Mangan to pierwiastek chemiczny znajdujący się w układzie okresowym Mendelejewa w liczbie atomowej 25. Jego sąsiadami są chrom i żelazo, co decyduje o podobieństwie właściwości fizycznych i chemicznych tych trzech metali. Jej jądro zawiera 25 protonów i 30 neutronów. Masa atomowa pierwiastka wynosi 54,938.
Mangan jest metalem przejściowym z rodziny d. Jego elektroniczna formuła wygląda następująco: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Twardość manganu w skali Mohsa szacuje się na 4. Metal jest dość twardy, ale jednocześnie kruchy. Jego przewodność cieplna wynosi 0,0782 W/cm*K. Element charakteryzuje się srebrzysto-białym kolorem.
Są cztery znany człowiekowi, modyfikacje metalowe. Każdy z nich charakteryzuje się stabilnością termodynamiczną w określonych warunkach temperaturowych. Tak więc α-mangan ma dość złożoną strukturę i wykazuje stabilność w temperaturach poniżej 707 0 C, co decyduje o jego kruchości. Ta modyfikacja metalu w jego komórce elementarnej zawiera 58 atomów.
Mangan może mieć zupełnie różne stopnie utlenienia - od 0 do +7, natomiast +1 i +5 są niezwykle rzadkie. Kiedy metal wchodzi w interakcję z powietrzem, ulega pasywacji. Sproszkowany mangan spala się w tlenie:
Mn+O2=MnO2
Jeśli metal jest narażony na podwyższoną temperaturę, tj. ogrzany, następnie rozłoży się na wodę z wyparciem wodoru:
Mn+2H0O=Mn(OH)2+H2
Należy zauważyć, że wodorotlenek manganu, którego warstwa powstaje w wyniku reakcji, spowalnia przebieg reakcji.
Metal pochłania wodór. Im wyższa temperatura wzrasta, tym wyższa staje się jego rozpuszczalność w manganie. W przypadku przekroczenia temperatury o 12000C mangan reaguje z azotem, w wyniku czego powstają azotyny o różnym składzie.
Metal oddziałuje również z węglem. W wyniku tej reakcji powstają węgliki, a także krzemki, borki, fosforki.
Metal jest odporny na roztwory alkaliczne.
Jest w stanie tworzyć tlenki: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, z których ostatni nie został wyizolowany w stanie wolnym oraz bezwodnik manganu Mn 2 O 7. W normalnych warunkach istnienia bezwodnik manganu jest płynną oleistą substancją o ciemnozielonej barwie, która nie ma dużej stabilności. Jeśli temperatura wzrośnie do 90 0 C, rozkładowi bezwodnika towarzyszy wybuch. Wśród tlenków wykazujących największą stabilność wyróżnia się Mn 2 O 3 i MnO 2 oraz połączony tlenek Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2, czyli sól Mn 2 MnO 4).
Tlenki manganu:
Podczas fuzji piroluzytu i alkaliów w obecności tlenu zachodzi reakcja z utworzeniem manganianów:
2MnO 2 + 2KOH + O 2 \u003d 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O
Roztwór manganianu charakteryzuje się ciemnozielonym kolorem. Jeśli jest zakwaszony, to reakcja przebiega z zabarwieniem roztworu na szkarłatny kolor. Wynika to z tworzenia się anionu MnO 4 −, z którego wytrąca się osad tlenku wodorotlenku manganu, który ma brunatną barwę.
Kwas nadmanganowy jest silny, ale nie wykazuje szczególnej stabilności, dlatego jego maksymalne dopuszczalne stężenie nie przekracza 20%. Sam kwas, podobnie jak jego sole, działa jako silny środek utleniający.
Sole manganu nie wykazują trwałości. Jego wodorotlenki mają charakterystyczny charakter zasadniczy. Chlorek manganu rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury. To właśnie ten schemat służy do pozyskiwania chloru.
Metal ten nie jest rzadki – należy do elementów wspólnych: jego zawartość w skorupa Ziemska wynosi 0,03% całkowitej liczby atomów. Zajmuje trzecie miejsce w rankingu wśród metali ciężkich, do którego zaliczają się wszystkie elementy serii przejściowej, wyprzedzając żelazo i tytan. Metale ciężkie to te, których masa atomowa przekracza 40.
W niektórych mangan można znaleźć w śladowych ilościach skały. Zasadniczo jest zlokalizowany związki tlenu w postaci minerału piroluzytu - MnO 2 .
