Možna oksidacijska stanja mangana. Manganove (VII) spojine
Elektronska konfiguracija nevzbujenega atoma mangana je 3d 5 4s 2; vzbujeno stanje je izraženo z elektronsko formulo 3d 5 4s 1 4p 1 .
Za mangan v spojinah so najbolj značilna oksidacijska stanja +2, +4, +6, +7.
Mangan je srebrno bela, krhka, precej aktivna kovina: v nizu napetosti je med aluminijem in cinkom. V zraku je mangan prekrit z oksidnim filmom, ki ga ščiti pred nadaljnjo oksidacijo. V fino zdrobljenem stanju mangan zlahka oksidira.
Manganov oksid (II) MnO in ustrezen hidroksid Mn (OH) 2 imata bazične lastnosti – pri interakciji s kislinami nastanejo dvovalentne manganove soli: Mn (OH) 2 + 2 H + ® Mn 2+ + 2 H 2 O.
Kationi Mn 2+ nastanejo tudi pri raztapljanju kovinskega mangana v kislinah. Manganove (II) spojine kažejo redukcijske lastnosti, na primer bela oborina Mn (OH) 2 hitro potemni na zraku in postopoma oksidira v MnO 2: 2 Mn (OH) 2 + O 2 ® 2 MnO 2 + 2 H 2 O .
Manganov (IV) oksid MnO 2 je najbolj stabilna manganova spojina; zlahka nastane tako pri oksidaciji manganovih spojin v nižjem oksidacijskem stanju (+2) kot pri redukciji manganovih spojin v višjih oksidacijskih stanjih (+6, +7):
Mn(OH) 2 + H 2 O 2 ® MnO 2 + 2 H 2 O;
2 KMnO 4 + 3 Na 2 SO 3 + H 2 O ® 2 MnO 2 ¯ + 3 Na 2 SO 4 + 2 KOH.
MnO 2 je amfoterni oksid, vendar so njegove kislinske in bazične lastnosti šibko izražene. Eden od razlogov, da MnO 2 ne kaže izrazitih bazičnih lastnosti, je njegova močna oksidacijska aktivnost v kislem okolju (= +1,23 V): MnO 2 se reducira na ione Mn 2+ in ne tvori stabilnih soli štirivalentnega mangana. Hidrirano obliko, ki ustreza manganovemu (IV) oksidu, je treba obravnavati kot hidratiziran manganov dioksid MnO 2 ×xH 2 O. Manganov (IV) oksid kot amfoterni oksid formalno ustreza orto- in metaoblikam permanganove kisline, ki niso izolirane v prosto stanje: H 4 MnO 4 - orto-oblika in H 2 MnO 3 - meta-oblika. Poznan je manganov oksid Mn 3 O 4, ki ga lahko obravnavamo kot sol dvovalentnega mangana orto-oblike manganove kisline Mn 2 MnO 4 - manganov (II) ortomanganit. V literaturi obstajajo poročila o obstoju Mn 2 O 3 oksida. Obstoj tega oksida je mogoče razložiti tako, da ga obravnavamo kot sol dvovalentnega mangana v metaoblici permanganske kisline: MnMnO 3 je manganov (II) metamanganit.
Ko se manganov dioksid zlije v alkalnem mediju z oksidanti, kot sta kalijev klorat ali kalijev nitrat, se tetravalentni mangan oksidira v šestvalentno stanje in nastane kalijev manganat - sol, ki je zelo nestabilna tudi v raztopini permanganove kisline H 2 MnO 4 , katerega anhidrid (MnO 3) ni znan:
MnO 2 + KNO 3 + 2 KOH ® K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O.
Manganati so nestabilni in nagnjeni k nesorazmerju v reverzibilni reakciji: 3 K 2 MnO 4 + 2 H 2 O ⇆ 2 KMnO 4 + MnO 2 ¯ + 4 KOH,
posledično se zelena barva raztopine zaradi MnO 4 2– manganatnih ionov spremeni v vijolično barvo, značilno za MnO 4 – permanganatne ione.
Najbolj razširjena spojina sedemvalentnega mangana je kalijev permanganat KMnO 4 - sol permanganske kisline HMnO 4, znana le v raztopini. Kalijev permanganat lahko pridobimo z oksidacijo manganatov z močnimi oksidanti, na primer klorom:
2 K 2 MnO 4 + Cl 2 ® 2 KMnO 4 + 2 KCl.
Manganov oksid (VII) ali anhidrid mangana, Mn 2 O 7 je eksplozivna zeleno-rjava tekočina. Mn 2 O 7 lahko dobimo z reakcijo:
2 KMnO 4 + 2 H 2 SO 4 (konc.) ® Mn 2 O 7 + 2 KHSO 4 + H 2 O.
Manganove spojine v najvišjem oksidacijskem stanju +7, zlasti permanganati, so močni oksidanti. Globina redukcije permanganatnih ionov in njihova oksidativna aktivnost sta odvisna od pH medija.
V močno kislem mediju je produkt redukcije permanganatov ion Mn 2+ in dobimo soli dvovalentnega mangana:
MnO 4 - + 8 H + + 5 e -® Mn 2+ + 4 H 2 O (= +1,51 V).
V nevtralnem, rahlo alkalnem ali rahlo kislem mediju zaradi redukcije permanganatnih ionov nastane MnO 2:
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).
V močno alkalnem mediju se permanganatni ioni reducirajo v manganatne ione MnO 4 2–, medtem ko nastanejo soli tipa K 2 MnO 4 , Na 2 MnO 4:
MnO 4 - + e - ® MnO 4 2- (= +0,56 V).
