A mangán lehetséges oxidációs állapotai. Mangán(VII) vegyületek
A gerjesztetlen mangánatom elektronkonfigurációja 3d 5 4s 2; a gerjesztett állapotot a 3d 5 4s 1 4p 1 elektronikus képlettel fejezzük ki.
A vegyületekben lévő mangánra a legjellemzőbb oxidációs állapotok a +2, +4, +6, +7.
A mangán ezüstfehér, törékeny, meglehetősen aktív fém: a feszültségsorokban az alumínium és a cink között helyezkedik el. A levegőben a mangánt oxidfilm borítja, amely megvédi a további oxidációtól. Finoman eloszlatott állapotban a mangán könnyen oxidálódik.
A mangán (II) oxid MnO és a megfelelő hidroxid Mn (OH) 2 bázikus tulajdonságokkal rendelkezik - savakkal kölcsönhatásba lépve kétértékű mangánsók képződnek: Mn (OH) 2 + 2 H + ® Mn 2+ + 2 H 2 O.
Mn 2+ kationok keletkeznek a fémes mangán savakban való oldásakor is. A mangán (II) vegyületek redukáló tulajdonságokat mutatnak, például a Mn (OH) 2 fehér csapadéka gyorsan elsötétül a levegőben, és fokozatosan MnO 2 -dá oxidálódik: 2 Mn (OH) 2 + O 2 ® 2 MnO 2 + 2 H 2 O .
A mangán (IV)-oxid Az MnO 2 a legstabilabb mangánvegyület; mind a mangánvegyületek alacsonyabb oxidációs állapotú (+2) oxidációjában, mind a magasabb oxidációs állapotú mangánvegyületek redukciójában (+6, +7) könnyen képződik:
Mn(OH)2 + H2O2® MnO2 + 2H2O;
2 KMnO 4 + 3 Na 2 SO 3 + H 2 O ® 2 MnO 2 ¯ + 3 Na 2 SO 4 + 2 KOH.
A MnO 2 egy amfoter oxid, azonban savas és bázikus tulajdonságai gyengén kifejeződnek. Az egyik oka annak, hogy a MnO 2 nem mutat határozott bázikus tulajdonságokat, az erős oxidáló aktivitása savas környezetben (= +1,23 V): a MnO 2 Mn 2+ ionokká redukálódik, és nem képez stabil sókat a négy vegyértékű mangánból. A mangán (IV)-oxidnak megfelelő hidratált formát MnO 2 ×xH 2 O hidratált mangán-dioxidnak kell tekinteni. A mangán (IV)-oxid mint amfoter oxid formálisan megfelel a permangánsav orto- és metaformáinak, amelyeket nem izoláltak a permangánsavban. szabad állapot: H 4 MnO 4 - orto-forma és H 2 MnO 3 - meta-forma. Ismeretes a Mn 3 O 4 mangán-oxid, amely a mangánsav Mn 2 MnO 4 - mangán (II) ortomanganit orto-formája kétértékű mangán sójának tekinthető. A Mn 2 O 3 oxid létezéséről az irodalomban beszámoltak. Ennek az oxidnak a létezése azzal magyarázható, hogy a permangánsav meta-formájának kétértékű mangán sójának tekintjük: a MnMnO 3 mangán (II) metamanganit.
Amikor a mangán-dioxidot lúgos közegben oxidálószerekkel, például kálium-kloráttal vagy kálium-nitráttal olvasztják össze, a négy vegyértékű mangán hat vegyértékű állapotba oxidálódik, és kálium-manganát képződik, amely még H 2 MnO permangánsav oldatában is nagyon instabil só. 4, amelynek anhidridje (MnO 3) ismeretlen:
MnO 2 + KNO 3 + 2 KOH ® K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O.
A manganátok instabilak és aránytalanságra hajlamosak reverzibilis reakcióban: 3 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O ⇆ 2 KMnO 4 + MnO 2 ¯ + 4 KOH,
ennek eredményeként az oldat zöld színe a MnO 4 2– manganát ionok hatására a MnO 4 – permanganát ionokra jellemző lila színre változik.
A heptavalens mangán legszélesebb körben használt vegyülete a kálium-permanganát KMnO 4 - a permangánsav HMnO 4 sója, amely csak oldatban ismert. A kálium-permanganát a manganátok erős oxidálószerekkel, például klórral történő oxidációjával állítható elő:
2 K 2 MnO 4 + Cl 2 ® 2 KMnO 4 + 2 KCl.
A mangán-oxid (VII), vagy mangán-anhidrid, Mn 2 O 7 robbanásveszélyes zöldesbarna folyadék. Mn 2 O 7 a következő reakcióval állítható elő:
2 KMnO 4 + 2 H 2 SO 4 (tömény) ® Mn 2 O 7 + 2 KHSO 4 + H 2 O.
A legmagasabb oxidációs állapotú, +7-es mangánvegyületek, különösen a permanganátok, erős oxidálószerek. A permanganát ionok redukciójának mélysége és oxidatív aktivitásuk a közeg pH-jától függ.
Erősen savas közegben a permanganátok redukciójának terméke a Mn 2+ ion, és kétértékű mangán sói keletkeznek:
MnO 4 - + 8 H + + 5 e -® Mn 2+ + 4 H 2 O (= +1,51 V).
Semleges, enyhén lúgos vagy enyhén savas környezetben a permanganát ionok redukciója következtében MnO 2 képződik:
MnO 4 - + 2 H 2 O + 3 e - ® MnO 2 ¯ + 4 OH - (= +0,60 V).
MnO 4 - + 4 H + + 3 e - ® MnO 2 ¯ + 2 H 2 O (= +1,69 V).
Erősen lúgos közegben a permanganát ionok MnO 4 2– manganát ionokká redukálódnak, miközben K 2 MnO 4, Na 2 MnO 4 típusú sók keletkeznek:
MnO 4 - + e - ® MnO 4 2- (= +0,56 V).
