Марганец
Периодическая система / Марганец
Страница 1

С древних времен была известна и применялась для окраски стекла и керамики в фиолетовый цвет и для устранения мутности желтых и зеленых стекол черная руда – пиролюзит (MnO2). Она называлась также за свои свойства "черной магнезией" (в отличие от "белой магнезии", MgO) и "стекольным мылом". В 1774 г. шведский химик Й.Ган получил из присанного ему К. Шееле образца очищенного пиролюзита королек металла, прокаливая смесь порошка пиролюзита с маслом и углем. Чистый металл был получен в начале XIX в. Первоначально ему дали латинское имя "манганезиум" (от старинного названия древнего города Манганезия в Малой Азии). Затем, чтобы избежать путаницы с магнием (магнезиумом), название изменили на "манганум". Русское название "марганец" происходит от оксида этого элемента MnO2, ранее называвшегося черным марганцем.

Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,63% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40) марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном. Небольшие количества марганца содержат многие горные породы. Вместе с тем, встречаются и скопления его кислородных соединений, главным образом в виде минерала пиролюзита - MnO2. Большое значение имеют также минералы гаусманит - Mn3O4 и браунит - Mn2O3. В свободном состоянии марганец в природе не встречается.

Марганец (атомный номер 25, атомная масса 54,938) - серебристо-белый твёрдый хрупкий металл. Известны четыре кристаллические модификации марганца, каждая из которых термодинамически устойчива в определённом интервале температур. Ниже 7070 С устойчив a-марганец, имеющий сложную структуру - в его элементарную ячейку входят 58 атомов. Сложность структуры марганца при температурах ниже 7070 С обусловливает его хрупкость. Плотность марганца – 7,44 г/см3 ; температура плавления – 12450С.

Чистый марганец может быть получен электролизом растворов его солей. Однако, поскольку 90% всей добычи марганца потребляется при изготовлении различных сплавов на основе железа, из руд обычно выплавляют прямо его высокопроцентный сплав с железом - ферромарганец (60-90% - Mn и 40-10% - Fe). Выплавку ферромарганца из смеси марганцовых и железных руд ведут в электрических печах, причём марганец восстанавливается углеродом по реакции:

MnO2 + 2C + 301 кДж = 2СО + Mn

Небольшое количество металлического марганца в лаборатории легко приготовить алюмотермическим методом:

3Mn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3; DH0 = -2519 кДж

Марганец - d-элемент VII группы периодической системы. Для марганца характерны разные степени окисления: от нулевой в Mn2 (CO) до +7 в KMnO4 и Mn2O10. В ряду напряжений марганец располагается до водорода. Он довольно активно взаимодействует с разбавленной HCl и H2SO4. В соответствии с устойчивыми степенями окисления взаимодействие марганца с разбавленными кислотами приводит к образованию катионного аквокомплекса [Mn(OH2)6]2+:

Mn + 2OH3- + 4H2O = [Mn(OH2)6]2+ + H2

Порошок Mn – сильный восстановитель, он способен, к примеру, отнимать кислород от молекул оксида углерода (II) и оксида углерода (IV):

Mn + CO = MnO + C

2Mn + CO2 = 2MnO + C

Марганец образует 6 оксидов, из которых наиболее устойчивым является Mn2O. Поэтому он часто оказывается продуктом окисления или восстановления других соединений марганца.

Низший оксид MnO (серо-зелёного цвета, т.пл. 17800 C) представляет собой порошок, практически нерастворимый в воде, но растворяющийся в кислотах с образованием солей Mn(II). Его обычно получают, нагревая MnO2 в атмосфере водорода или термически разлагая MnCO3.

При нагревании любого оксида или гидроксида марганца до 10000 C образуются чёрные кристаллы гаусманита Mn3O4. Это шпинель Mn(II)Mn(III)2O4. При окислении Mn(OH)2 на воздухе образуется гидратированный оксид, при высушивании которого получается MnO(OH)2. Ион трёхвалентного марганца в растворе можно получить электролитическим или персульфатным окислением Mn2+, а также при восстановлении MnO-4.

Оксид Mn (IV) находит широкое применение при изготовлении гальванических элементов. Кроме того, MnO2 - хороший катализатор процесса превращения оксида углерода (II) в оксид углерода (IV):

2CO + O2 = 2CO2,

что позволяет использовать его в противогазах для защиты от угарного газа. При добавлении MnO2 к олифе ускоряется высыхание приготовленных на ее основе масляных красок.

Соединения, в которых степень окисления марганца равна +6, крайне немногочисленны. Наиболее известны манганаты щелочных металлов, в частности манганат калия K2MnO4 (более точное современное название – тетраоксоманганат калия). Анион MnO42- придает водным растворам темно-зеленую окраску. При нагревании до 5000 C манганат калия разлагается с выделением кислорода:

Страницы: 1 2

Смотрите также

Стандартизация измерения рН в неводных средах. Методы определения рН стандартных буферных растворов
Данная курсовая работа содержит 3 раздела, 35 страниц и 2 таблицы. Целью работы является изучение кислотности неводных растворов, методы ее определения и стандартизация измерения, а такж ...

Резерфордий (Rutherfordium), Rf
Резерфордий - искусственно полученный радиоактивный химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 104. Известны только радиоактивные изотопы: 260Rf и 259Rf (периоды полу ...

Предмет аналитической химии. История и применение
...