A mangán maximális oxidációs állapota. Mi a mangán: egy kémiai elemet vizsgálunk

Hosszú ideje ennek az elemnek az egyik vegyületét, nevezetesen annak dioxidját (piroluzitként ismert) 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;
  • A Mn2O7 egy savas oxid, tulajdonságai nagyon hasonlóak a legmagasabb klór-oxidéhoz.

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 salétromsavoldatot adunk a Mn2+ kationnal rendelkező 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 oldatainak 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 mangán és annak Kémiai tulajdonságok. 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.

1. RÉSZ

1. Az oxidációs állapot (s.o.) az Egy összetett anyagban lévő kémiai elem atomjainak feltételes töltése, amelyet abból a feltételezésből számítanak ki, hogy az egyszerű ionokból áll.

Tudni kell!

1) Kapcsolatban. O. hidrogén = +1, kivéve a hidrideket .
2) A vegyületekkel. O. oxigén = -2, kivéve a peroxidokat  és fluoridokat 
3) A fémek oxidációs állapota mindig pozitív.

A fő alcsoportok fémeihez első három csoportokkal O. állandó:

Az IA csoport fémei - o. O. = +1,
A IIA csoport fémei – o. O. = +2,
A IIIA csoport fémei - p. O. = +3. 4

Szabad atomokhoz és egyszerű anyagokhoz p. O. = 0,5

Összesen s. O. az vegyület összes eleme = 0.

2. A névképzés módja kételemű (bináris) vegyületek.

4. Töltse ki a "Kettős vegyületek nevei és képletei" táblázatot.


5. Határozza meg a komplex vegyület kiemelt elemének oxidációs fokát!


2. RÉSZ

1. Határozza meg a vegyületekben lévő kémiai elemek oxidációs fokát képletük alapján! Írd le ezeknek az anyagoknak a nevét!

2. Osszuk két csoportra a FeO, Fe2O3, CaCl2, AlBr3, CuO, K2O, BaCl2, SO3 anyagokat. Írja le az anyagok nevét, jelezve az oxidáció mértékét!

3. Állítson fel egyezést egy kémiai elem atomjának neve és oxidációs foka és a vegyület képlete között!

4. Készítsen képleteket az anyagokról név szerint!

5. Hány molekulát tartalmaz 48 g kén-oxid (IV)?

6. Internet és egyéb információforrások felhasználásával készítsen jelentést bármely bináris kapcsolat használatáról az alábbi terv szerint:

1) képlet;
2) név;
3) ingatlanok;
4) alkalmazás.

H2O víz, hidrogén-oxid. A víz normál körülmények között folyékony, színtelen, szagtalan, vastag rétegben - kék. A forráspont körülbelül 100⁰С. Jó oldószer. Egy vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll, ez a minőségi és mennyiségi összetétele. Ez egy összetett anyag, a következő kémiai tulajdonságok jellemzik: kölcsönhatás alkálifémekkel, alkáliföldfémekkel.

A vízzel való cserereakciókat hidrolízisnek nevezzük. Ezek a reakciók nagy jelentőséggel bírnak a kémiában.

7. A mangán oxidációs állapota a K2MnO4 vegyületben:

8. A krómnak van a legalacsonyabb oxidációs állapota egy olyan vegyületben, amelynek képlete:

1) Cr2O3


9. A maximális fokozat A klór oxidációja olyan vegyületben megy végbe, amelynek képlete:

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.

  1. A negyedik nagy periódusban, a hetedik csoportban, egy másodlagos alcsoportban található.
  2. A sorozatszám 25. A mangán egy kémiai elem, amelynek atomjai +25. Az elektronok száma azonos, a neutronok száma - 30.
  3. Az atomtömeg értéke 54,938.
  4. A mangán kémiai elem szimbóluma a Mn.
  5. 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 elektronikus konfiguráció redukált atom, akkor a 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. Ennek oka az elem eltérő oxidációs állapota és vegyértéke. 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

Már hoztuk is elektronikus képlet atom. Elmondása szerint ez az elem több pozitív oxidációs állapotot képes felmutatni. Ez:

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 lilára változtatja 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 olyan kémiai elem, amelynek tulajdonságai nagyon értékesek számos kohászati ​​folyamathoz, idővel szükségessé vált, hogy megtalálják a módját annak, hogy a legtisztább formában is előállítsák. Ezt a problémát a tudósok világszerte megoldották, de csak 1919-ben tudták megoldani R. Agladze szovjet kémikus 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. Így 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.