Olimpiai feladatok kémiából
(1 iskolai szakasz)
1. Teszt
1. A vegyületben a mangán a legmagasabb oxidációs állapotú
2. A semlegesítési reakciók a redukált ionos egyenletnek felelnek meg
1) H + + OH - = H 2 O
2) 2H + + CO 3 2- = H 2 O + CO 2
3) CaO + 2H + = Ca 2+ + H 2 O
4) Zn + 2H + = Zn 2+ + H2
3. Lépjen kapcsolatba egymással
2) MnO és Na2O
3) P 2 O 5 és SO 3
4. A redox reakció egyenlete a
1) KOH + HNO 3 = KNO 3 + H 2 O
2) N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2 HNO 3
3) 2N 2 O \u003d 2N 2 + O 2
4) VaCO 3 \u003d BaO + CO 2
5. A cserereakció kölcsönhatás
1) kalcium-oxid salétromsavval
2) szén-monoxid oxigénnel
3) etilén oxigénnel
4) sósav magnéziummal
6. A savas esőt a légkörben való jelenlét okozza
1) nitrogén- és kén-oxidok
4) földgáz
7. A metán a benzinnel és a gázolajjal együtt belső égésű motorok (járművek) üzemanyagaként használatos. A gáznemű metán égésének termokémiai egyenlete a következő:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 880 kJ
Mekkora kJ hő szabadul fel a 112 literes (n.o.) térfogatú CH 4 égésekor?
Válaszd ki a megfelelő választ:
2. Feladatok
1. Rendezd el az együtthatókat a redox reakcióegyenletben az általad ismert módon!
SnSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Sn(SO 4) 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Adja meg az oxidáló és redukáló anyag nevét, valamint az elemek oxidációs állapotát! (4 pont)
2. Írja fel a reakcióegyenleteket a következő transzformációkhoz:
(2) (3) (4) (5)
CO 2 → Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 → CaO → CaCl 2 → CaCO 3
(5 pont)
3. Határozza meg az alkadién képletét, ha relatív sűrűsége levegőben 1,862! (3 pont)
4. 1928-ban a General Motors Research Corporation amerikai vegyészének, Thomas Midgley Jr.-nak sikerült laboratóriumában szintetizálnia és izolálnia egy kémiai vegyületet, amely 23,53% szénből, 1,96% hidrogénből és 74,51% fluorból állt. A keletkező gáz 3,52-szer nehezebb volt a levegőnél, és nem égett. Vezesse le a vegyület képletét, írja le a kapott molekulaképletnek megfelelő szerves anyagok szerkezeti képleteit, nevezze meg őket! (6 pont).
5. 140 g 0,5%-os sósavoldatot összekeverünk 200 g 3%-os sósavoldattal. Hány százalék a sósav az újonnan kapott oldatban? (3 pont)
3. Keresztrejtvény
Találd ki a keresztrejtvényben titkosított szavakat
Jelmagyarázat: 1→ - vízszintesen
1↓ - függőleges
↓ Vaskorróziós termék.
→ Bázikus oxiddal való kölcsönhatás során keletkezik (6).
→ A hőmennyiség mértékegysége.
→ Pozitív töltésű ion.
→ Olasz tudós, akiről az egyik legfontosabb állandót nevezték el.
→ A 14. számú elem külső szintjén lévő elektronok száma.
→ ...... gáz - szén-monoxid (IV).
→ A nagy orosz tudós, többek között a mozaikfestmények alkotója, az epigráf szerzője.
→ A nátrium-hidroxid és a kénsav oldatai közötti reakció típusa.
Adjon példát az (1→) reakcióegyenletére!
Adja meg a (4) pontban említett állandó értéket.
Írd fel a (8) reakcióegyenletet!
Írd fel az elektronikus szerkezetet! elem atom, amely az (5) pontban szerepel. (13 pont)
A kohászat egyik legfontosabb féme a mangán. Ezenkívül általában meglehetősen szokatlan elem, amellyel Érdekes tények. Fontos az élő szervezetek számára, számos ötvözet előállításához szükséges, vegyi anyagok. Mangán - amelynek fotója alább látható. Ebben a cikkben a tulajdonságait és jellemzőit vizsgáljuk meg.
Egy kémiai elem jellemzői
Ha a mangánról mint elemről beszélünk, akkor mindenekelőtt jellemezni kell a benne lévő pozícióját.
- A negyedik nagy periódusban, a hetedik csoportban, egy másodlagos alcsoportban található.
- Sorszám - 25. Mangán - kémiai elem, amelynek atomjai +25. Az elektronok száma azonos, a neutronok száma - 30.
- Az atomtömeg értéke 54,938.
- A mangán kémiai elem szimbóluma a Mn.
- A latin neve mangán.
A króm és a vas között helyezkedik el, ami megmagyarázza a velük való hasonlóságát fizikai és kémiai tulajdonságaiban.
Mangán - kémiai elem: átmeneti fém
Ha figyelembe vesszük egy redukált atom elektronikus konfigurációját, akkor képlete így fog kinézni: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Nyilvánvalóvá válik, hogy az általunk vizsgált elem a d-családból származik. A 3d alszinten öt elektron jelzi az atom stabilitását, ami kémiai tulajdonságaiban nyilvánul meg.
Fémként a mangán redukálószer, de legtöbb vegyülete meglehetősen erős oxidáló képességet képes felmutatni. Összefügg azzal változó mértékben az elem oxidációja és vegyértékei. Ez a család összes fém jellemzője.
Így a mangán egy kémiai elem, amely más atomok között helyezkedik el, és megvan a maga sajátos jellemzői. Nézzük meg ezeket a tulajdonságokat részletesebben.
A mangán kémiai elem. Oxidációs állapot
Az atom elektronképletét már megadtuk. Elmondása szerint ez az elem több pozitív oxidációs állapotot képes felmutatni. Azt:
Az atom vegyértéke IV. A legstabilabbak azok a vegyületek, amelyekben a mangán értéke +2, +4, +6. A legmagasabb fokú oxidáció lehetővé teszi, hogy a vegyületek a legerősebb oxidálószerként működjenek. Például: KMnO 4, Mn 2 O 7.
A +2-es vegyületek redukálószerek, a mangán(II)-hidroxid amfoter tulajdonságú, túlnyomórészt a bázikusak. Az oxidációs állapotok közbenső indikátorai amfoter vegyületeket alkotnak.