Olimpijske naloge iz kemije
(1 šolska stopnja)
1. Test
1. Mangan ima najvišje oksidacijsko stanje v spojini
2. Reakcije nevtralizacije ustrezajo reducirani ionski enačbi
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+ + H 2
3. Interakcija med seboj
2) MnO in Na2O
3) P 2 O 5 in SO 3
4. Enačba za redoks reakcijo je
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. Reakcija izmenjave je interakcija
1) kalcijev oksid z dušikovo kislino
2) ogljikov monoksid s kisikom
3) etilen s kisikom
4) klorovodikova kislina z magnezijem
6. Kisli dež je posledica prisotnosti v ozračju
1) dušikovi in žveplovi oksidi
4) zemeljski plin
7. Metan se skupaj z bencinom in dizelskim gorivom uporablja kot gorivo v motorjih z notranjim zgorevanjem (vozila). Termokemična enačba za zgorevanje plinastega metana ima obliko:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 880 kJ
Kolikšna količina kJ toplote se bo sprostila pri zgorevanju CH 4 s prostornino 112 litrov (pri n.o.)?
Izberi pravilen odgovor:
2. Naloge
1. Razporedite koeficiente v enačbi redoks reakcije na kakršen koli način.
SnSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Sn(SO 4) 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Navedite imena oksidacijske in redukcijske snovi ter oksidacijsko stanje elementov. (4 točke)
2. Napišite reakcijske enačbe za naslednje transformacije:
(2) (3) (4) (5)
CO 2 → Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 → CaO → CaCl 2 → CaCO 3
(5 točk)
3. Določite formulo alkadiena, če je njegova relativna gostota v zraku 1,862 (3 točke)
4. Leta 1928 je ameriškemu kemiku raziskovalne korporacije General Motors, Thomasu Midgleyju mlajšemu, uspelo v svojem laboratoriju sintetizirati in izolirati kemično spojino, ki je bila sestavljena iz 23,53 % ogljika, 1,96 % vodika in 74,51 % fluora. Nastali plin je bil 3,52-krat težji od zraka in ni gorel. Izpeljite formulo spojine, napišite strukturne formule organskih snovi, ki ustrezajo dobljeni molekulski formuli, jim dajte imena. (6 točk).
5. 140 g 0,5 % raztopine klorovodikove kisline zmešamo z 200 g 3 % raztopine klorovodikove kisline. Kolikšen je odstotek klorovodikove kisline v novo pridobljeni raztopini? (3 točke)
3. Križanka
Ugani besede, šifrirane v križanki
Legenda: 1→ - vodoravno
1↓ - navpično
↓ Produkt korozije železa.
→ Nastane pri interakciji (6) z bazičnim oksidom.
→ Enota količine toplote.
→ Pozitivno nabiti ion.
→ Italijanski znanstvenik, po katerem je poimenovana ena najpomembnejših konstant.
→ Število elektronov v zunanji ravni elementa št. 14.
→ ...... plin - ogljikov monoksid (IV).
→ Veliki ruski znanstvenik, znan tudi kot ustvarjalec mozaičnih slik, avtor epigrafa.
→ Vrsta reakcije med raztopinami natrijevega hidroksida in žveplove kisline.
Navedite primer reakcijske enačbe za (1→).
Določite konstantno vrednost, navedeno v (4).
Napišite reakcijsko enačbo (8).
Napišite elektronsko strukturo atom elementa, ki je omenjen v (5). (13 točk)
Ena najpomembnejših kovin za metalurgijo je mangan. Poleg tega je na splošno precej nenavaden element, s katerim Zanimiva dejstva. Pomemben za žive organizme, potreben pri proizvodnji številnih zlitin, kemične snovi. Mangan - katerega fotografijo si lahko ogledate spodaj. Njegove lastnosti in značilnosti bomo obravnavali v tem članku.
Značilnosti kemičnega elementa
Če govorimo o manganu kot elementu, potem je najprej treba opisati njegov položaj v njem.
- Nahaja se v četrtem velikem obdobju, sedmi skupini, sekundarni podskupini.
- Zaporedna številka - 25. Mangan - kemični element, katerega atomi so enaki +25. Število elektronov je enako, nevtronov - 30.
- Vrednost atomske mase je 54,938.
- Simbol za kemični element mangan je Mn.
- Latinsko ime je mangan.
Nahaja se med kromom in železom, kar pojasnjuje njegovo podobnost z njima po fizikalnih in kemijskih lastnostih.
Mangan - kemični element: prehodna kovina
Če upoštevamo elektronsko konfiguracijo reduciranega atoma, bo njegova formula videti takole: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Postane očitno, da je element, ki ga obravnavamo, iz D-družine. Pet elektronov na 3d podnivoju kaže na stabilnost atoma, ki se kaže v njegovih kemičnih lastnostih.
Mangan je kot kovina redukcijsko sredstvo, vendar je večina njegovih spojin sposobna izkazati dokaj močne oksidacijske sposobnosti. To je povezano z različne stopnje oksidacijo in valence, ki jih ima ta element. To je značilnost vseh kovin te družine.
Tako je mangan kemični element, ki se nahaja med drugimi atomi in ima svoje posebne značilnosti. Oglejmo si te lastnosti podrobneje.
Mangan je kemični element. Oksidacijsko stanje
Podali smo že elektronsko formulo atoma. Po njenem mnenju je ta element sposoben izkazati več pozitivnih oksidacijskih stanj. to je:
Valenca atoma je IV. Najbolj stabilne so tiste spojine, v katerih ima mangan vrednosti +2, +4, +6. Najvišja stopnja oksidacije omogoča spojinam, da delujejo kot najmočnejši oksidanti. Na primer: KMnO 4 , Mn 2 O 7 .
Spojine z +2 so redukci, manganov (II) hidroksid ima amfoterne lastnosti, s prevlado bazičnih. Vmesni indikatorji oksidacijskih stanj tvorijo amfoterne spojine.
Zgodovina odkritij
Mangan je kemični element, ki ga niso odkrili takoj, ampak postopoma in s strani različnih znanstvenikov. Vendar pa so njegove spojine ljudje uporabljali že od antičnih časov. Za taljenje stekla je bil uporabljen manganov (IV) oksid. En Italijan je navedel dejstvo, da dodajanje te spojine v kemično proizvodnjo očal obarva njihovo barvo vijolično. Poleg tega ista snov pomaga odpraviti meglico v barvnih očalih.
