Mangan | ||||
---|---|---|---|---|
← Chrome | Fier → | ||||
| ||||
Aspectul unei substanțe simple | ||||
mangan electrolitic | ||||
Proprietățile atomului | ||||
Nume, simbol, număr | Mangan / Manganum (Mn), 25 | |||
Grup , punct , bloc |
17 (învechit 7), 4, element d |
|||
Masa atomica ( masa molara ) |
54,938045 (5) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Configuratie electronica |
[Ar] 3d 5 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 |
|||
Raza atomului | ora 127 | |||
Proprietăți chimice | ||||
raza covalentă | ora 117 | |||
Raza ionică | (+7e) 46 (+2e) 20:00 | |||
Electronegativitatea | 1,55 (scara Pauling) | |||
Potențialul electrodului | −1,180 V | |||
Stări de oxidare | 0; +1; +2; +3; +4; +5; +6; +7 | |||
Energia de ionizare (primul electron) |
716,8 (7,43) kJ / mol ( eV ) | |||
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple | ||||
Densitate (la n.a. ) | 7,21 g/cm³ | |||
Temperatură de topire | 1517 (1243°C) | |||
Temperatura de fierbere | 2235 (1961°C) | |||
Oud. căldură de fuziune | 13,4 kJ/mol | |||
Oud. căldură de evaporare | 221 kJ/mol | |||
Capacitate de căldură molară | 26,3 [2] J/(K mol) | |||
Volumul molar | 7,35 cm³ / mol | |||
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple | ||||
Structura de zăbrele | cub | |||
Parametrii rețelei | 8.890Å _ | |||
Debye temperatura | 400K _ | |||
Alte caracteristici | ||||
Conductivitate termică | (300 K) 6,87 [3] W/(m K) | |||
numar CAS | 7439-96-5 |
25 | Mangan |
Mn54,9380 | |
3d 5 4s 2 |
Manganul ( simbol chimic - Mn , din lat. Manganum ) este un element chimic din grupa a 7-a (conform clasificării învechite - un subgrup lateral al celui de-al șaptelea grup, VIIB), a patra perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 25. [ 4] .
Substanța simplă manganul este un metal de tranziție dur, dar în același timp fragil, alb argintiu . Se referă la metale neferoase .
Unul dintre principalele minerale ale manganului - piroluzitul - era cunoscut în antichitate sub numele de magnezia neagră și era folosit la topirea sticlei pentru a o limpezi. A fost considerat un fel de minereu de fier magnetic , iar faptul că nu este atras de un magnet , a explicat Pliniu cel Bătrân prin sexul feminin al magneziei negre, față de care magnetul este „indiferent”. În 1774, chimistul suedez K. Scheele a arătat că minereul conținea un metal necunoscut. El a trimis mostre din minereu prietenului său, chimistul Yu. Gan , care, prin încălzirea piroluzitului cu cărbune într-un cuptor, a obținut mangan metalic. La începutul secolului al XIX-lea, numele „manganum” a fost adoptat pentru el (din germană Manganerz - minereu de mangan).
Manganul este al 14-lea element cel mai abundent de pe Pământ , iar după fier , este al doilea metal greu conținut în scoarța terestră (0,03% din numărul total de atomi din scoarța terestră). Fracția de masă a manganului crește de la acid (600 g/t) la roci bazice (2,2 kg/t). Însoțește fierul în multe dintre minereurile sale , cu toate acestea, există și zăcăminte independente de mangan. Până la 40% din minereurile de mangan sunt concentrate în zăcământul Chiatura ( regiunea Kutaisi ). Manganul, dispersat în roci, este spălat de apă și dus în oceane. În același timp, conținutul său în apa de mare este nesemnificativ (10 -7 -10 -6 %), iar în locurile adânci ale oceanului concentrația sa crește la 0,3% datorită oxidării de către oxigenul dizolvat în apă cu formarea apei. oxid de mangan insolubil, care în formă hidratată ( 2 x H 2 O) și se scufundă în straturile inferioare ale oceanului, formând așa-numiții noduli de feromangan la fund, în care cantitatea de mangan poate ajunge la 45% (de asemenea conţin impurităţi de cupru , nichel , cobalt ). Astfel de concreții pot deveni în viitor o sursă de mangan pentru industrie.
În Rusia, este o materie primă extrem de rară, sunt cunoscute următoarele zăcăminte: Usinskoye în regiunea Kemerovo, Polunochnoye în regiunea Sverdlovsk, Porozhinskoye în teritoriul Krasnoyarsk, Yuzhno-Khinganskoye în Regiunea Autonomă Evreiască, zona Rogachevo - Tainveroyarsk -Taininskoye » câmp pe Novaya Zemlya.
Sunt cunoscute cinci modificări alotropice ale manganului - patru cu un cubic și una cu o rețea cristalină tetragonală [2] .