Mangan ma wiele zastosowań. Jest niezbędny do produkcji wielu stopów i substancje chemiczne. Bez manganu istnienie żywych organizmów jest niemożliwe, ponieważ działa on jako aktywny pierwiastek śladowy, a także jest obecny w prawie wszystkich organizmach żywych i roślinnych. Mangan pozytywnie wpływa na procesy hematopoezy w organizmach żywych. Występuje również w wielu produktach spożywczych.
Metal to niezbędny element w metalurgii. To właśnie mangan służy do usuwania siarki i tlenu ze stali podczas jej produkcji. Ten proces wymaga dużych ilości metalu. Warto jednak powiedzieć, że do wytopu nie dodaje się czystego manganu, ale jego stop z żelazem, zwany żelazomanganem. Otrzymywany jest w procesie reakcji redukcji piroluzytu z węglem. Mangan działa również jako pierwiastek stopowy dla stali. Dzięki dodatkowi manganu do stali znacznie wzrasta ich odporność na zużycie, a także stają się mniej podatne na naprężenia mechaniczne. Obecność manganu w składzie metali nieżelaznych znacznie zwiększa ich wytrzymałość i odporność na korozję.
Dwutlenek metalu znalazł zastosowanie w utlenianiu amoniaku, a także uczestniczy w reakcjach organicznych i reakcjach rozkładu. sole nieorganiczne. W ta sprawa dwutlenek manganu działa jak katalizator.
Przemysł ceramiczny również nie obywa się bez użycia manganu, gdzie MnO 2 jest używany jako czarny i ciemnobrązowy barwnik do emalii i szkliw. Tlenek manganu jest silnie zdyspergowany. Posiada dobrą zdolność adsorpcji, dzięki czemu możliwe staje się usuwanie szkodliwych zanieczyszczeń z powietrza.
Do brązu i mosiądzu wprowadza się mangan. Niektóre związki metali są wykorzystywane w drobnej syntezie organicznej i przemysłowej syntezie organicznej. Arsenek manganu charakteryzuje się gigantycznym efektem magnetokalorycznym, który staje się znacznie silniejszy pod wpływem wysokiego ciśnienia. Tellurek manganu działa jako obiecujący materiał termoelektryczny.
W medycynie właściwe jest również stosowanie manganu, a właściwie jego soli. Tak więc wodny roztwór nadmanganianu potasu stosuje się jako antyseptyczny, a także mogą myć rany, płukać gardło, smarować wrzody i oparzenia. W niektórych zatruciach alkaloidami i cyjankami jego roztwór jest nawet wskazany do podawania doustnego.
Ważny: Pomimo ogromnej liczby pozytywne strony stosowanie manganu, w niektórych przypadkach jego związki mogą niekorzystnie wpływać na organizm człowieka, a nawet działać toksycznie. Zatem maksymalne dopuszczalne stężenie manganu w powietrzu wynosi 0,3 mg/m 3 . W przypadku wyraźnego zatrucia wpływa to na substancję system nerwowy osoba, dla której charakterystyczny jest zespół parkinsonizmu manganowego.
Metal można pozyskać na kilka sposobów. Do najpopularniejszych metod należą:
4MnO2 \u003d 2Mn2O3 + O2
Mn 2 O 3 + 2Al \u003d 2Mn + Al 2 O 3
1. Mangan - bardzo aktywny metal. W szeregu napięć metale znajdują się pomiędzy cynkiem a magnezem. W stanie sproszkowanym mangan oddziałuje po podgrzaniu z wodą, tlenem, siarką, chlorem:
Mn + 2H 2 O \u003d Mn (OH) 2 + H 2;
Mn + O2 \u003d MnO2;
Mn + Cl 2 \u003d MnCl 2
2. Łatwo rozpuszczalny w kwasach:
Mn + 2HCl \u003d MnCl2 + H2
3. Pokazując stany utlenienia +2, +3, +4, +6, +7 w swoich związkach mangan daje pięć tlenków: MnO, Mn 2 O 3 - zasadowy, MnO 2 - tlenek amfoteryczny, MnO 3, Mn 2 O 7 - tlenki kwasowe.