Kasneje je v Avstriji znanstveniku Kaimu uspelo pridobiti kos kovinskega mangana, tako da je pirolizit (manganov (IV) oksid), pepeliko in premog izpostavil visokim temperaturam. Vendar je imel ta vzorec veliko nečistoč, ki jih ni uspel odstraniti, zato do odkritja ni prišlo.
Tudi pozneje je drug znanstvenik sintetiziral mešanico, v kateri je bil pomemben delež čista kovina. Bergman je bil tisti, ki je pred tem odkril element nikelj. Vendar mu ni bilo usojeno dokončati dela.
Mangan je kemični element, ki ga je mogoče pridobiti in izolirati v obliki preprosta snov leta 1774 ga je prvi nasledil Karl Scheele. Vendar je to storil skupaj z I. Ganom, ki je zaključil postopek taljenja kosa kovine. A tudi njim ni uspelo popolnoma znebiti nečistoč in dobiti 100-odstotnega donosa izdelka.
Kljub temu je bil ravno tokrat ta atom odkrit. Isti znanstveniki so poskušali dati ime kot odkritelji. Izbrali so izraz mangan. Po odkritju magnezija pa se je začela zmeda in ime mangana se je spremenilo v sodobno (H. David, 1908).
Ker je mangan kemični element, katerega lastnosti so zelo dragocene za številne metalurške procese, je bilo sčasoma treba najti način, kako ga pridobiti v najčistejši obliki. Ta problem so rešili znanstveniki po vsem svetu, vendar so ga lahko rešili šele leta 1919 po zaslugi dela R. Agladzeja, sovjetskega kemika. Prav on je našel metodo, s katero je mogoče z elektrolizo pridobiti čisto kovino z vsebnostjo snovi 99,98 % iz manganovih sulfatov in kloridov. Zdaj se ta metoda uporablja po vsem svetu.
Biti v naravi
Mangan je kemični element, katerega fotografijo preproste snovi si lahko ogledate spodaj. V naravi obstaja veliko izotopov tega atoma, v katerih se število nevtronov zelo razlikuje. Torej, masna števila se gibljejo od 44 do 69. Vendar je edini stabilen izotop element z vrednostjo 55 Mn, vsi ostali imajo bodisi zanemarljivo kratko razpolovno dobo ali pa obstajajo v premajhnih količinah.
Ker je mangan kemični element, katerega oksidacijsko stanje je zelo različno, tvori tudi številne spojine v naravi. V svoji čisti obliki se ta element sploh ne pojavlja. V mineralih in rudah je njegov stalni sosed železo. Skupaj lahko opredelimo nekaj najpomembnejših skale ki vsebujejo mangan.
- piroluzit. Formula spojine: MnO 2 * nH 2 O.
- Psilomelan, molekula MnO2*mMnO*nH2O.
- Manganit, formula MnO*OH.
- Brownit je manj pogost kot drugi. Formula Mn 2 O 3.
- Gausmanit, formula Mn*Mn 2 O 4.
- Rodonit Mn 2 (SiO 3) 2.
- Karbonatne rude mangana.
- Malina ali rodokrozit - MnCO 3.
- Purpurit - Mn 3 PO 4.
Poleg tega je mogoče identificirati še več mineralov, ki vključujejo tudi obravnavani element. to je:
- kalcit;
- siderit;
- minerali gline;
- kalcedon;
- opal;
- peščeno-muljaste spojine.
Poleg kamnin in sedimentnih kamnin, mineralov je mangan kemični element, ki je del naslednjih predmetov:
- rastlinski organizmi. Največji akumulatorji tega elementa so: vodni kostanj, raca, diatomeje.
- Gobe iz rje.
- Nekatere vrste bakterij.
- Naslednje živali: rdeče mravlje, raki, mehkužci.
- Ljudje - dnevna potreba je približno 3-5 mg.
- Vode oceanov vsebujejo 0,3 % tega elementa.
- Skupna vsebnost v zemeljski skorji je 0,1 mas.
Na splošno je 14. najpogostejši element na našem planetu. Med težkimi kovinami je druga za železom.
Fizične lastnosti
Z vidika lastnosti mangana kot preproste snovi obstaja več glavnih fizične značilnosti zanj.
- V obliki preproste snovi je precej trdna kovina (na Mohsovi lestvici je indikator 4). Barva - srebrno bela, prekrita z zaščitnim oksidnim filmom v zraku, se lesketa v rezu.
- Tališče je 1246 0 C.
- Vrelišče - 2061 0 C.
- Prevodne lastnosti so dobre, je paramagneten.
- Gostota kovine je 7,44 g/cm 3 .
- Obstaja v obliki štirih polimorfnih modifikacij (α, β, γ, σ), ki se razlikujejo po strukturi in obliki kristalne mreže ter gostoti pakiranja atomov. Razlikujejo se tudi njihove tališča.
V metalurgiji se uporabljajo tri glavne oblike mangana: β, γ, σ. Alfa je redkejša, saj je po svojih lastnostih preveč krhka.
Kemijske lastnosti
V kemijskem smislu je mangan kemični element, katerega ionski naboj se močno razlikuje od +2 do +7. To pušča pečat na njegovi dejavnosti. V prosti obliki na zraku mangan zelo šibko reagira z vodo in se raztopi v razredčenih kislinah. Vendar je treba samo povečati temperaturo, saj se aktivnost kovine močno poveča.
Torej je sposoben komunicirati z:
- dušik;
- ogljik;
- halogeni;
- silicij;
- fosfor;
- žveplo in druge nekovine.
Ko se segreje brez dostopa do zraka, kovina zlahka preide v stanje pare. Glede na oksidacijsko stanje, ki ga izkazuje mangan, so njegove spojine lahko tako redukcijske kot oksidacijske snovi. Nekateri kažejo amfoterne lastnosti. Torej so glavne značilne za spojine, v katerih je +2. Amfoterno - +4, kislo in močno oksidativno v najvišji vrednosti +7.