Unele proprietăți sunt prezentate în tabel. Alte proprietăți ale manganului:
forma oxidata |
Forma restaurată |
miercuri | E0 , V |
---|---|---|---|
Mn2 + | Mn | H + | −1,186 |
Mn3 + | Mn2 + | H + | +1,51 |
MnO2 _ | Mn3 + | H + | +0,95 |
MnO2 _ | Mn2 + | H + | +1,23 |
MnO2 _ | Mn(OH) 2 | OH- _ | −0,05 |
MnO42 _ _ | MnO2 _ | H + | +2,26 |
MnO42 _ _ | MnO2 _ | OH- _ | +0,62 |
MnO 4 - | MnO42 _ _ | OH- _ | +0,56 |
MnO 4 - | H2MnO4 _ _ _ | H + | +1,22 |
MnO 4 - | MnO2 _ | H + | +1,69 |
MnO 4 - | MnO2 _ | OH- _ | +0,60 |
MnO 4 - | Mn2 + | H + | +1,51 |
Stările de oxidare caracteristice ale manganului: 0, +2, +3, +4, +6, +7 (stările de oxidare +1, +5 sunt necaracteristice, iar starea de oxidare -1 este foarte rară).
Când este oxidat în aer, este pasivizat. Manganul pulbere arde în oxigen:
Manganul, când reacţionează cu vaporii de apă supraîncălziţi, formează hidroxid, înlocuind hidrogenul :
În acest caz, stratul de hidroxid de mangan format încetinește reacția.
Manganul absoarbe hidrogenul, cu creșterea temperaturii solubilitatea acestuia în mangan crește. La temperaturi peste 1200 ° C, interacționează cu azotul , formând nitruri de diferite compoziții .
Carbonul reacționează cu manganul topit pentru a forma carburi de Mn 3 C și altele. Mai formează siliciuri , boruri , fosfuri .
Reacționează cu acizii clorhidric și sulfuric conform ecuației
Cu acid sulfuric concentrat, reacția se desfășoară conform ecuației
Cu acid azotic diluat , reacția se desfășoară conform ecuației
Manganul este stabil în soluție alcalină.
Manganul formează următorii oxizi: MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 (neizolat în stare liberă) și anhidrida de mangan Mn 2 O 7 .
Mn 2 O 7 în condiţii normale este o substanţă uleioasă lichidă de culoare verde închis, foarte instabilă; în amestec cu acid sulfuric concentrat aprinde substanţele organice. La 90 °C Mn 2 O 7 se descompune cu o explozie. Cei mai stabili oxizi sunt Mn 2 O 3 şi MnO 2 , precum şi oxidul combinat Mn 3 O 4 (2MnO·Mn 2 O 3 sau sare Mn 2 MnO 4 ).
Când oxidul de mangan (IV) ( piroluzit ) este fuzionat cu alcalii în prezența oxigenului, se formează manganați :
Soluția de manganat are o culoare verde închis. Când se acidulează, reacția continuă
Soluția devine purpurie din cauza apariției anionului MnO 4 - și din ea precipită un precipitat maro de oxid-hidroxid de mangan (IV).
Acidul permanganic este foarte puternic, dar instabil, nu poate fi concentrat la mai mult de 20%. Acidul în sine și sărurile sale ( permanganați ) sunt agenți oxidanți puternici. De exemplu, permanganatul de potasiu , în funcție de pH -ul soluției, oxidează diverse substanțe, fiind redus la compuși de mangan cu diferite stări de oxidare. Într-un mediu acid - până la compuși de mangan (II), într-un neutru - până la compuși de mangan (IV), într-un puternic alcalin - până la compuși de mangan (VI).
La calcinare, permanganații se descompun cu eliberarea de oxigen (una dintre metodele de laborator pentru obținerea oxigenului pur). Reacția se desfășoară conform ecuației (de exemplu, permanganat de potasiu)
Sub acțiunea agenților oxidanți puternici, ionul Mn 2+ trece în ionul MnO 4 − :
Această reacție este utilizată pentru determinarea calitativă a Mn 2+ (vezi secțiunea „Determinarea prin metode de analiză chimică”).
Când soluțiile de săruri de Mn (II) sunt alcalinizate, din ele precipită un precipitat de hidroxid de mangan (II), care devine rapid maro în aer ca urmare a oxidării. Pentru o descriere detaliată a reacției, vezi secțiunea „Determinarea prin metode de analiză chimică”. În soluții apoase neutre sau acide, ionul Mn2+ formează un acvacomplex roz pal [Mn( H2O ) 6 ] 2+ .
