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

Разработка методов синтеза SnF2
Основной путь получения SnF2 – взаимодействие SnO и фтористоводородной кислоты [5] с последующим выпариванием и сушкой. Специфика технологии олова и его соединений такова, что первичным продуктом пе ...

Химические способы нанесения металлических покрытий
Металлические слои можно получать на очень большом числе самых разнообразных материалов, таких, как стекло, кварц, фарфор, слюда, целлулоид, а также текстиль. Насколько многочисленны примен ...

Приложение 13
Растворенный углекислый газ в воде определяет жизнедеятельность в океане. Углекислый газ является “продуктом питания” фитопланктона. Максимальное содержание углекислого газа приурочено к глубинным ...