Kljub dejstvu, da je mangan prehodna kovina, je kompleksnih spojin zanj malo. Povezana je s trajnostnim elektronska konfiguracija atom, ker njegova 3d podnivo vsebuje 5 elektronov.
Kako dobiti
Obstajajo trije glavni načini pridobivanja mangana (kemični element) v industriji. Ker se ime bere v latinščini, smo že označili - manganum. Če ga prevedete v ruščino, bo "da, res pojasnjujem, razbarvam." Mangan je dobil ime po manifestiranih lastnostih, znanih že od antike.
Vendar pa ga je bilo kljub svoji slavi šele leta 1919 mogoče dobiti v čisti obliki za uporabo. To se naredi z naslednjimi metodami.
- Elektrolitski, dobitek produkta je 99,98 %. Na ta način pridobivajo mangan v kemični industriji.
- Silikotermna ali redukcija s silikonom. Pri ta metoda silicij in manganov (IV) oksid se zlijeta, kar povzroči nastanek čiste kovine. Dobitek je približno 68 %, saj je stranski učinek kombinacija mangana s silicijem v silicid. Ta metoda se uporablja v metalurški industriji.
- Aluminotermična metoda - obnova z aluminijem. Prav tako ne daje previsokega donosa izdelka, mangan nastane, onesnažen z nečistočami.
Proizvodnja te kovine je pomembna za številne procese, ki se izvajajo v metalurgiji. Že majhen dodatek mangana lahko močno vpliva na lastnosti zlitin. Dokazano je, da se v njej raztopijo številne kovine, ki napolnijo njegovo kristalno mrežo.
Za rudarjenje in proizvodnjo dani element Rusija je na prvem mestu na svetu. Ta postopek se izvaja tudi v državah, kot so:
- Kitajska.
- Kazahstan.
- Gruzija.
- Ukrajina.
Industrijska uporaba
Mangan je kemični element, katerega uporaba je pomembna ne le v metalurgiji. ampak tudi na drugih področjih. Poleg kovine v čisti obliki so velikega pomena tudi različne spojine tega atoma. Oglejmo si glavne.
- Obstaja več vrst zlitin, ki jih imajo zaradi mangana edinstvene lastnosti. Tako je na primer tako močan in odporen proti obrabi, da se uporablja za taljenje delov za bagre, stroje za obdelavo kamna, drobilce, krogelne mline, dele oklepa.
- Manganov dioksid je obvezen oksidacijski element galvanizacije, uporablja se pri ustvarjanju depolarizatorjev.
- Številne manganove spojine so potrebne za organsko sintezo različnih snovi.
- Kalijev permanganat (ali kalijev permanganat) se v medicini uporablja kot močno razkužilo.
- Ta element je del brona, medenine, tvori lastno zlitino z bakrom, ki se uporablja za izdelavo letalskih turbin, lopatic in drugih delov.
Biološka vloga
Dnevna potreba po manganu za osebo je 3-5 mg. Pomanjkanje tega elementa vodi v depresijo živčni sistem, motnje spanja in tesnoba, omotica. Njegova vloga še ni v celoti raziskana, vendar je jasno, da najprej vpliva na:
- rast;
- aktivnost spolnih žlez;
- delovanje hormonov;
- tvorba krvi.
Ta element je prisoten v vseh rastlinah, živalih, človeku, kar dokazuje njegovo pomembno biološko vlogo.
Mangan je kemični element, zanimiva dejstva o katerem lahko navdušijo vsako osebo, hkrati pa vas prepričajo, kako pomemben je. Tu so najosnovnejši med njimi, ki so našli svoj pečat v zgodovini te kovine.
- V težkih časih državljanska vojna v ZSSR je bil eden prvih izvoznih izdelkov, ki je vseboval rudo veliko število mangan.
- Če se manganov dioksid zliti s salitrom in nato izdelek raztopi v vodi, se bodo začele neverjetne preobrazbe. Najprej bo raztopina postala zelena, nato se bo barva spremenila v modro, nato v vijolično. Končno bo postala škrlatna in postopoma bo izpadla rjava oborina. Če mešanico pretresemo, se bo spet povrnila zelena barva in vse se bo ponovilo. Zaradi tega je kalijev permanganat dobil ime, kar v prevodu pomeni "mineralni kameleon".
- Če gnojila, ki vsebujejo mangan, nanesete na tla, se bo produktivnost rastlin povečala in stopnja fotosinteze se bo povečala. Ozimna pšenica bo bolje oblikovala zrna.
- Največji blok manganovega minerala rodonita je tehtal 47 ton in je bil najden na Uralu.
- Obstaja ternarna zlitina, imenovana manganin. Sestavljen je iz elementov, kot so baker, mangan in nikelj. Njegova edinstvenost je v tem, da ima visoko električno upornost, ki ni odvisna od temperature, ampak je pod vplivom tlaka.
Seveda to ni vse, kar lahko rečemo o tej kovini. Mangan je kemični element, o katerem so zanimiva dejstva precej raznolika. Še posebej, če govorimo o lastnostih, ki jih daje različnim zlitinam.
Kemija kovin
2. predavanje
Kovine VIIB-podskupine
Splošne značilnosti kovin VIIB-podskupine.
Kemija mangana
Naravne spojine Mn
Fizični in Kemijske lastnosti kovinski.
Mn spojine. Redoks lastnosti spojine
Kratek opis Tc in Re.