4. MnO - zielony, nierozpuszczalny w wodzie. Można go otrzymać przez termiczny rozkład węglanu manganu lub przez wodorową redukcję MnO 2:
MnCO 3 \u003d MnO + CO 2
MnO 2 + H 2 \u003d MnO + H 2 O
Odpowiedni wodorotlenek MnO Mn (OH) 2 jest szary- Różowy kolor, otrzymywany jest z soli pod działaniem zasad:
MnSO 4 + 2NaOH \u003d Mn (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4
Wodorotlenek manganu(II) Mn(OH) 2 – słaba zasada, nierozpuszczalna w wodzie. Mn (OH) 2 łatwo utlenia się w powietrzu do Mn (OH) 4.:
2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 2Mn(OH) 4
Mn(OH) 4 jest również związkiem niestabilnym:
Mn(OH) 4 \u003d MnO 2 + 2H 2 O
5. Sole Mn+2 - różowe, stabilne w środowisku kwaśnym. Pod wpływem silnych utleniaczy przechodzą w związki o wyższych stopniach utlenienia manganu:
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2PbSO4 +
3Pb(NO3) 2 + 2HMnO 4 + 2H 2 O
6. MnO 2 - brązowy, nierozpuszczalny w wodzie proszek. Stosowany jako adsorbent i katalizator. Silny utleniacz w środowisku kwaśnym:
MnO2 + 4HCl \u003d MnCl2 + Cl2 + 2H2O
W środowisku alkalicznym wykazuje właściwości regenerujące:
MnO 2 + KNO 3 + 2NaOH \u003d Na 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O
7. Kwas manganowy można otrzymać w reakcji:
Na 2 MnO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 MnO 4
Kwas ten jest niezwykle niestabilny i szybko się rozkłada:
3H 2 MnO 4 \u003d MnO 2 + 2HMnO 4 + 2H 2 O
Sole kwasu nadmanganowego (manganiany) są barwione w zielony kolor. W wodzie łatwo ulegają hydrolizie i znika zielony kolor:
3K 2 MnO 4 + H 2 O \u003d 4KOH + MnO 2 + 2KMnO 4
8. Związki manganu na stopniu utlenienia +7 można otrzymać przez utlenienie manganianów:
2K 2 MnO 4 + Cl 2 \u003d 2KCl + 2KMnO 4
Nadmanganian potasu KMnO 4 ma dużą wartość praktyczna. Jest stosowany w różnych syntezach jako najsilniejszy środek utleniający. W medycynie - jako środek dezynfekujący.
Tlenek Mn 2 O 7 można otrzymać z nadmanganianu potasu:
2KMnO 4 + H 2 SO 4 (stęż.) = K 2 SO 4 + Mn 2 O 7 + H 2 O
Mn 2 O 7 - zielona ciecz, bardzo wybuchowa. Utlenia wybuchowo materię organiczną. Bardzo niestabilny, rozkłada się wraz z uwolnieniem ozonu:
Mn 2 O 7 \u003d 2MnO 2 + O 3
Po podgrzaniu w suchej postaci nadmanganian potasu rozkłada się:
2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
W zależności od medium nadmanganiany są redukowane do następujących stanów:
MnO 4 - ® Mn +2 - w środowisku kwaśnym,
MnO 4 - ® MnO 2 - w środowisku obojętnym i lekko zasadowym,
MnO 4 - ® MnO 4 -2 - w środowisku alkalicznym.
Otrzymano farbę, która obecnie nazywa się „zieleń Scheele”, arsynę (AsH 3), glicerynę, kwas moczowy i cyjanowodorowy. To prawda, że ani mangan, ani molibden, ani wolfram nie zostały wyizolowane przez Scheele w czystej postaci; wskazał tylko, że badane przez niego minerały zawierały te nowe pierwiastki.
Pierwiastek nr 25 został odkryty w znanym Plinnowi Starszemu mineralnemu piroluzycie MnO 2 -H 2 O. Pliniusz uważał go za rodzaj magnetycznego kamienia żelaznego, chociaż piroluzyt nie jest przyciągany przez magnes. Pliniusz wyjaśnił tę sprzeczność. Wydaje nam się to zabawne, ale nie wolno nam zapominać, że w I wieku. OGŁOSZENIE naukowcy wiedzieli o substancjach znacznie mniej niż dzisiejsi uczniowie. Ale dla Pliniusza piroluzyt to „lapis magnes” (magnetyczna ruda żelaza), tylko żeński, dlatego magnes jest dla niego „obojętny”. Niemniej jednak „czarną magnezję” (jak nazywano wówczas piroluzyt) zaczęto stosować do topienia szkła, ponieważ ma niezwykłą właściwość rozjaśniania szkła. Dzieje się tak, ponieważ w wysoka temperatura dwutlenek manganu oddaje część swojego tlenu i zamienia się w tlenek o składzie Mn 2 O 3. Uwolniony tlen utlenia związki siarki żelaza, nadając szkłu ciemny kolor. Piroluzyt jest nadal używany jako „klarownik” do szkła.
W rękopisach słynnego alchemika Alberta Wielkiego (XIII w.) minerał ten nazywany jest „magnezją”. W XVI wieku. znaleziono już nazwę „mangan”, która być może została nadana przez szklarzy i pochodzi od słowa „manganidzein” - do czyszczenia.