  1. piroluzit. A vegyület képlete: MnO 2 * nH 2 O.
  2. Psilomelán, MnO2*mMnO*nH2O molekula.
  3. Manganit, képlete MnO*OH.
  4. A Brownit kevésbé gyakori, mint a többi. Mn 2 O 3 képlet.
  5. Gausmanit, képlet: Mn*Mn 2 O 4.
  6. Rodonit Mn 2 (SiO 3) 2.
  7. Mangán karbonát ércek.
  8. Málna spárga vagy rodokrozit - MnCO 3.
  9. Purpurit – Mn 3 PO 4.

Ezen kívül még több ásvány azonosítható, amelyekben a szóban forgó elem is szerepel. Ez:

  • 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:

  1. növényi szervezetek. Ennek az elemnek a legnagyobb akkumulátorai: vízi gesztenye, békalencse, kovamoszat.
  2. Rozsdagomba.
  3. Bizonyos típusú baktériumok.
  4. A következő állatok: vörös hangyák, rákfélék, puhatestűek.
  5. Emberek - a napi szükséglet körülbelül 3-5 mg.
  6. Az óceánok vize 0,3%-ot tartalmaz ebből az elemből.
  7. 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.

  1. Egyszerű anyag formájában meglehetősen szilárd fém (a Mohs-skálán a mutató 4). Szín - ezüstös-fehér, a levegőben védő oxidfilmmel borítva, csillog a vágásban.
  2. Az olvadáspont 1246 0 С.
  3. Forrás - 2061 0 C.
  4. A vezetési tulajdonságok jók, paramágneses.
  5. A fém sűrűsége 7,44 g/cm 3 .
  6. 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. Ez az atom stabil elektronkonfigurációjának köszönhető, mivel 3d-s 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.

  1. Elektrolitikus, termékhozam 99,98%. Ily módon mangánt nyernek a vegyiparban.
  2. 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.
  3. 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.

  1. 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.
  2. A mangán-dioxid a galvanizálás kötelező oxidáló eleme, depolarizátorok előállításához használják.
  3. Számos mangánvegyületre van szükség a különféle anyagok szerves szintéziséhez.
  4. A kálium-permanganátot (vagy kálium-permanganátot) az orvostudományban erős fertőtlenítőszerként használják.
  5. 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:

  • magasság;
  • 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.

  1. Nehéz időkben polgárháború a Szovjetunióban az egyik első exporttermék az érctartalmú volt nagyszámú mangán.
  2. 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.
  3. Ha mangánt tartalmazó műtrágyákat juttatnak a talajra, akkor a növények termőképessége nő, és a fotoszintézis sebessége nő. Az őszi búza jobban formázza a szemeket.
  4. A rodonit mangán ásvány legnagyobb tömbje 47 tonnát nyomott, és az Urálban találták meg.
  5. 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

A fémek fizikai és kémiai tulajdonságai.

Mn vegyületek. A vegyület redox tulajdonságai

A Tc és Re rövid leírása.

Végrehajtó:

Rendezvény sz.

A VIIB-alcsoport fémei

Általános jellemzők

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.

Margán

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 a KMnO4 oldatához szilárd lúgot adunk, akkor az

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

A 2 O2 felszabadulásával lebomlik és képződik

Mn2 O3 és Mn3 O4 oxidok oxidációja (MnO. Mn2 O3 ).

A Mn (+4) hidroxid nem izolálódik, a permanganát és az ember-

ganate semleges vagy enyhén lúgos közegben, valamint oxidáció során

Mn (OH) 2 és MnOOH oldatokból sötétbarna csapadék hidratált

MnO2.

Mn(+3)-oxid és hidroxid alapvető karakterük van. Ezek szilárdak

barna, vízben és instabil anyagokban nem oldódik.

Híg savakkal kölcsönhatásba lépve aránytalanok

4-es és 2-es oxidációs állapotban Mn-vegyületeket képeznek. 2MnOOH + H2SO4 = MnSO4 + MnO2 + 2H2O

Tömény savakkal ugyanúgy reagálnak, mint

MnO2, azaz savas közegben Mn2+ kationná alakulnak át. Lúgos környezetben levegőn könnyen MnO2-vé oxidálódnak.

Mangánvegyületek (+2)

Vizes oldatokban a Mn(+2) vegyületek savas környezetben stabilak.