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
Kovine VIIB-podskupine
splošne značilnosti
Podskupino VIIB tvorijo d-elementi: Mn, Tc, Re, Bh. |
|||||||||||
Valenčni elektroni so opisani s splošno formulo: |
|||||||||||
(n–1)d 5 ns2 | |||||||||||
Preproste snovi - kovine, srebrno siva, |
|||||||||||
mangan | |||||||||||
težka, z visokimi tališči, ki |
|||||||||||
povečati med prehodom iz Mn v Re, tako da |
|||||||||||
taljivost Re je na drugem mestu za W. |
|||||||||||
Največji praktična vrednost ima Mn. |
|||||||||||
tehnecij | Elementi Tc, Bh - radioaktivni elementi, umetni |
||||||||||
neposredno pridobljena kot posledica jedrske fuzije; ponovno |
|||||||||||
redek predmet. | |||||||||||
Elementa Tc in Re sta si bolj podobna kot |
|||||||||||
z manganom. Tc in Re imata stabilnejšo višjo |
|||||||||||
oksidacijski panj, zato so ti elementi pogosti |
|||||||||||
spojine v oksidacijskem stanju 7 so čudne. |
|||||||||||
Za Mn so značilna oksidacijska stanja: 2, 3, 4, |
|||||||||||
Bolj stabilen - | 2 in 4. Ta oksidacijska stanja |
||||||||||
pojavljajo v naravnih spojinah. Večina
čudni minerali Mn: piroluzit MnO2 in rodokrozit MnCO3.
Spojine Mn(+7) in (+6) so močni oksidanti.
Največja podobnost Mn, Tc, Re je močno oksidirana
se izraža v kisli naravi višjih oksidov in hidroksidov.
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
Višji hidroksidi vseh elementov podskupine VIIB so močni
kisline s splošno formulo HEO4.
V najvišji stopnji oksidacije imajo elementi Mn, Tc, Re podobnosti z elementom glavne podskupine klorom. Kisline: HMnO4, HTcO4, HReO4 in
HClO4 so močni. Za elemente VIIB-podskupine je značilna opazna
podobnost s svojimi sosedi v seriji, zlasti Mn kaže podobnost s Fe. V naravi spojine Mn vedno obstajajo skupaj s spojinami Fe.
margan
Značilna oksidacijska stanja
Valenčni elektroni Mn - 3d5 4s2 . |
|||
Najpogostejše stopnje |
|||
3d5 4s2 | mangan | oksidacije pri Mn so 2, 3, 4, 6, 7; |
|
bolj stabilen - 2 in 4. V vodnih raztopinah |
|||
oksidacijsko stanje +2 je stabilno v kislem, +4 - v |
|||
nevtralno, rahlo alkalno in rahlo kislo okolje.
Spojini Mn(+7) in (+6) imata močne oksidacijske lastnosti.
Kislinsko-bazni značaj oksidov in hidroksidov Mn je naravno
se razlikuje glede na oksidacijsko stanje: v oksidacijskem stanju +2 sta oksid in hidroksid bazična, v najvišjem oksidacijskem stanju pa kisla,
poleg tega je HMnO4 močna kislina.
V vodnih raztopinah obstaja Mn(+2) v obliki akvakacij
2+ , ki zaradi preprostosti označujemo Mn2+ . Mangan v visokih oksidacijskih stanjih je v raztopini v obliki tetraoksoanionov: MnO4 2– in
MnO4 - .
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
Naravne spojine in proizvodnja kovin
Elementa Mn je v zemeljski skorji največ med težkimi kovinami.
Ulov sledi železu, vendar je opazno slabši od njega: vsebnost Fe je približno 5 %, Mn pa le približno 0,1 %. V manganu, oksid-
nye in karbonatne in rude. Najpomembnejši so minerali: pirolu-
zit MnO2 in rodokrozit MnCO3.
da dobim Mn
Poleg teh mineralov se za pridobivanje Mn uporablja hausmanit Mn3 O4
in hidratirani psilomelan oksid MnO2. xH2 O. V manganovih rudah vse
Mangan se uporablja predvsem pri proizvodnji posebnih vrst jekel z visoko trdnostjo in odpornostjo na udarce. Zato os-
nova količina Mn se ne pridobi v čisti obliki, temveč v obliki feromangana
tsa - zlitina mangana in železa, ki vsebuje od 70 do 88% Mn.
Skupni obseg letne svetovne proizvodnje mangana, tudi v obliki feromangana, ~ (10 12) milijonov ton/leto.
Za pridobitev feromangana se reducira ruda manganovega oksida
premog.
MnO2 + 2C = Mn + 2CO
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
Skupaj z Mn oksidi, Fe oksidi, ki jih vsebuje ru-
de. Za pridobitev mangana z minimalno vsebnostjo Fe in C, spojin
Fe predhodno ločimo in dobimo mešani oksid Mn3 O4
(MnO. Mn2O3). Nato se reducira z aluminijem (piroluzit reagira z
Al je preveč nasilen).
3Mn3 O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3
Čisti mangan se pridobiva s hidrometalurško metodo. Po predhodni pripravi soli MnSO4 skozi raztopino Mn sulfata,
zaženite električni tok, mangan se zmanjša na katodi:
Mn2+ + 2e– = Mn0 .
preprosta snov
Mangan je svetlo siva kovina. Gostota - 7,4 g / cm3. Tališče - 1245O C.
Je precej aktivna kovina, E(Mn | / Mn) \u003d - 1,18 V. |
||
V razredčenem stanju se zlahka oksidira v kation Mn2+ |
|||
ny kisline. | |||
Mn + 2H+ = Mn2+ + H2 |
|||
Mangan se pasivira v koncentriranem |
|||
dušikove in žveplove kisline, vendar pri segrevanju |
|||
riž. mangan - se- | začne z njimi komunicirati počasi, vendar |
||
ržena kovina, podobno | tudi pod vplivom tako močnih oksidantov |
||
za železo |
|||
Mn gre v kation |
|||
Mn2+. Ko se segreje, mangan v prahu komunicira z vodo
sproščanje H2.
Zaradi oksidacije na zraku se mangan pokrije z rjavimi lisami,
V kisikovi atmosferi tvori mangan oksid |
||||||||||||||||||
Mn2 O3, pri višji temperaturi pa mešani oksid MnO. Mn2O3 |
||||||||||||||||||
(Mn3O4). | ||||||||||||||||||
Izvajalec: | Št. dogodka | |||||||||||||||||
Pri segrevanju mangan reagira s halogeni in žveplom. Afiniteta Mn
žveplo več kot železo, zato pri dodajanju feromangana jeklu,
V njej raztopljeno žveplo se veže na MnS. Sulfid MnS se ne raztopi v kovini in gre v žlindro. Trdnost jekla po odstranitvi žvepla, ki povzroča krhkost, se poveča.
Pri zelo visoke temperature(>1200 0 C) mangan v interakciji z dušikom in ogljikom tvori nestehiometrične nitride in karbide.
Manganove spojine
Manganove spojine (+7)
Vse spojine Mn(+7) imajo močne oksidativne lastnosti.
Kalijev permanganat KMnO 4 - najpogostejša spojina
Mn(+7). V svoji čisti obliki je ta kristalna snov temna
vijolična. Ko se kristalni permanganat segreje, se razgradi
2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2 |
||
To reakcijo je mogoče dobiti v laboratoriju |
||
Anion MnO4 - obarva trajne raztopine |
||
ganata v malinovo-vijolični barvi. Na |
||
površine v stiku z raztopino |
||
riž. Raztopina KMnO4 je rožnata | KMnO4, zaradi sposobnosti permanganata, da oksidira |
|
vijolična | nalijte vodo, tanko rumeno-rjavo |
|
Filmi oksida MnO2. |
||
4KMnO4 + 2H2O = 4MnO2 + 3O2 + 4KOH |
||
Za upočasnitev te reakcije, ki jo pospešuje svetloba, se shranijo raztopine KMnO4
yat v temnih steklenicah.
Ob dodajanju nekaj kapljic zgoščenega
žveplova kislina, nastane permanganski anhidrid.
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
2KMnO4 + H2 SO4 2Mn2 O7 + K2 SO4 + H2 O
Oksid Mn 2 O 7 je težka oljnata tekočina temno zelene barve. To je edini kovinski oksid, ki je v normalnih pogojih
ditsya v tekočem stanju (tališče 5,9 0 C). Oksid ima mol-
kularne strukture, zelo nestabilna, pri 55 0 C razpade z eksplozijo. 2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2
Oksid Mn2 O7 je zelo močan in energičen oksidant. Mnogi oz.
organske snovi se pod njegovim vplivom oksidirajo v CO2 in H2 O. Oksid
Mn2 O7 včasih imenujemo kemična ujemanja. Če stekleno paličico namočimo v Mn2 O7 in jo pripeljemo do žgane svetilke, se bo prižgala.
Ko se Mn2O7 raztopi v vodi, nastane permanganska kislina.
HMnO 4 kislina je močna kislina, obstaja samo v vodi
nom rešitev, ni bila izolirana v prostem stanju. Kislina HMnO4 se razgradi -
Xia s sproščanjem O2 in MnO2.
Ko raztopini KMnO4 dodamo trdno alkalijo, nastane tvorba
zeleni manganat.
4KMnO4 + 4KOH (c) = 4K2 MnO4 + O2 + 2H2O.
Ko KMnO4 segrejemo s koncentrirano klorovodikovo kislino, nastane
Prisoten je plin Cl2.
2KMnO4 (c) + 16HCl (konc.) = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl
V teh reakcijah se kažejo močne oksidacijske lastnosti permanganata.
Produkti interakcije KMnO4 z redukcijskimi sredstvi so odvisni od kislosti raztopine v katerem poteka reakcija.
V kislih raztopinah nastane brezbarven kation Mn2+.
MnO4 – + 8H+ +5e– Mn2+ + 4H2 O; (E0 = +1,53 V).
Iz nevtralnih raztopin se obori rjava oborina MnO2.
MnO4 – +2H2 O +3e– MnO2 + 4OH– .
V alkalnih raztopinah nastane zeleni anion MnO4 2–.
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
Kalijev permanganat se komercialno pridobiva bodisi iz mangana
(oksidira ga na anodi v alkalni raztopini) ali iz piroluzita (MnO2 pred-
oksidira v K2 MnO4, ki se nato na anodi oksidira v KMnO4).
Manganove spojine (+6)
Manganati so soli z anionom MnO4 2–, imajo svetlo zeleno barvo.
Anion MnO4 2─ je stabilen le v močno alkalnih medijih. Pod delovanjem vode in zlasti kisline manganati nesorazmerno tvorijo spojine
Mn v oksidacijskih stanjih 4 in 7.
3MnO4 2– + 2H2 O= MnO2 + 2MnO4 – + 4OH–
Iz tega razloga kislina H2 MnO4 ne obstaja.
Manganate lahko pridobimo s spajanjem MnO2 z alkalijami ali karbonati.
mi v prisotnosti oksidanta.
2MnO2 (c) + 4KOH (l) + O2 = 2K2 MnO4 + 2H2O
Manganati so močni oksidanti , če pa so prizadeti
s še močnejšim oksidantom se spremenijo v permanganate.
Nesorazmernost
Manganove spojine (+4)
je najbolj stabilna spojina Mn. Ta oksid se nahaja v naravi (mineral piroluzit).
MnO2 oksid je črno-rjava snov z zelo močnim kristalinizmom
kalna mreža (enaka kot pri rutilnem TiO2). Zaradi tega, kljub dejstvu, da je MnO 2 je amfoterna, ne reagira z alkalijskimi raztopinami in razredčenimi kislinami (tako kot TiO2). Raztaplja se v koncentriranih kislinah.
MnO2 + 4HCl (konc.) = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Reakcija se uporablja v laboratoriju za proizvodnjo Cl2.
Ko se MnO2 raztopi v koncentrirani žveplovi in dušikovi kislini, nastaneta Mn2+ in O2.
Tako se v zelo kislem okolju MnO2 nagiba
Mn2+ kation.
MnO2 reagira z alkalijami le v talinah s tvorbo mešanice
nih oksidov. V prisotnosti oksidanta v alkalnih talinah nastanejo manganati.