Kiedy Scheele badał piroluzyt w 1774 roku, wysłał próbki tego minerału swojemu przyjacielowi Johanowi Gottliebowi Hahnowi. Gan, późniejszy profesor, wybitny chemik swoich czasów, toczył kulki z piroluzytu, dodając do rudy olej i podgrzewał je mocno w rozstawionym tyglu węgiel drzewny. Otrzymano kulki metalowe, ważące trzy razy mniej niż kulki rudy. To był mangan. Nowy metal został po raz pierwszy nazwany „magnezją”, ale ponieważ w tym czasie znana była już biała magnezja - tlenek magnezu, metal został przemianowany na „magnesum”; nazwa ta została przyjęta przez francuską Komisję Nomenklatury w 1787 r. Ale w 1808 r. Humphry Davy odkrył magnez i nazwał go również „magnezem”; następnie, aby uniknąć nieporozumień, mangan zaczęto nazywać „manganem”.
W Rosji piroluzyt przez długi czas był nazywany manganem, aż w 1807 roku L. I. Sherer zaproponował, aby metal otrzymywany z piroluzytu nazywał się manganem, a sam minerał nazywano w tamtych latach czarnym manganem.
Mangan nie występuje w czystej postaci w naturze. W rudach występuje w postaci tlenków, wodorotlenków i węglanów. Głównym minerałem zawierającym mangan jest ten sam piroluzyt, stosunkowo miękki ciemnoszary kamień. Zawiera 63,2% manganu. Istnieją inne rudy manganu: psylomelan, brownit, hausmanit, manganit. Wszystko to tlenki i krzemiany pierwiastka nr 25. Wartościowość manganu w nich wynosi 2, 3 i 4. Istnieje jeszcze inne potencjalne źródło pierwiastka nr 25 - guzki, które występują na dnie oceanów i gromadzą mangan i inne metale. Ale to temat szczególny.
Rudy manganu dzielą się na chemiczne i metalurgiczne. Te pierwsze zawierają co najmniej 80% MnO 2 . Stosowane są w ogniwach galwanicznych (dwutlenek manganu jest doskonałym depolaryzatorem), przy produkcji szkła, ceramiki, barwników mineralnych, nadmanganianu potasu (KMnO 4) i niektórych innych produktów chemicznych.
A żelazo sąsiaduje nie tylko według układu okresowego, żelazo jest zawsze obecne w rudach manganu. Ale w rudach żelaza mangan (w wystarczających ilościach) niestety nie zawsze jest obecny. Niestety – ponieważ pierwiastek numer 25 jest jednym z najważniejszych dodatków stopowych.
Na wszystkich kontynentach znajdują się złoża rud manganu. Nasz kraj odpowiada za około 50% światowej produkcji rud manganu. Indie, Ghana, Maroko, Brazylia, RPA również są bogate w mangan. Większość krajów uprzemysłowionych jest zmuszona importować rudę manganu z zagranicy, gdyż ich własne złoża nie zaspokajają potrzeb hutnictwa żelaza ani ilościowo, ani jakościowo. Nasz kraj nie tylko w pełni zaopatruje swoją metalurgię w wysokiej jakości rudę manganu, ale także eksportuje ją w znacznych ilościach.
Przed Wielkim Wojna Ojczyźniana w ZSRR rudę manganu wydobywano na dwóch obszarach - w Chiaturze (Gruzja) i niedaleko Nikopola (Ukraina). Kiedy hitlerowcy zajęli dorzecze Nikopola w czasie wojny, było to niesłychane krótkoterminowy nowe złoża rud manganu powstały na Uralu iw Kazachstanie. Radziecka metalurgia żelaza otrzymywała wystarczającą ilość manganu i była w stanie wyprodukować wysokiej jakości stal na elementy opancerzenia czołgów i artylerii.
Jak już wspomniano, pierwszy metaliczny mangan uzyskano poprzez redukcję piroluzytu węglem drzewnym: MnO 2 + C → Mn + 2СО. Ale to nie był elementarny mangan. Podobnie jak jego sąsiedzi w układzie okresowym – chrom i żelazo, mangan reaguje z węglem i zawsze zawiera domieszkę węglika. Oznacza to, że przy użyciu węgla nie można uzyskać czystego manganu. Obecnie stosuje się trzy metody otrzymywania metalicznego manganu: krzemotermiczną (redukcja krzemem), aluminotermiczną (redukcja aluminium) i elektrolityczna.
Najszerzej stosowana metoda aluminotermiczna, opracowana w późny XIX w. W takim przypadku jako surowiec manganowy lepiej zastosować nie piroluzyt, ale tlenek manganu Mn 3 O 4 . Piroluzyt reaguje z aluminium, uwalniając takie duża liczba ciepło, że reakcja może łatwo stać się niekontrolowana. Dlatego przed odtworzeniem piroluzytu jest on wypalany, a otrzymany już tlenek miesza się z proszkiem aluminiowym i podpala w specjalnym pojemniku. Reakcja 3Mn 3 O 4 + 8Al → 9Mn + 4Al 2 O 3 rozpoczyna się - wystarczająco szybko i nie wymaga dodatkowych kosztów energii. Powstały stop jest schładzany, kruchy żużel jest odłupywany, a sztabka manganu jest kruszona i wysyłana do dalszej obróbki.
Jednak metoda aluminotermiczna, podobnie jak metoda krzemotermiczna, nie daje manganu o wysokiej czystości. Możliwe jest oczyszczenie aluminotermicznego manganu przez sublimację, ale ta metoda jest nieefektywna i kosztowna. Dlatego metalurdzy od dawna poszukiwali nowych sposobów uzyskania czystego metalicznego manganu i, oczywiście, liczyli przede wszystkim na rafinację elektrolityczną. Ale w przeciwieństwie do miedzi, niklu i innych metali mangan osadzony na elektrodach nie był czysty: był zanieczyszczony zanieczyszczeniami tlenkowymi. Co więcej, rezultatem był porowaty, kruchy, niewygodny w obróbce metal.
Wielu znanych naukowców próbowało znaleźć tryb optymalny elektroliza związków manganu, ale bez powodzenia. Problem ten rozwiązał w 1939 r. radziecki naukowiec R. I. Agladze (później pełnoprawny członek Akademii Nauk Gruzińskiej SRR). Zgodnie z opracowaną przez niego technologią elektrolizy z soli chlorkowych i siarczanowych otrzymuje się dość gęsty metal, zawierający do 99,98% pierwiastka nr 25. Metoda ta stanowiła podstawę przemysłowej produkcji manganu metalicznego.
Zewnętrznie ten metal jest podobny do żelaza, tylko twardszy od niego. Utlenia się w powietrzu, ale podobnie jak aluminium, film tlenkowy szybko pokrywa całą powierzchnię metalu i zapobiega dalszemu utlenianiu. Mangan reaguje szybko z kwasami, tworzy azotki z azotem i węgliki z węglem. Ogólnie typowy metal.
Mangan jest zwykle wprowadzany do stali wraz z innymi pierwiastkami - chromem, krzemem, wolframem. Istnieje jednak stal, która poza żelazem, manganem i węglem nie zawiera nic. To jest tak zwana stal Hadfielda. Zawiera 1-1,5% węgla i 11-15% manganu. Stal tej marki charakteryzuje się dużą odpornością na ścieranie i twardością. Służy do wykonywania kruszarek rozdrabniających najtwardsze skały, części koparek i spycharek. Twardość tej stali jest taka, że nie może być obróbka skrawaniem, szczegóły z niego mogą być tylko rzutowane. Generalnie istnieje sporo stali zawierających mangan. Mówiąc dokładniej, nie ma ani jednej stali, która nie zawierałaby manganu w pewnych ilościach. W końcu mangan trafia do stali z żeliwa. Czasami jednak jego ilości są tak małe, że litera G nie jest wstawiana w gatunek stali. Jednak mangan poprawia właściwości nie tylko żelaza. Tak więc stopy manganu z miedzią mają wysoką wytrzymałość i odporność na korozję. Łopaty turbin są wykonane z tych stopów, a śmigła lotnicze i inne części samolotów wykonane są z brązów manganowych.
Mangan nie błyszczy jak złoto, nie leje się jak, nie rozpala się w powietrzu jak sód. Ale ten pozornie nie wyróżniający się szary metal jest niezbędny: dopóki żelazo dominuje w technologii, jego wierny towarzysz, mangan, będzie również potrzebny.
Na początku ubiegłego wieku było wiadomo, że mangan wchodzi w skład organizmów żywych. Obecnie ustalono, że we wszystkich organizmach roślinnych i zwierzęcych znajdują się śladowe ilości manganu. Nie występuje tylko w białku kurze jajo i bardzo mało mleka. W organizmie mangan jest rozprowadzany nierównomiernie. Np. 100 g suchej masy łodyg winogron zawiera 191 mg manganu, korzeni - 130 mg, a jagód - tylko 70 mg. We krwi ludzi i większości zwierząt zawartość manganu wynosi około 0,02 mg/l. Wyjątkiem są owce, których krew jest bogatsza w mangan – 0,06 mg/l. Ustalono, że mangan odgrywa znaczącą rolę w metabolizmie. W roślinach przyspiesza powstawanie chlorofilu i zwiększa ich zdolność do syntezy witaminy C. Dlatego wprowadzenie manganu do gleby znacznie zwiększa plon wielu roślin uprawnych, w szczególności pszenicy ozimej i bawełny.
Brak manganu w pożywieniu zwierząt wpływa na ich wzrost i witalność. Myszy karmione wyłącznie mlekiem zawierającym bardzo mało manganu utraciły zdolność do reprodukcji. Kiedy chlorek manganu został dodany do ich pożywienia, zdolność ta została przywrócona.
Element numer 25 wpływa również na procesy hematopoezy. Dodatkowo przyspiesza powstawanie przeciwciał neutralizujących szkodliwe działanie obcych białek. Jeden z niemieckich naukowców wstrzyknął świnkom morskim śmiertelne dawki bakterii tężca i czerwonki. Jeśli potem podano tylko surowicę przeciwtężcową i przeciwczerwonkową, to już nie pomagało to zwierzętom. Wprowadzenie świnek morskich suszonych surowicą i chlorkiem manganu. Dożylna infuzja roztworu siarczanu manganu pozwala uratować pogryzionych przez karakurt, najbardziej trujący z pająków środkowoazjatyckich.
Za odkrywców manganu uważani są szwedzcy chemicy K. Scheele i J. Gan, z których pierwsi w 1774 r. odkryli nieznany metal w powszechnie używanej rudzie żelaza, zwanej w starożytności czarna magnezja, drugi, ogrzewając mieszaninę piroluzytu (głównego minerału manganu) z węglem, otrzymywał metaliczny mangan (kaloryzator). Nazwa nowego metalu otrzymana od Niemców Manganerz, tj. ruda manganu.
Mangan wchodzi w skład podgrupy bocznej grupy VII okresu IV układ okresowy pierwiastki chemiczne D.I. Mendelejew ma liczbę atomową 25 i masę atomową 54.9380. Przyjęte oznaczenie to Mn(z łac. Manganum).
Mangan jest dość powszechny, znajduje się w drugiej dziesiątce pierwiastków pod względem obfitości. W skorupie ziemskiej najczęściej występuje razem z rudami żelaza, ale istnieją również złoża manganu, na przykład w Gruzji i Rosji.
Mangan to ciężki, srebrzystobiały metal, tzw czarny metal. Po podgrzaniu ma tendencję do rozkładania wody, wypierając wodór. Zwykle pochłania wodór.
Dla zdrowej osoby dorosłej dzienne zapotrzebowanie na mangan wynosi 5-10 mg.
Mangan dostaje się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem, dlatego należy codziennie spożywać jeden lub więcej produktów z poniższej listy:
Funkcje manganu w organizmie człowieka:
Mangan pomaga aktywować enzymy niezbędne do prawidłowe użycie organizm , i . Oddziaływanie manganu z uznanym środkiem przeciwutleniającym i jest uznanym środkiem przeciwutleniającym. Duże dawki opóźnią wchłanianie manganu.
Mangan znalazł największe zastosowanie w metalurgii, a także w produkcji reostatów i ogniw galwanicznych. Jako materiał termoelektryczny stosuje się związki manganu.
Przy diecie obciążonej dużą ilością węglowodanów występuje w organizmie nadmiar manganu, który objawia się następującymi objawami: anemią, obniżoną wytrzymałością kości, opóźnieniem wzrostu, atrofią jajników u kobiet i jąder u mężczyzn.
Nadmiar manganu również nie jest dobry dla organizmu, jego objawami może być senność, bóle mięśni, utrata apetytu oraz zmiany w tworzeniu się kości – tzw. krzywica „manganowa”.
Przez długi czas jeden ze związków tego pierwiastka, a mianowicie jego dwutlenek (znany jako piroluzyt), był uważany za odmianę mineralnej magnetycznej rudy żelaza. Dopiero w 1774 roku jeden ze szwedzkich chemików odkrył, że w piroluzycie znajduje się niezbadany metal. W wyniku ogrzewania tego minerału węglem udało się uzyskać ten sam nieznany metal. Początkowo nazywano go manganem, później pojawiła się współczesna nazwa - mangan. Pierwiastek chemiczny ma wiele interesujących właściwości, które zostaną omówione później.
Znajduje się w drugorzędnej podgrupie siódmej grupy układu okresowego (ważne: wszystkie elementy drugorzędnych podgrup to metale). Formuła elektroniczna 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (typowa formuła d-elementowa). Mangan jako wolna substancja ma srebrzystobiały kolor. Ze względu na swoje działanie chemiczne występuje w naturze jedynie w postaci związków takich jak tlenki, fosforany i węglany. Substancja jest ogniotrwała, temperatura topnienia 1244 stopni Celsjusza.
Ciekawe! W naturze występuje tylko jeden izotop pierwiastek chemiczny, o masie atomowej 55. Pozostałe izotopy są otrzymywane sztucznie i są najbardziej stabilne izotop promieniotwórczy Z masa atomowa 53 (okres półtrwania jest mniej więcej taki sam jak uranu).
Ma sześć różne stopnie utlenianie. W stanie zerowego utlenienia pierwiastek może tworzyć złożone związki z ligandami organicznymi (np. P(C5H5)3), a także nieorganicznymi:
Stan utlenienia +2 jest typowy dla soli manganu. Ważne: związki te mają właściwości czysto redukujące. Najbardziej stabilnymi związkami o stopniu utlenienia +3 są tlenek Mn2O3, a także hydrat tego tlenku Mn(OH)3. Przy +4, MnO2 i amfoteryczny tlenek-wodorotlenek MnO(OH)2 są najbardziej stabilne.
Stan utlenienia manganu +6 jest typowy dla kwasu nadmanganowego i jego soli, które występują tylko w roztworze wodnym. Stan utlenienia +7 jest typowy dla kwasu nadmanganowego, jego bezwodnika, który występuje tylko w roztworze wodnym, a także soli - nadmanganianów (analogia do nadchloranów) - silnych środków utleniających. Co ciekawe, przy redukcji nadmanganianu potasu (w życiu codziennym nazywa się to nadmanganianem potasu) możliwe są trzy różne reakcje:
Mangan jako pierwiastek chemiczny
W normalnych warunkach jest nieaktywny. Powodem jest film tlenkowy, który pojawia się pod wpływem tlenu atmosferycznego. Jeśli metalowy proszek zostanie lekko podgrzany, wypala się, zamieniając się w MnO2.
Po podgrzaniu wchodzi w interakcję z wodą, wypierając wodór. W wyniku reakcji otrzymuje się praktycznie nierozpuszczalny hydrat podtlenku azotu Mn(OH)2. Substancja ta zapobiega dalszej interakcji z wodą.
Ciekawe! Wodór jest rozpuszczalny w manganie, a wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność wzrasta (uzyskuje się roztwór gazowy w metalu).
Przy bardzo silnym nagrzaniu (temperatura powyżej 1200 stopni Celsjusza) oddziałuje z azotem i powstają azotki. Związki te mogą mieć różny skład, typowy dla tzw. berthollidów. Oddziałuje z borem, fosforem, krzemem, aw postaci stopionej - z węglem. Ostatnia reakcja zachodzi podczas redukcji manganu koksem.
Podczas interakcji z rozcieńczonym siarkowym i kwas chlorowodorowy wytwarzana jest sól i uwalniany jest wodór. Ale interakcja z mocnym kwasem siarkowym jest inna: produktami reakcji są sól, woda i dwutlenek siarki (na początku Kwas siarkowy zostaje przywrócony do siarki; ale z powodu niestabilności kwas siarkawy rozkłada się na dwutlenek siarki i wodę).
W reakcji z rozcieńczonym kwasem azotowym otrzymuje się azotan, wodę i tlenek azotu.
Tworzy sześć tlenków:
Ciekawe! Podtlenek azotu pod wpływem tlenu atmosferycznego stopniowo zamienia się w tlenek. Bezwodnik nadmanganianu nie został wyizolowany w postaci wolnej.
Podtlenek azotu jest związkiem o tak zwanym ułamkowym stopniu utlenienia. Po rozpuszczeniu w kwasach powstają dwuwartościowe sole manganu (sole z kationem Mn3+ są nietrwałe i są redukowane do związków z kationem Mn2+).
Dwutlenek, tlenek, podtlenek azotu to najbardziej stabilne tlenki. Bezwodnik manganu jest niestabilny. Istnieją analogie z innymi pierwiastkami chemicznymi:
Łatwo dostrzec analogię z chloranami i nadchloranami. Manganiany, podobnie jak chlorany, otrzymywane są pośrednio. Ale nadmanganiany można otrzymać zarówno bezpośrednio, to znaczy w reakcji bezwodnika i tlenku/wodorotlenku metalu w obecności wody, jak i pośrednio.
W chemia analityczna kation Mn2+ znalazł się w piątej grupie analitycznej. Istnieje kilka reakcji na wykrycie tego kationu:
Właściwości chemiczne
Element znajduje się w siódmej grupie. Typowy mangan - II, III, IV, VI, VII.