Sărurile MnCI3 , Mn2 ( S04 ) 3 sunt instabile . Hidroxizii Mn (OH) 2 și Mn (OH) 3 sunt bazici, MnO (OH) 2 - amfoter. Clorura de mangan (IV) MnCl 4 este foarte instabilă, se descompune la încălzire, care este folosită pentru a obține clor :
Starea de oxidare zero a manganului se manifestă în compuși cu liganzi σ-donator și π-acceptor. Deci, pentru mangan, este cunoscut un carbonil cu compoziția Mn2 ( CO) 10 .
Sunt cunoscuţi şi alţi compuşi de mangan cu liganzi donor σ şi acceptor π (PF3 , NO , N2 , P ( C5H5 ) 3 ) .
Locul nașterii:
Manganul este un element monoizotopic - în natură există un singur izotop stabil 55 Mn. Toți ceilalți izotopi ai manganului sunt instabili și radioactivi , sunt obținuți artificial. Sunt cunoscuți 25 de izotopi radioactivi ai manganului, având un număr de masă și în intervalul de la 44 la 70. Cei mai stabili dintre ei sunt 53 Mn (timp de înjumătățire T 1/2 = 3,7 milioane de ani ), 54 Mn ( T 1/2 ). = 312,3 zile ) și 52 Mn ( T 1/2 = 5,591 zile ). Canalul de dezintegrare predominant pentru izotopii de lumină ai manganului ( A < 55 ) este captarea electronilor (și uneori descompunerea pozitronilor care concurează cu acesta ) în izotopii corespunzători ai cromului. Pentru izotopii grei ( A > 55 ), canalul principal de descompunere este β - -dezintegrarea în izotopii corespunzători ai fierului. Există, de asemenea, 7 izomeri (stări excitate metastabile) cu timpi de înjumătățire peste 100 ns .
Manganul sub formă de feromangan este folosit pentru a dezoxida oțelul în timpul topirii acestuia, adică pentru a elimina oxigenul din acesta. În plus, leagă sulful , ceea ce îmbunătățește și proprietățile oțelurilor. Introducerea a până la 12-13% Mn în oțel (așa-numitul oțel Hadfield ), uneori în combinație cu alte metale de aliere, întărește puternic oțelul, îl face dur și rezistent la uzură și impact (așa-numita " călire ). "). Un astfel de oțel este folosit pentru fabricarea de mori cu bile, mașini de terasament și zdrobire a pietrei, elemente de blindaj etc. Până la 20% Mn este introdus în „fontă oglindă”.
În anii 1920-1940, utilizarea manganului a făcut posibilă topirea oțelului blindat. La începutul anilor 1950, în revista „Stal” a apărut o discuție cu privire la posibilitatea reducerii conținutului de mangan din fontă și, prin urmare, refuzul de a susține un anumit conținut de mangan în procesul de topire pe foc deschis, în care, împreună cu V. I. Au participat Yavoisky și V. I. Baptizmansky , E.I. Zarvin, care, pe baza experimentelor de producție, au arătat inadecvarea tehnologiei existente. Mai târziu, el a arătat posibilitatea de a efectua un proces cu focar deschis pe fontă cu conținut scăzut de mangan. Odată cu lansarea ZSMK , a început dezvoltarea prelucrării fontei cu conținut scăzut de mangan în convertoare [6] .
Un aliaj de 83% Cu , 13% Mn și 4% Ni ( manganin ) are o rezistență electrică mare care se modifică puțin cu temperatura. Prin urmare, este utilizat pentru fabricarea de reostate etc.
Manganul este introdus în bronz și alamă .
O cantitate semnificativă de dioxid de mangan este consumată în producția de celule galvanice mangan - zinc , MnO2 este folosit în astfel de celule ca agent oxidant- depolarizant .
Compușii de mangan sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă atât în sinteza organică fină (MnO 2 și KMnO 4 ca agenți oxidanți), cât și în sinteza organică industrială (componente ale catalizatorilor de oxidare a hidrocarburilor, de exemplu, în producerea acidului tereftalic prin oxidarea p - xilenului , oxidarea parafine la acizi grași superiori) .
Arsenida de mangan are un efect magnetocaloric uriaș care crește odată cu presiunea.
Telurura de mangan este un material termoelectric promițător ( termo-EMF 500 μV/K).
Manganul aparține celui de-al cincilea grup analitic de cationi.
Reacțiile specifice utilizate în chimia analitică pentru a detecta cationii Mn 2+ sunt următoarele:
1. Alcalii caustici cu săruri de mangan (II) dau un precipitat alb de hidroxid de mangan (II):
Precipitatul din aer își schimbă culoarea în maro datorită oxidării de către oxigenul atmosferic.
Executarea reacției. Două picături dintr-o soluție alcalină se adaugă la două picături dintr-o soluție de sare de mangan. Observați schimbarea de culoare a precipitatului.