MnO2 oksid se v industriji uporablja kot poceni oksidant. Še posebej, redoks interakcijo
Izvajalec: | 2 se razgradi s sproščanjem O2 in tvori |
Izvajalec: | Št. dogodka | ||||||||||||||||
Dolgo časa je ena od spojin tega elementa, in sicer njegov dioksid (znan kot piroluzit), veljala za sorto mineralne magnetne železove rude. Šele leta 1774 je eden od švedskih kemikov ugotovil, da je v piroluzitu neraziskana kovina. Zaradi segrevanja tega minerala s premogom je bilo mogoče dobiti isto neznano kovino. Sprva se je imenoval mangan, kasneje se je pojavilo sodobno ime - mangan. Kemični element ima veliko zanimivih lastnosti, o katerih bomo razpravljali kasneje.
Nahaja se v sekundarni podskupini sedme skupine periodična tabela(pomembno: vsi elementi sekundarnih podskupin so kovine). Elektronska formula 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (tipična formula d-elementa). Mangan kot prosta snov ima srebrno belo barvo. Zaradi svoje kemične aktivnosti se v naravi pojavlja le v obliki spojin, kot so oksidi, fosfati in karbonati. Snov je ognjevzdržna, tališče je 1244 stopinj Celzija.
Zanimivo! V naravi najdemo le en izotop kemičnega elementa z atomsko maso 55. Preostale izotopi pridobimo umetno, najbolj stabilen radioaktivni izotop z atomsko maso 53 (razpolovna doba je približno enaka razpolovni dobi urana). ).
Oksidacijsko stanje mangana
Ima šest različnih oksidacijskih stanj. V ničelnem oksidacijskem stanju je element sposoben tvoriti kompleksne spojine z organskimi ligandi (na primer P(C5H5)3), pa tudi anorganskimi ligandi:
- ogljikov monoksid (dimanganov dekakarbonil),
- dušik,
- fosforjev trifluorid,
- dušikov oksid.
Oksidacijsko stanje +2 je značilno za manganove soli. Pomembno: te spojine imajo izključno redukcijske lastnosti. Najbolj stabilne spojine z oksidacijskim stanjem +3 so oksid Mn2O3, pa tudi hidrat tega oksida Mn(OH)3. Pri +4 sta MnO2 in amfoterni oksid-hidroksid MnO(OH)2 najbolj stabilna.
Oksidacijsko stanje mangana +6 je značilno za permangansko kislino in njene soli, ki obstajajo le v vodni raztopini. Oksidacijsko stanje +7 je značilno za permangansko kislino, njen anhidrid, ki obstaja samo v vodni raztopini, pa tudi za soli - permanganate (analogija s perklorati) - močna oksidanta. Zanimivo je, da so pri zmanjšanju kalijevega permanganata (v vsakdanjem življenju se imenuje kalijev permanganat) možne tri različne reakcije:
- V prisotnosti žveplove kisline se anion MnO4- reducira v Mn2+.
- Če je medij nevtralen, se ion MnO4- reducira v MnO(OH)2 ali MnO2.
- V prisotnosti alkalij se anion MnO4- reducira v manganatni ion MnO42-.
Mangan kot kemični element
Kemijske lastnosti
V normalnih pogojih je neaktiven. Razlog je oksidni film, ki se pojavi, ko je izpostavljen atmosferskemu kisiku. Če kovinski prah rahlo segrejemo, izgori in se spremeni v MnO2.
Ko se segreje, sodeluje z vodo in izpodriva vodik. Kot rezultat reakcije dobimo praktično netopen dušikov oksid hidrat Mn(OH)2. Ta snov preprečuje nadaljnjo interakcijo z vodo.
Zanimivo! Vodik je topen v manganu, z dvigom temperature pa se topnost poveča (dobimo plinsko raztopino v kovini).
Z zelo močnim segrevanjem (temperatura nad 1200 stopinj Celzija) medsebojno deluje z dušikom in nastanejo nitridi. Te spojine imajo lahko drugačno sestavo, kar je značilno za tako imenovane bertolide. Vzajemno deluje z borom, fosforjem, silicijem in v staljeni obliki - z ogljikom. Zadnja reakcija poteka med redukcijo mangana s koksom.
Pri interakciji z razredčeno žveplovo in klorovodikovo kislino dobimo sol in sprošča se vodik. Toda interakcija z močno žveplovo kislino je drugačna: produkti reakcije so sol, voda in žveplov dioksid (sprva žveplova kislina se obnovi v žveplovo; a zaradi nestabilnosti žveplova kislina razpade na žveplov dioksid in vodo).
Ko reagiramo z razredčeno dušikovo kislino, dobimo nitrat, vodo in dušikov oksid.
Tvori šest oksidov:
- dušik ali MnO,
- oksid ali Mn2O3,
- dušikov oksid Mn3O4,
- dioksid ali MnO2,
- manganov anhidrid MnO3,
- manganov anhidrid Mn2O7.
Zanimivo! Dušikov oksid se pod vplivom atmosferskega kisika postopoma spremeni v oksid. Anhidrid permanganata ni bil izoliran v prosti obliki.
Dušikov oksid je spojina s tako imenovanim frakcijskim oksidacijskim stanjem. Pri raztapljanju v kislinah nastanejo dvovalentne manganove soli (soli s kationom Mn3+ so nestabilne in se reducirajo v spojine s kationom Mn2+).
Dioksid, oksid, dušikov oksid so najbolj stabilni oksidi. Manganov anhidrid je nestabilen. Obstajajo analogije z drugimi kemičnimi elementi:
- Mn2O3 in Mn3O4 sta bazična oksida in sta po lastnostih podobna analognim železovim spojinam;
- MnO2 je amfoterni oksid, po lastnostih podoben oksidom aluminija in trivalentnega kroma;
- Mn2O7 - kislinski oksid, lastnosti so zelo podobne najvišjemu klorovemu oksidu.
Preprosto je videti analogijo s klorati in perklorati. Manganate, tako kot klorate, pridobivamo posredno. Toda permanganate je mogoče pridobiti tako neposredno, to je z reakcijo anhidrida in kovinskega oksida / hidroksida v prisotnosti vode, in posredno.
V analitični kemiji je kation Mn2+ spadal v peto analitično skupino. Obstaja več reakcij za odkrivanje tega kationa:
- Pri interakciji z amonijevim sulfidom se obori oborina MnS, njena barva je mesnate barve; ko dodamo mineralne kisline, se oborina raztopi.
- Pri reakciji z alkalijami dobimo belo oborino Mn (OH) 2; pri interakciji z atmosferskim kisikom pa se barva oborine spremeni iz bele v rjavo – dobimo Mn(OH)3.
- Če solim s kationom Mn2+ dodamo vodikov peroksid in raztopino alkalij, se obori temno rjava oborina MnO(OH)2.
- Ko solim s kationom Mn2+ dodamo oksidant (svinčev dioksid, natrijev bizmutat) in močno raztopino dušikove kisline, se raztopina obarva škrlatno, kar pomeni, da je Mn2+ oksidiral v HMnO4.
Kemijske lastnosti
Valence mangana
Element je v sedmi skupini. Tipičen mangan - II, III, IV, VI, VII.
Za prosto snov je značilna ničelna valenca. Dvovalentne spojine so soli s kationom Mn2+, trivalentne spojine so oksid in hidroksid, štirivalentne spojine so dioksid in tudi oksid-hidroksid. Heksa- in sedemvalentne spojine so soli z anioni MnO42- in MnO4-.
Kako priti in iz česa pridobivamo mangan? Iz manganove in železo-manganove rude, pa tudi iz solnih raztopin. trije različne poti pridobivanje mangana:
- predelava koksa,
- aluminotermija,
- elektroliza.
V prvem primeru se kot redukcijsko sredstvo uporablja koks, pa tudi ogljikov monoksid. Kovina se pridobiva iz rude, kjer je primesi železovih oksidov. Rezultat je tako feromangan (zlitina z železom) kot karbid (kaj je karbid? je spojina kovine z ogljikom).
Za pridobitev čistejše snovi se uporablja ena od metod metalotermije - aluminotermija. Najprej žgamo piroluzit in dobimo Mn2O3. Nastali oksid nato zmešamo z aluminijevim prahom. Med reakcijo se sprosti veliko toplote, posledično se nastala kovina stopi, aluminijev oksid pa jo prekrije s "pokrovko" žlindre.
Mangan je kovina srednje aktivnosti in je v Beketovem nizu levo od vodika in desno od aluminija. To pomeni, da se pri elektrolizi vodnih raztopin soli s kationom Mn2+ kovinski kation reducira na katodi (pri elektrolizi zelo razredčene raztopine se reducira tudi voda na katodi). Med elektrolizo vodne raztopine MnCl2 se pojavijo naslednje reakcije:
MnCl2 Mn2+ + 2Cl-
Katoda (negativno nabita elektroda): Mn2+ + 2e Mn0
Anoda (pozitivno nabita elektroda): 2Cl- - 2e 2Cl0 Cl2
Končna reakcijska enačba:
MnCl2 (el-z) Mn + Cl2
Elektroliza daje najčistejši kovinski mangan.
Uporaben video: mangan in njegove spojine
Aplikacija
Uporaba mangana je precej široka. Uporabljajo se tako kovina sama kot njene različne spojine. Uporablja se v prosti obliki v metalurgiji za različne namene:
- kot "deoksidant" med taljenjem jekla (veže se kisik in nastane Mn2O3);
- kot legirni element: dobimo močno jeklo z visoko odpornostjo proti obrabi in udarcem;
- za taljenje tako imenovanega oklepnega jekla;
- kot sestavni del brona in medenine;
- za ustvarjanje manganina, zlitine z bakrom in nikljem. Iz te zlitine so izdelane različne električne naprave, na primer reostati
Za izdelavo galvanskih celic Zn-Mn se uporablja MnO2. V elektrotehniki se uporabljata MnTe in MnAs.
Uporaba mangana
Kalijev permanganat, pogosto imenovan kalijev permanganat, se pogosto uporablja tako v vsakdanjem življenju (za zdravilne kopeli), kot v industriji in laboratorijih. Malinasta barva permanganata zbledi, ko nenasičene ogljikovodike z dvojnimi in trojnimi vezmi prehajamo skozi raztopino. Pri močnem segrevanju se permanganati razgradijo. Pri tem nastajajo manganati, MnO2 in kisik. To je eden od načinov za pridobivanje kemično čistega kisika v laboratoriju.
Soli permanganske kisline lahko pridobimo le posredno. Za to se MnO2 zmeša s trdno alkalijo in segreje v prisotnosti kisika. Drug način za pridobivanje trdnih manganatov je kalcinacija permanganatov.
Raztopine manganatov imajo lepo temno zeleno barvo. Vendar pa so te raztopine nestabilne in so podvržene nesorazmerni reakciji: temno zelena barva se spremeni v malinasto, obori se tudi rjava oborina. Kot rezultat reakcije dobimo permanganat in MnO2.
Manganov dioksid se v laboratoriju uporablja kot katalizator za razgradnjo kalijevega klorata (bertolijeva sol), pa tudi za pridobivanje čistega klora. Zanimivo je, da kot rezultat interakcije MnO2 s klorovodikom nastane vmesni produkt - izjemno nestabilna spojina MnCl4, ki se razgradi na MnCl2 in klor. Nevtralne ali nakisane raztopine soli s kationom Mn2+ imajo bledo rožnato barvo (Mn2+ tvori kompleks s 6 molekulami vode).
Uporaben video: mangan je element življenja
Zaključek
Takova kratek opis mangan in njegove kemične lastnosti. Je srebrno bela kovina srednje aktivnosti, z vodo komunicira le pri segrevanju in glede na stopnjo oksidacije kaže tako kovinske kot nekovinske lastnosti. Njegove spojine se uporabljajo v industriji, doma in v laboratorijih za proizvodnjo čistega kisika in klora.