A felfedezés története
A mangán egy kémiai elem, amelyet nem azonnal fedeztek fel, hanem fokozatosan és különböző tudósok. Azonban vegyületeit már az ókorban is használták az emberek. Az üvegolvasztáshoz mangán (IV)-oxidot használtak. Egy olasz azt állította, hogy ennek a vegyületnek az üvegek vegyi előállítása során történő hozzáadása lilává varázsolja a színüket. Ezzel együtt ugyanaz az anyag segít megszüntetni a színes üvegek homályosságát.
Később Ausztriában Kaim tudósnak sikerült egy darab fémes mangánt előállítania pirolizit (mangán (IV)-oxid), hamuzsír és szenet magas hőmérsékletnek kitéve. Ez a minta azonban sok szennyeződést tartalmazott, amelyeket nem sikerült eltávolítania, így a felfedezés nem történt meg.
Még később egy másik tudós is szintetizált egy olyan keveréket, amelynek jelentős része tiszta fém volt. Bergman volt az, aki korábban felfedezte a nikkel elemet. A munkát azonban nem volt hivatott befejezni.
A mangán egy kémiai elem, amelyet formában lehet nyerni és izolálni egyszerű anyag először Karl Scheele követte 1774-ben. Ezt azonban I. Gannal közösen tette, aki befejezte egy fémdarab olvasztását. De még nekik sem sikerült teljesen megszabadulniuk a szennyeződésektől és 100%-os termékhozamot elérniük.
Ennek ellenére pontosan ekkor fedezték fel ezt az atomot. Ugyanazok a tudósok próbáltak nevet adni, mint a felfedezők. Ők a mangán kifejezést választották. A magnézium felfedezése után azonban elkezdődött a zűrzavar, és a mangán neve modernre változott (H. David, 1908).
Mivel a mangán egy olyan kémiai elem, amelynek tulajdonságai nagyon értékesek számos kohászati folyamathoz, idővel szükségessé vált, hogy megtaláljuk a módját annak, hogy a legtisztább formában is megkapjuk. Ezt a problémát a tudósok világszerte megoldották, de csak 1919-ben tudták megoldani R. Agladze szovjet vegyész munkájának köszönhetően. Ő találta meg azt a módszert, amellyel 99,98%-os tiszta fémet lehet előállítani mangán-szulfátokból és -kloridokból elektrolízissel. Ma ezt a módszert az egész világon alkalmazzák.
A természetben lenni
A mangán egy kémiai elem, amelynek egyszerű anyagának fotója az alábbiakban látható. A természetben ennek az atomnak számos izotópja van, amelyekben a neutronok száma nagyon változó. Tehát a tömegszámok 44 és 69 között mozognak. Az egyetlen stabil izotóp azonban egy 55 Mn értékű elem, az összes többi felezési ideje elhanyagolhatóan rövid, vagy túl kis mennyiségben létezik.
Mivel a mangán egy kémiai elem, amelynek oxidációs állapota nagyon eltérő, a természetben is számos vegyületet képez. Tiszta formájában ez az elem egyáltalán nem fordul elő. Ásványokban és ércekben állandó szomszédja a vas. Összességében azonosíthatunk néhányat a legfontosabbak közül sziklák mangánt tartalmazó.
- piroluzit. A vegyület képlete: MnO 2 * nH 2 O.
- Psilomelán, MnO2*mMnO*nH2O molekula.
- Manganit, képlete MnO*OH.
- A Brownit kevésbé gyakori, mint a többi. Mn 2 O 3 képlet.
- Gausmanit, képlet: Mn*Mn 2 O 4.
- Rodonit Mn 2 (SiO 3) 2.
- Mangán karbonát ércek.
- Málna spárga vagy rodokrozit - MnCO 3.
- Purpurit – Mn 3 PO 4.
Ezen kívül még több ásvány azonosítható, amelyekben a szóban forgó elem is szerepel. Azt:
- mészpát;
- sziderit;
- agyagásványok;
- kalcedon;
- opál;
- homokos-iszapos vegyületek.
A kőzetek és üledékes kőzetek, ásványok mellett a mangán olyan kémiai elem, amely a következő objektumok része:
- növényi szervezetek. Ennek az elemnek a legnagyobb akkumulátorai: vízi gesztenye, békalencse, kovamoszat.
- Rozsdagomba.
- Bizonyos típusú baktériumok.
- A következő állatok: vörös hangyák, rákfélék, puhatestűek.
- Emberek - a napi szükséglet körülbelül 3-5 mg.
- Az óceánok vize 0,3%-ot tartalmaz ebből az elemből.
- A földkéreg össztartalma 0,1 tömegszázalék.
Általában véve ez a 14. leggyakoribb elem bolygónkon. A nehézfémek közül a vas után a második.
Fizikai tulajdonságok
A mangán, mint egyszerű anyag tulajdonságai szempontjából több fő fizikai jellemzők neki.
- Egyszerű anyag formájában meglehetősen szilárd fém (a Mohs-skálán a mutató 4). Szín - ezüstös-fehér, a levegőben védő oxidfilmmel borítva, csillog a vágásban.
- Az olvadáspont 1246 0 С.
- Forrás - 2061 0 C.
- A vezetési tulajdonságok jók, paramágneses.
- A fém sűrűsége 7,44 g/cm 3 .
- Négy polimorf módosulat (α, β, γ, σ) formájában létezik, amelyek a kristályrács szerkezetében és alakjában, valamint az atomok tömörítési sűrűségében különböznek egymástól. Az olvadáspontjuk is különbözik.
A kohászatban a mangán három fő formáját használják: β, γ, σ. Az alfa ritkább, mivel tulajdonságait tekintve túlságosan törékeny.
Kémiai tulajdonságok
Kémiai szempontból a mangán olyan kémiai elem, amelynek iontöltése +2 és +7 között nagyon változó. Ez rányomja bélyegét tevékenységére. A levegőben lévő szabad formában a mangán nagyon gyengén reagál vízzel, és híg savakban oldódik. Azonban csak a hőmérsékletet kell növelni, mivel a fém aktivitása meredeken növekszik.
Tehát képes kölcsönhatásba lépni:
- nitrogén;
- szén;
- halogének;
- szilícium;
- foszfor;
- kén és egyéb nemfémek.
A levegőhöz való hozzáférés nélkül melegítve a fém könnyen gőzállapotba kerül. A mangán oxidációs állapotától függően vegyületei egyaránt lehetnek redukálószerek és oxidálószerek. Egyesek amfoter tulajdonságokat mutatnak. Tehát a főbbek azokra a vegyületekre jellemzőek, amelyekben +2. Amfoter - +4, és savas és erős oxidáló a legmagasabb értékben +7.
Annak ellenére, hogy a mangán átmeneti fém, kevés a komplex vegyület. A fenntarthatósághoz kapcsolódik elektronikus konfiguráció atom, mert 3d alszintje 5 elektront tartalmaz.
Hogyan lehet eljutni
A mangán (egy kémiai elem) ipari kinyerésének három fő módja van. Mivel a név latinul olvasható, már jelöltük a mangánt. Ha lefordítod oroszra, akkor az lesz, hogy "igen, tényleg tisztázom, elszínezem." A mangán nevét az ókor óta ismert megnyilvánuló tulajdonságainak köszönheti.
Hírneve ellenére azonban csak 1919-ben lehetett tiszta formában beszerezni használatra. Ez a következő módszerekkel történik.
- Elektrolitikus, termékhozam 99,98%. Ily módon mangánt nyernek a vegyiparban.
- Szilikoterm, vagy redukció szilíciummal. Nál nél ez a módszer szilícium és mangán (IV) oxid összeolvadnak, ami tiszta fém képződéséhez vezet. A kitermelés körülbelül 68%, mivel mellékhatásként a mangán és a szilícium kombinációja szilicid képződik. Ezt a módszert a kohászati iparban használják.
- Aluminoterm módszer - restaurálás alumíniummal. Nem ad túl magas termékhozamot sem, a mangán szennyeződésekkel szennyezve képződik.
Ennek a fémnek az előállítása a kohászat számos folyamatában fontos. Már egy kis mennyiségű mangán is nagymértékben befolyásolhatja az ötvözetek tulajdonságait. Bebizonyosodott, hogy sok fém feloldódik benne, kitöltve a kristályrácsát.
Bányászathoz és termeléshez adott elem Oroszország az első helyen áll a világon. Ezt a folyamatot olyan országokban is végrehajtják, mint például:
- Kína.
- Kazahsztán.
- Grúzia.
- Ukrajna.
Ipari felhasználás
A mangán kémiai elem, amelynek felhasználása nem csak a kohászatban fontos. hanem más területeken is. A tiszta formában lévő fémen kívül ennek az atomnak a különféle vegyületei is nagy jelentőséggel bírnak. Vázoljuk a főbbeket.
- Többféle ötvözet létezik, amelyek a mangánnak köszönhetően rendelkeznek egyedi tulajdonságok. Így például olyan erős és kopásálló, hogy kotrógépek, kőfeldolgozó gépek, zúzógépek, golyósmalmok, páncél alkatrészek olvasztására használják.
- A mangán-dioxid a galvanizálás kötelező oxidáló eleme, depolarizátorok előállításához használják.
- Számos mangánvegyületre van szükség a különféle anyagok szerves szintéziséhez.
- A kálium-permanganátot (vagy kálium-permanganátot) az orvostudományban erős fertőtlenítőszerként használják.
- Ez az elem bronz, sárgaréz része, saját ötvözetet képez rézzel, amelyet repülőgép-turbinák, lapátok és egyéb alkatrészek gyártásához használnak.
Biológiai szerep
Egy személy napi mangánszükséglete 3-5 mg. Ennek az elemnek a hiánya depresszióhoz vezet idegrendszer, alvászavar és szorongás, szédülés. Szerepét még nem vizsgálták teljesen, de nyilvánvaló, hogy mindenekelőtt a következőket érinti:
- növekedés;
- a nemi mirigyek aktivitása;
- a hormonok munkája;
- vérképzés.
Ez az elem minden növényben, állatban, emberben jelen van, ami bizonyítja fontos biológiai szerepét.
A mangán egy kémiai elem, amelyről érdekes tények lenyűgöznek minden embert, és ráébresztik, mennyire fontos. Íme ezek közül a legalapvetőbbek, amelyek nyomot hagytak ennek a fémnek a történetében.
- Nehéz időkben polgárháború a Szovjetunióban az egyik első exporttermék az érctartalmú volt nagyszámú mangán.
- Ha a mangán-dioxidot salétromolással ötvözik, majd a terméket vízben oldják, akkor csodálatos átalakulások indulnak el. Először az oldat zöldre vált, majd a szín kékre, majd lilára változik. Végül bíbor színűvé válik, és fokozatosan barna csapadék hullik ki. Ha a keveréket megrázzuk, akkor a zöld szín újra visszaáll, és minden újra megtörténik. Ezért kapta a kálium-permanganát nevét, amely "ásványi kaméleon"-nak felel meg.
- Ha mangánt tartalmazó műtrágyákat juttatnak a talajra, akkor a növények termőképessége nő, és a fotoszintézis sebessége nő. Az őszi búza jobban formázza a szemeket.
- A rodonit mangán ásvány legnagyobb tömbje 47 tonnát nyomott, és az Urálban találták meg.
- Van egy háromkomponensű ötvözet, a manganin. Olyan elemekből áll, mint a réz, mangán és nikkel. Különlegessége abban rejlik, hogy nagy elektromos ellenállással rendelkezik, amely nem függ a hőmérséklettől, hanem a nyomás befolyásolja.
Természetesen ez nem minden, amit erről a fémről elmondhatunk. A mangán egy kémiai elem, amelyről érdekes tények meglehetősen változatosak. Különösen, ha azokról a tulajdonságokról beszélünk, amelyeket a különféle ötvözeteknek ad.
Fémek kémiája
2. előadás
A VIIB-alcsoport fémei
A VIIB alcsoportba tartozó fémek általános jellemzői.
A mangán kémiája
Természetes Mn vegyületek
Fizikai és Kémiai tulajdonságok fém.
Mn vegyületek. A vegyület redox tulajdonságai
A Tc és Re rövid leírása.
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
A VIIB-alcsoport fémei
Általános tulajdonságok
A VIIB alcsoportot d-elemek alkotják: Mn, Tc, Re, Bh. |
|||||||||||
A vegyértékelektronokat a következő általános képlet írja le: |
|||||||||||
(n–1)d 5 ns2 | |||||||||||
Egyszerű anyagok - fémek, ezüstszürke, |
|||||||||||
mangán | |||||||||||
nehéz, magas olvadáspontú, amely |
|||||||||||
növekszik a Mn-ről Re-re való átmenet során, így |
|||||||||||
a Re olvaszthatósága a második a W mögött. |
|||||||||||
Legnagyobb gyakorlati érték rendelkezik Mn. |
|||||||||||
technécium | Elemek Tc, Bh - radioaktív elemek, mesterséges |
||||||||||
közvetlenül a magfúzió eredményeként nyert; Újra- |
|||||||||||
ritka tárgy. | |||||||||||
A Tc és Re elemek jobban hasonlítanak egymásra, mint |
|||||||||||
mangánnal. Tc és Re stabilabb magasabb |
|||||||||||
oxidációs csonk, ezért ezek az elemek gyakoriak |
|||||||||||
a 7-es oxidációs állapotú vegyületek furcsaak. |
|||||||||||
A Mn-t oxidációs állapotok jellemzik: 2, 3, 4, |
|||||||||||
Stabilabb - | 2. és 4. Ezek az oxidációs állapotok |
||||||||||
természetes vegyületekben jelennek meg. A legtöbb
furcsa ásványok Mn: piroluzit MnO2 és rodokrozit MnCO3.
A Mn(+7) és (+6) vegyületek erős oxidálószerek.
A Mn, Tc, Re legnagyobb hasonlósága erősen oxidált
Ez a magasabb oxidok és hidroxidok savas természetében fejeződik ki.
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
A VIIB alcsoport összes elemének magasabb hidroxidjai erősek
HEO4 általános képlettel rendelkező savak.
A legmagasabb oxidációs fokban az Mn, Tc, Re elemek mutatnak hasonlóságot a klór fő alcsoport elemével. Savak: HMnO4, HTcO4, HReO4 és
A HClO4 erős. A VIIB-alcsoport elemeire jellemző egy észrevehető
hasonlóság a sorozat szomszédjaival, különösen a Mn mutat hasonlóságot Fe-vel. A természetben a Mn-vegyületek mindig együtt léteznek Fe-vegyületekkel.
Marganese
Jellegzetes oxidációs állapotok
Vegyértékelektronok Mn - 3d5 4s2 . |
|||
Leggyakoribb fokozatok |
|||
3d5 4s2 | mangán | az oxidációk Mn-nél 2, 3, 4, 6, 7; |
|
stabilabb - 2 és 4. Vizes oldatokban |
|||
A +2 oxidációs állapot savasban stabil, a +4 - in |
|||
semleges, enyhén lúgos és enyhén savas környezet.
A Mn(+7) és (+6) vegyületek erős oxidáló tulajdonságokat mutatnak.
A Mn oxidjainak és hidroxidjainak sav-bázis jellege természetes
az oxidációs állapottól függően változik: +2 oxidációs állapotban az oxid és a hidroxid bázikus, a legmagasabb oxidációs állapotban pedig savas,
ráadásul a HMnO4 erős sav.
Vizes oldatokban az Mn(+2) vizes oldat formájában létezik
2+ , ami az egyszerűség kedvéért Mn2+ . A magas oxidációs állapotú mangán oldatban tetraoxoanionok formájában van: MnO4 2– ill.
MnO4-.
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
Természetes vegyületek és fémgyártás
Az Mn elem a nehézfémek közül a földkéregben található a legnagyobb mennyiségben.
A fogás követi a vasat, de észrevehetően elmarad tőle: a vas körülbelül 5%, a Mn pedig csak körülbelül 0,1%. A mangánban oxid-
nye és karbonát és ércek. Az ásványi anyagok a legfontosabbak: pirolu-
zit MnO2 és rodokrozit MnCO3 .
hogy Mn
Ezen ásványok mellett hausmannit Mn3 O4-et használnak a Mn előállításához
és hidratált psilomelán-oxid MnO2. xH2 O. A mangánércekben minden
A mangánt főként speciális, nagy szilárdságú és ütésálló acélok gyártásához használják. Ezért os-
új mennyiségű Mn-t nem tiszta formában, hanem ferromangán formájában kapunk
tsa - mangán és vas ötvözete, amely 70-88% Mn-t tartalmaz.
A világ éves mangántermelésének teljes mennyisége, beleértve a ferromangánt is, ~ (10 12) millió tonna/év.
A ferromangán előállításához a mangán-oxid-ércet redukálják
szén.
MnO2 + 2C = Mn + 2CO
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
A Mn-oxidokkal együtt a ru-
de. Minimális vas- és C-tartalmú mangán előállítása, vegyületek
Előzetesen a Fe-t elválasztjuk, és vegyes Mn3O4-oxidot kapunk
(MnO . Mn2O3 ). Ezután alumíniummal redukálják (a piroluzit reakcióba lép a
Al túl erőszakos).
3Mn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3
A tiszta mangánt hidrometallurgiai módszerrel állítják elő. A MnSO4 só előzetes előállítása után Mn-szulfát oldattal,
indítsa el az elektromos áramot, a mangán csökken a katódon:
Mn2+ + 2e– = Mn0 .
egyszerű anyag
A mangán világosszürke fém. Sűrűség - 7,4 g / cm3. Olvadáspont - 1245 °C.
Ez egy meglehetősen aktív fém, az E(Mn | / Mn) \u003d - 1,18 V. |
||
Hígítva könnyen Mn2+ kationná oxidálódik |
|||
ny savak. | |||
Mn + 2H+ = Mn2+ + H2 |
|||
A mangán töményen passzivált |
|||
salétromsav és kénsav, de hevítéskor |
|||
Rizs. mangán - se- | lassan kezd kapcsolatba lépni velük, de |
||
rozsfém, hasonló | még olyan erős oxidálószerek hatására is |
||
vasért |
|||
Mn kationba kerül |
Mn2+. Melegítéskor a porított mangán kölcsönhatásba lép a vízzel
H2 felszabadulása.
A levegőben történő oxidáció következtében a mangán barna foltokkal borítja be,
Oxigén atmoszférában a mangán oxidot képez |
||||||||||||||||||
Mn2 O3, magasabb hőmérsékleten pedig kevert oxid MnO. Mn2O3 |
||||||||||||||||||
(Mn3O4). | ||||||||||||||||||
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | |||||||||||||||||
Melegítéskor a mangán reakcióba lép halogénekkel és kénnel. Affinity Mn
több kén, mint vas, így ha ferromangánt adunk az acélhoz,
a benne oldott kén MnS-hez kötődik. A szulfid MnS nem oldódik a fémben, és a salakba kerül. Az acél szilárdsága a ridegséget okozó kén eltávolítása után megnő.
Nagyon magas hőmérsékletek(>1200 0 C) a mangán nitrogénnel és szénnel kölcsönhatásba lépve nem sztöchiometrikus nitrideket és karbidokat képez.
Mangán vegyületek
Mangánvegyületek (+7)
Minden Mn(+7) vegyület erős oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik.
KMnO kálium-permanganát 4 - a leggyakoribb vegyület
Mn(+7). Ez a kristályos anyag tiszta formájában sötét
lila. A kristályos permanganát hevítésekor lebomlik
2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2 |
||
Ez a reakció a laboratóriumban beszerezhető |
||
Anion MnO4 - a tartós oldatokat megfesti |
||
ganata málnás-lila színben. A |
||
az oldattal érintkező felületekre |
||
Rizs. A KMnO4 oldat rózsaszín | KMnO4, a permanganát oxidációs képessége miatt |
|
lila | öntsünk vizet, vékony sárga-barna |
|
MnO2-oxid filmek. |
||
4KMnO4 + 2H2O = 4MnO2 + 3O2 + 4KOH |
Ennek a fény által felgyorsított reakciónak a lelassítására KMnO4 oldatokat tárolnak
yat sötét üvegekben.
Néhány csepp tömény hozzáadásakor
kénsav, permangánsavanhidrid keletkezik.
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
2KMnO4 + H2SO4 2Mn2O7 + K2SO4 + H2O
Az oxid Mn 2 O 7 sötétzöld színű nehéz olajos folyadék. Ez az egyetlen fém-oxid, amely normál körülmények között az
ditsya folyékony állapotban (olvadáspont 5,9 0 C). Az oxidnak van egy mól-
szerkezetű, nagyon instabil, 55 0 C-on robbanással bomlik. 2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2
Az oxid Mn2O7 nagyon erős és energikus oxidálószer. Sok vagy-
a szerves anyagok hatása alatt CO2-vé és H2O-vá oxidálódnak. Oxid
Az Mn2O7-et néha kémiai gyufának is nevezik. Ha egy üvegrudat Mn2 O7-be áztatnak és spirituszlámpához visznek, az kigyullad.
Amikor a Mn2O7 vízben feloldódik, permangánsav képződik.
A HMnO 4 sav erős sav, csak vízben fordul elő
nom megoldást, nem izolálták szabad állapotban. A sav HMnO4 lebomlik -
Xia az O2 és MnO2 felszabadulásával.
Ha szilárd lúgot adunk a KMnO4 oldatához, akkor a képződése
zöld manganát.
4KMnO4 + 4KOH (c) = 4K2 MnO4 + O2 + 2H2O.
Ha a KMnO4-et tömény sósavval hevítjük, képződik
Cl2 gáz van jelen.
2KMnO4 (c) + 16HCl (tömény) = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl
Ezekben a reakciókban a permanganát erős oxidáló tulajdonságai nyilvánulnak meg.
A KMnO4 redukálószerekkel való kölcsönhatásának termékei az oldat savasságától függenek amelyben a reakció végbemegy.
Savas oldatokban színtelen Mn2+ kation képződik.
MnO4 – + 8H+ +5e– Mn2+ + 4H2O; (E0 = +1,53 V).
Semleges oldatokból barna MnO2 csapadék válik ki.
MnO4 – +2H2 O +3e– MnO2 + 4OH– .
Lúgos oldatokban MnO4 2– zöld anion képződik.
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
A kálium-permanganátot a kereskedelemben mangánból nyerik
(oxidálva az anódnál lúgos oldatban), vagy piroluzitból (MnO2 elő-
K2MnO4-dá oxidálódik, amely azután az anódnál KMnO4-dá oxidálódik).
Mangánvegyületek (+6)
A manganátok MnO4 2– sók, élénkzöld színűek.
Az MnO4 2─ anion csak erősen lúgos közegben stabil. Víz és különösen sav hatására a manganátok aránytalanul vegyületeket képeznek
Mn mennyisége a 4. és 7. oxidációs állapotban.
3MnO4 2– + 2H2 O= MnO2 + 2MnO4 – + 4OH–
Emiatt a H2 MnO4 sav nem létezik.
A manganátokat MnO2 lúgokkal vagy karbonátokkal való olvasztásával lehet előállítani.
mi oxidálószer jelenlétében.
2MnO2 (c) + 4KOH (l) + O2 = 2K2 MnO4 + 2H2O
A manganátok erős oxidálószerek , de ha érintettek
még erősebb oxidálószerrel permanganátokká alakulnak.
Aránytalanság
Mangánvegyületek (+4)
a legstabilabb Mn-vegyület. Ez az oxid megtalálható a természetben (a piroluzit ásvány).
A MnO2-oxid egy feketésbarna anyag, nagyon erős kristályos
cal rács (ugyanaz, mint a rutil TiO2). Emiatt annak ellenére, hogy a MnO 2 amfoter, nem lép reakcióba lúgoldatokkal és híg savakkal (akárcsak a TiO2). Tömény savakban oldódik.
MnO2 + 4HCl (tömény) = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
A reakciót a laboratóriumban Cl2 előállítására használják.
Amikor MnO2-t tömény kén- és salétromsavban oldunk, Mn2+ és O2 keletkezik.
Így nagyon savas környezetben az MnO2 hajlamos bekerülni
Mn2+ kation.
A MnO2 lúgokkal csak olvadékban lép reakcióba, vegyes képződéssel
ny oxidok. Oxidálószer jelenlétében lúgos olvadékokban manganátok képződnek.
A MnO2-oxidot az iparban olcsó oxidálószerként használják. Különösen, redox kölcsönhatás
Végrehajtó: | A 2 O2 felszabadulásával lebomlik és képződik |
Végrehajtó: | Rendezvény sz. | ||||||||||||||||
Ennek az elemnek az egyik vegyületét, nevezetesen a dioxidját (piroluzitként ismert) sokáig a mágneses vasérc ásványi változatának tekintették. Csak 1774-ben az egyik svéd vegyész rájött, hogy a piroluzitban egy feltáratlan fém található. Ennek az ásványnak a szénnel való hevítése eredményeként ugyanazt az ismeretlen fémet lehetett előállítani. Eleinte mangánnak hívták, később megjelent a modern név - mangán. Egy kémiai elemnek számos érdekes tulajdonsága van, amelyekről később lesz szó.
A hetedik csoport másodlagos alcsoportjában található periódusos táblázat(fontos: a másodlagos alcsoportok minden eleme fém). Elektronikus képlet 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (tipikus d-elem képlet). A mangán, mint szabad anyag, ezüstös-fehér színű. Kémiai aktivitása miatt a természetben csak olyan vegyületek formájában fordul elő, mint oxidok, foszfátok és karbonátok. Az anyag tűzálló, olvadáspontja 1244 Celsius fok.
Érdekes! Egy kémiai elemnek csak egy izotópja található meg a természetben, amelynek atomtömege 55. A fennmaradó izotópokat mesterségesen állítják elő, a legstabilabb radioaktív izotópot pedig 53 atomtömeggel (felezési ideje megközelítőleg megegyezik az uránéval). ).
A mangán oxidációs állapota
Hat különböző oxidációs állapota van. Nulla oxidációs állapotban az elem képes komplex vegyületeket képezni szerves ligandumokkal (például P(C5H5)3), valamint szervetlen ligandumokkal:
- szén-monoxid (dimangán-dekakarbonil),
- nitrogén,
- foszfor-trifluorid,
- nitrogén-oxid.
A mangánsókra jellemző a +2 oxidációs állapot. Fontos: ezek a vegyületek tisztán redukáló tulajdonságokkal rendelkeznek. A legstabilabb +3 oxidációs állapotú vegyületek az Mn2O3 oxid, valamint ennek a Mn(OH)3 oxidnak a hidrátja. +4 hőmérsékleten a MnO2 és az amfoter oxid-hidroxid MnO(OH)2 a legstabilabb.
A mangán +6 oxidációs állapota jellemző a permangánsavra és sóira, amelyek csak vizes oldatban léteznek. A +7 oxidációs állapot jellemző a permangánsavra, annak anhidridjére, amely csak vizes oldatban létezik, valamint a sókra - permanganátok (a perklorátok analógiája) - erős oxidálószerek. Érdekes módon a kálium-permanganát redukálásakor (a mindennapi életben kálium-permanganátnak nevezik) három különböző reakció lehetséges:
- Kénsav jelenlétében az MnO4-anion Mn2+-ra redukálódik.
- Ha a közeg semleges, az MnO4-iont MnO(OH)2-vé vagy MnO2-vé redukálják.
- Lúg jelenlétében a MnO4-anion MnO42- manganát ionná redukálódik.
A mangán mint kémiai elem
Kémiai tulajdonságok
Normál körülmények között inaktív. Ennek oka a légköri oxigén hatására megjelenő oxidfilm. Ha a fémport enyhén felmelegítjük, kiég, MnO2-vé alakul.
Melegítéskor kölcsönhatásba lép a vízzel, kiszorítva a hidrogént. A reakció eredményeként gyakorlatilag oldhatatlan dinitrogén-oxid-hidrát Mn(OH)2 keletkezik. Ez az anyag megakadályozza a vízzel való további kölcsönhatást.
Érdekes! A hidrogén a mangánban oldódik, és a hőmérséklet emelkedésével az oldhatóság nő (a fémben gázoldat keletkezik).
Nagyon erős melegítéssel (1200 Celsius fok feletti hőmérséklet) kölcsönhatásba lép a nitrogénnel, és nitrideket kapunk. Ezek a vegyületek eltérő összetételűek lehetnek, ami jellemző az úgynevezett berthollidokra. Kölcsönhatásba lép bórral, foszforral, szilíciummal és olvadt formában - szénnel. Az utolsó reakció a mangán kokszos redukciója során megy végbe.
Híg kénsavval és sósavval való kölcsönhatás során só keletkezik, és hidrogén szabadul fel. Az erős kénsavval való kölcsönhatás azonban más: a reakciótermékek só, víz és kén-dioxid (eleinte kénsav kénessé áll vissza; de az instabilitás miatt a kénes sav kén-dioxiddá és vízzé bomlik).
Híg salétromsavval reagálva nitrátot, vizet és nitrogén-oxidot kapunk.
Hat oxidot képez:
- dinitrogén vagy MnO,
- oxid vagy Mn2O3,
- dinitrogén-oxid Mn3O4,
- dioxid vagy MnO2,
- mangán-anhidrid MnO3,
- mangán-anhidrid Mn2O7.
Érdekes! A dinitrogén-oxid a légköri oxigén hatására fokozatosan oxiddá alakul. A permanganát-anhidridet nem izolálták szabad formában.
A dinitrogén-oxid egy úgynevezett frakcionált oxidációs állapotú vegyület. Savakban oldva kétértékű mangánsók képződnek (a Mn3+ kationos sók instabilak és Mn2+ kationos vegyületekké redukálódnak).
A dioxid, oxid, dinitrogén-oxid a legstabilabb oxidok. A mangán-anhidrid instabil. Vannak analógiák más kémiai elemekkel:
- Az Mn2O3 és Mn3O4 bázikus oxidok, és tulajdonságaikban hasonlóak az analóg vasvegyületekhez;
- A MnO2 egy amfoter oxid, amely tulajdonságaiban hasonló az alumínium és a három vegyértékű króm oxidjaihoz;
- Mn2O7 - savas oxid, tulajdonságai nagyon hasonlóak a legmagasabb klór-oxidhoz.
Könnyen belátható az analógia a klorátokkal és a perklorátokkal. A manganátokat a klorátokhoz hasonlóan közvetetten nyerik. De a permanganátok közvetlenül, azaz anhidriddel és fém-oxiddal / hidroxiddal víz jelenlétében és közvetetten is előállíthatók.