2. Peroxidul de hidrogen în prezența alcaline oxidează sărurile de mangan (II) la un compus maro închis de mangan (IV):
Executarea reacției. Patru picături dintr-o soluție alcalină și două picături dintr-o soluție de H2O2 se adaugă la două picături dintr-o soluție de sare de mangan .
3. Dioxidul de plumb PbO 2 în prezența acidului azotic concentrat , când este încălzit, oxidează Mn 2+ la MnO 4 - cu formarea acidului mangan de zmeură:
Această reacție dă un rezultat negativ în prezența agenților reducători, cum ar fi acidul clorhidric și sărurile sale, deoarece aceștia interacționează cu dioxidul de plumb, precum și cu acidul permanganic format. Cu cantități mari de mangan, această reacție nu poate fi efectuată, deoarece un exces de ioni de Mn 2+ reduce acidul permanganic rezultat HMnO 4 la MnO (OH) 2 și apare un precipitat maro în loc de culoarea purpurie. În locul dioxidului de plumb, pentru oxidarea Mn 2+ la MnO 4 - , se pot folosi și alți agenți de oxidare, de exemplu, persulfat de amoniu (NH 4 ) 2 S 2 O 8 în prezența unui catalizator - ioni Ag + sau sodiu bismut NaBiO 3 :
Executarea reacției. În eprubetă se adaugă puțin PbO2 cu o spatulă de sticlă, apoi 5 picături de acid azotic concentrat HNO3 și amestecul este încălzit într-o baie de apă clocotită. Se adaugă 1 picătură de soluție de sulfat de mangan (II) MnSO 4 la amestecul încălzit și se încălzește din nou timp de 10-15 minute, agitând din când în când conținutul tubului. Excesul de dioxid de plumb este lăsat să se depună și se observă o culoare purpurie a acidului mangan rezultat.
Când este oxidat cu bismut de sodiu, reacția se efectuează după cum urmează. Puneți 1-2 picături de soluție de sulfat de mangan (II) și 4 picături de hidroxid de sodiu 6 N într-o eprubetă. HNO 3 , se adaugă câteva boabe de bismutat de sodiu și se agită. Observați aspectul unei culori purpurie a soluției.
4. Sulfura de amoniu (NH 4 ) 2 S precipită sulfura de mangan (II), vopsită în culoarea cărnii, dintr-o soluție de săruri de mangan:
Precipitatul se dizolvă ușor în acizi minerali diluați și chiar în acid acetic.
Executarea reacției. Puneți 2 picături de soluție de sare de mangan (II) într-o eprubetă și adăugați 2 picături de soluție de sulfură de amoniu.
Manganul se găsește în organismele tuturor plantelor și animalelor, deși conținutul său este de obicei foarte scăzut, de ordinul a miimilor de procent, are un impact semnificativ asupra activității vitale, adică este un oligoelement . Manganul influențează creșterea, formarea sângelui și funcția gonadală . Foarte bogate în mangan sunt frunzele de sfeclă și fructele durian - până la 0,03%, iar cantități mari din acesta se găsesc în organismele furnicilor roșii - până la 0,05%. Unele bacterii conțin până la câteva procente de mangan.
Acumularea excesivă de mangan în organism afectează, în primul rând, funcționarea sistemului nervos central. Acest lucru se manifestă prin oboseală, somnolență, deteriorarea funcțiilor memoriei. Manganul este o otravă politropică care afectează și plămânii, sistemul cardiovascular și hepatobiliar, provoacă un efect alergic și mutagen.
Doza toxică pentru oameni este de 40 mg de mangan pe zi. Doza letală pentru om nu a fost determinată.
Atunci când este administrat pe cale orală, manganul este unul dintre cele mai puțin toxice oligoelemente. Principalele semne ale intoxicației cu mangan la animale sunt inhibarea creșterii, scăderea apetitului, metabolismul afectat al fierului și alterarea funcției creierului.
Nu există raportări de cazuri de otrăvire cu mangan la oameni cauzate de ingestia de alimente bogate în mangan. Practic, otrăvirea oamenilor se observă în cazurile de inhalare cronică a unor cantități mari de mangan la locul de muncă [7] . Se manifestă sub formă de tulburări mintale severe, inclusiv hiperiritabilitate, hipermotilitate și halucinații - „nebunia manganului”. În viitor, se dezvoltă modificări ale sistemului extrapiramidal, similar cu boala Parkinson.
De obicei, este nevoie de câțiva ani pentru a se dezvolta tabloul clinic al intoxicației cronice cu mangan. Se caracterizează printr-o creștere destul de lentă a modificărilor patologice în organism cauzate de un conținut crescut de mangan în mediu (în special, răspândirea gușii endemice, care nu este asociată cu deficiența de iod).
Dicționare și enciclopedii |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Seria de activitate electrochimică a metalelor | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |