristiti kao primarni titrimetrijski standard.

Povezane publikacije