Az analitikai kémiában az Mn2+ kation az ötödik analitikai csoportba került. Számos reakció létezik ennek a kationnak a kimutatására:
- Az ammónium-szulfiddal való kölcsönhatás során MnS csapadék válik ki, színe hússzínű; ásványi savak hozzáadásakor a csapadék feloldódik.
- Lúgokkal reagálva fehér Mn(OH) 2 csapadék keletkezik; a légköri oxigénnel való kölcsönhatás során azonban a csapadék színe fehérről barnára változik - Mn(OH)3 keletkezik.
- Ha hidrogén-peroxidot és lúgos oldatot adunk a Mn2+ kationos sókhoz, sötétbarna MnO(OH)2 csapadék válik ki.
- Ha oxidálószert (ólom-dioxid, nátrium-bizmutát) és erős salétromsav-oldatot adunk a Mn2+ kationos sókhoz, az oldat bíbor színűvé válik, ami azt jelenti, hogy a Mn2+ HMnO4-vé oxidálódott.
Kémiai tulajdonságok
A mangán vegyértékei
Az elem a hetedik csoportba tartozik. Tipikus mangán - II, III, IV, VI, VII.
A nulla vegyérték jellemző egy szabad anyagra. A kétértékű vegyületek az Mn2+ kationnal képzett sók, a háromértékű vegyületek az oxid és a hidroxid, a négyértékű vegyületek a dioxid, valamint az oxid-hidroxid. A hexa- és heptavalens vegyületek MnO42- és MnO4-anionokkal alkotott sók.
Hogyan szerezhető be és miből nyerik a mangánt? Mangán és vas-mangán ércekből, valamint sóoldatokból. Három különböző utak mangán beszerzése:
- koksz visszanyerése,
- aluminotermia,
- elektrolízis.
Az első esetben kokszot használnak redukálószerként, valamint szén-monoxidot. A fémet az ércből nyerik vissza, ahol vas-oxidok keveréke van. Az eredmény ferromangán (vas ötvözete) és karbid (mi a karbid? fém vegyülete szénnel).
A tisztább anyag előállításához a metallotermia egyik módszerét használják - az alumíniumtermiát. Először a piroluzitot kalcinálják, és Mn2O3-ot kapnak. A kapott oxidot ezután összekeverjük alumíniumporral. A reakció során sok hő szabadul fel, ennek következtében a keletkező fém megolvad, és az alumínium-oxid salakos "sapkával" borítja be.
A mangán közepes aktivitású fém, és a Beketov sorozatban a hidrogéntől balra, az alumíniumtól jobbra áll. Ez azt jelenti, hogy a Mn2+ kationos sók vizes oldatának elektrolízise során a fémkation a katódon redukálódik (nagyon híg oldat elektrolízise során a víz is redukálódik a katódon). A MnCl2 vizes oldatának elektrolízise során a következő reakciók mennek végbe:
MnCl2 Mn2+ + 2Cl-
Katód (negatív töltésű elektróda): Mn2+ + 2e Mn0
Anód (pozitív töltésű elektróda): 2Cl- - 2e 2Cl0 Cl2
Végső reakcióegyenlet:
MnCl2 (el-z) Mn + Cl2
Az elektrolízis a legtisztább fémes mangánt eredményezi.
Hasznos videó: mangán és vegyületei
Alkalmazás
A mangán felhasználása meglehetősen széles. Mind magát a fémet, mind annak különféle vegyületeit használják. Szabad formában használják a kohászatban különféle célokra:
- „deoxidálószerként” az acél olvasztása során (oxigén kötődik és Mn2O3 képződik);
- ötvözőelemként: erős acélt kapunk, nagy kopásállósággal és ütésállósággal;
- az úgynevezett páncélozott acélminőség olvasztására;
- bronz és sárgaréz alkotóelemeként;
- hogy hozzon létre manganint, egy réz és nikkel ötvözetet. Ebből az ötvözetből különféle elektromos eszközöket készítenek, például reosztátokat
A Zn-Mn galvánelemek gyártásához MnO2-t használnak. Az elektrotechnikában MnTe-t és MnA-t használnak.
A mangán alkalmazása
A kálium-permanganátot, amelyet gyakran kálium-permanganátnak neveznek, széles körben használják mind a mindennapi életben (gyógyfürdőkhöz), mind az iparban és a laboratóriumokban. A permanganát málnaszíne elhalványul, amikor a kettős és hármas kötéssel rendelkező telítetlen szénhidrogéneket átengedik az oldaton. Erős melegítés hatására a permanganátok lebomlanak. Ez manganátokat, MnO2-t és oxigént termel. Ez az egyik módja annak, hogy kémiailag tiszta oxigént nyerjünk a laboratóriumban.
A permangánsav sóit csak közvetetten lehet előállítani. Ehhez a MnO2-t szilárd lúggal keverik, és oxigén jelenlétében melegítik. A szilárd manganátok előállításának másik módja a permanganátok kalcinálása.
A manganát oldatok gyönyörű sötétzöld színűek. Ezek az oldatok azonban instabilak és aránytalansági reakción mennek keresztül: a sötétzöld szín málnássá változik, és barna csapadék is kicsapódik. A reakció eredményeként permanganát és MnO2 keletkezik.
A mangán-dioxidot a laboratóriumban katalizátorként használják a kálium-klorát (bertóliumsó) lebontására, valamint tiszta klór előállítására. Érdekes módon az MnO2 és a hidrogén-klorid kölcsönhatás eredményeként egy köztes termék keletkezik - egy rendkívül instabil MnCl4 vegyület, amely MnCl2-re és klórra bomlik. Az Mn2+ kationt tartalmazó semleges vagy savanyított sóoldatok halvány rózsaszínűek (a Mn2+ 6 vízmolekulával alkot komplexet).
Hasznos videó: a mangán az élet egyik eleme
Következtetés
Takova rövid leírása a mangán és kémiai tulajdonságai. Ez egy közepes aktivitású ezüstfehér fém, csak melegítés hatására lép kölcsönhatásba a vízzel, és az oxidáció mértékétől függően fémes és nemfémes tulajdonságokkal is rendelkezik. Vegyületeit az iparban, otthon és laboratóriumokban használják tiszta oxigén és klór előállítására.