Zerowa wartościowość jest typowa dla substancji wolnej. Związki dwuwartościowe to sole z kationem Mn2+, związki trójwartościowe to tlenek i wodorotlenek, związki czterowartościowe to dwutlenek, a także wodorotlenek tlenku. Związki sześcio- i siedmiowartościowe są solami z anionami MnO42- i MnO4-.
Jak pozyskiwać iz czego pozyskuje się mangan? Z rud manganu i żelazo-manganu, a także z roztworów soli. Trzy różne sposoby pozyskiwanie manganu:
W pierwszym przypadku jako środek redukujący stosuje się koks, a także tlenek węgla. Metal jest odzyskiwany z rudy, w której występuje domieszka tlenków żelaza. Rezultatem jest zarówno żelazomangan (stop z żelazem), jak i węglik (co to jest węglik? jest to związek metalu z węglem).
Aby uzyskać czystszą substancję, stosuje się jedną z metod metalotermii - aluminotermię. Najpierw piroluzyt jest kalcynowany i otrzymuje się Mn2O3. Powstały tlenek miesza się następnie z proszkiem aluminiowym. Podczas reakcji uwalnia się dużo ciepła, w wyniku czego powstały metal topi się, a tlenek glinu pokrywa go żużlową „nakrętką”.
Mangan jest metalem o średniej aktywności i znajduje się w szeregu Beketowa na lewo od wodoru i na prawo od aluminium. Oznacza to, że podczas elektrolizy wodnych roztworów soli z kationem Mn2+ następuje redukcja kationu metalu na katodzie (podczas elektrolizy bardzo rozcieńczonego roztworu redukowana jest również woda na katodzie). Podczas elektrolizy wodnego roztworu MnCl2 zachodzą następujące reakcje:
MnCl2 Mn2+ + 2Cl-
Katoda (elektroda naładowana ujemnie): Mn2+ + 2e Mn0
Anoda (elektroda naładowana dodatnio): 2Cl- - 2e 2Cl0 Cl2
Końcowe równanie reakcji:
MnCl2 (el-z) Mn + Cl2
Elektroliza daje najczystszy metaliczny mangan.
Zastosowanie manganu jest dość szerokie. Zarówno sam metal, jak i jego różne połączenia. Jest stosowany w postaci wolnej w metalurgii do różnych celów:
Do produkcji ogniw galwanicznych Zn-Mn stosuje się MnO2. W elektrotechnice stosuje się MnTe i MnAs.
Zastosowanie manganu
Nadmanganian potasu, często nazywany nadmanganianem potasu, znajduje szerokie zastosowanie zarówno w życiu codziennym (do kąpieli leczniczych), jak iw przemyśle i laboratoriach. Malinowy kolor nadmanganianu blednie, gdy przez roztwór przepuszcza się nienasycone węglowodory z podwójnymi i potrójnymi wiązaniami. Po mocnym podgrzaniu nadmanganiany rozkładają się. Powoduje to wytwarzanie manganianów, MnO2 i tlenu. Jest to jeden ze sposobów uzyskania chemicznie czystego tlenu w laboratorium.
Sole kwasu nadmanganowego można otrzymać tylko pośrednio. W tym celu MnO2 miesza się ze stałymi zasadami i ogrzewa w obecności tlenu. Innym sposobem otrzymywania stałych manganianów jest kalcynacja nadmanganianów.
Roztwory manganianów mają piękny ciemnozielony kolor. Jednak roztwory te są nietrwałe i ulegają reakcji dysproporcjonowania: ciemnozielony kolor zmienia się w malinowy, wytrąca się również brązowy osad. W wyniku reakcji otrzymuje się nadmanganian i MnO2.
Dwutlenek manganu jest wykorzystywany w laboratorium jako katalizator do rozkładu chloranu potasu (sól Bertholleta), a także do otrzymywania czystego chloru. Co ciekawe, w wyniku oddziaływania MnO2 z chlorowodorem powstaje produkt pośredni - niezwykle nietrwały związek MnCl4, który rozkłada się na MnCl2 i chlor. Obojętne lub zakwaszone roztwory soli z kationem Mn2+ mają jasnoróżowy kolor (Mn2+ tworzy kompleks z 6 cząsteczkami wody).
Takowa krótki opis mangan i jego Właściwości chemiczne. Jest srebrzystobiałym metalem o średniej aktywności, oddziałuje z wodą dopiero po podgrzaniu iw zależności od stopnia utlenienia wykazuje zarówno właściwości metaliczne, jak i niemetaliczne. Jego związki są wykorzystywane w przemyśle, w domu iw laboratoriach do produkcji czystego tlenu i chloru.