Az oxid és a hidroxid Mn (+2) bázikus, könnyen oldódik

savakban ionizálva hidratált Mn2+ kationt képeznek.

MnO-oxid - szürke-zöld tűzálló kristályos vegyület

(olvadáspont - 18420 °C). Kar- bontásával kaphatjuk meg.

bonát oxigén hiányában.

MnCO3 = MnO + CO2.

A MnO nem oldódik vízben.

Végrehajtó:

Végrehajtó:

Rendezvény sz.

A mangán keményfém szürke színű. Atomjai külső héj elektron konfigurációjúak

A fém-mangán kölcsönhatásba lép vízzel és savakkal reagál, így mangán(II)-ionokat képez:

A mangán különféle vegyületekben kimutatja az oxidációs állapotokat, minél magasabb a mangán oxidációs állapota, annál nagyobb a megfelelő vegyületeinek kovalens jellege. A mangán oxidációs állapotának növekedésével oxidjainak savassága is növekszik.

mangán (II)

A mangánnak ez a formája a legstabilabb. Külső elektronikus konfigurációja van, egy elektronnal mind az öt -pályán.

Vizes oldatban a mangán (II) ionok hidratálódnak, halvány rózsaszínű hexaakvamangán (II) komplex iont képeznek.Ez az ion savas környezetben stabil, lúgos környezetben viszont fehér mangán-hidroxid csapadékot képez. Mangán (II) az oxid bázikus oxidok tulajdonságaival rendelkezik.

mangán (III)

A mangán (III) csak összetett vegyületekben létezik. A mangán ezen formája instabil. Savas környezetben a mangán (III) aránytalanul mangánra (II) és mangánra (IV) válik szét.

Mangán (IV)

A mangán(IV) legfontosabb vegyülete az oxid. Ez a fekete vegyület vízben oldhatatlan. Ionos szerkezetű. A stabilitás a magas rácsentalpiának köszönhető.

A mangán (IV)-oxid gyengén amfoter tulajdonságokkal rendelkezik. Erős oxidálószer, például kiszorítja a klórt a tömény sósavból:

Ez a reakció felhasználható klór előállítására a laboratóriumban (lásd a 16.1 pontot).

mangán (VI)

A mangánnak ez az oxidációs állapota instabil. A kálium-manganát (VI) úgy állítható elő, hogy a mangán (IV)-oxidot valamilyen erős oxidálószerrel, például kálium-kloráttal vagy kálium-nitráttal olvasztják:

A manganát (VI) kálium zöld színű. Csak lúgos oldatban stabil. Savas oldatban mangánra (IV) és mangánra (VII) aránytalanul bomlik:

Mangán (VII)

A mangán erősen oxidációs állapotú savas oxid. A mangán (VII) legfontosabb vegyülete azonban a kálium-manganát (VII) (kálium-permanganát). Ez a szilárd anyag nagyon jól oldódik vízben, és sötétlila oldatot képez. A manganát tetraéderes szerkezetű. Enyhén savas környezetben fokozatosan lebomlik, és mangán(IV)-oxidot képez:

Lúgos környezetben a kálium-manganát (VII) redukálódik, és először zöld kálium-manganát (VI), majd mangán (IV) oxid képződik.

A kálium-manganát (VII) erős oxidálószer. Kellően savas környezetben redukálódik, mangán(II)-ionokat képezve. Ennek a rendszernek a standard redox potenciálja , amely meghaladja a rendszer standard potenciálját, ezért a manganát a kloridiont klórgázzá oxidálja:

A kloridion-manganát oxidációja az egyenlet szerint megy végbe

A kálium-manganátot (VII) széles körben használják oxidálószerként a laboratóriumi gyakorlatban, pl.

oxigén és klór előállítása (lásd 15. és 16. fejezet);

a kén-dioxid és a kénhidrogén analitikai vizsgálatának elvégzéséhez (lásd a 15. fejezetet); preparatív szerves kémiában (lásd 19. fejezet);

volumetrikus reagensként a redox-titrimetriában.

A kálium-manganát (VII) titrimetriás alkalmazására példa a vas (II) és az etándioátok (oxalátok) mennyiségi meghatározása vele:

Mivel azonban a kálium-manganátot (VII) nehéz beszerezni magas fok tisztaságú, nem használható elsődleges titrimetriás standardként.

Hasonló hozzászólások