Metalo apimtys ir mangano cheminės savybės. Manganas (cheminis elementas)

Manganas yra vertingas metalas žmonėms.

Mangano cheminės savybės lemia platų jo, kaip žaliavos, naudojimą aukštos kokybės lydinių pramoninei gamybai. Elemento junginiai naudojami medicinoje ir žemės ūkyje.

Fizinės ir cheminės metalo savybės

1. Pirmą kartą cheminį elementą geležies rūdoje aptiko švedų chemikai. Jis buvo išgautas kaitinant rūdos medžiagos mišinį su anglimi. Dėl to buvo išgautas metalinis komponentas, kurio pavadinimas kilo iš vokiško žodžio „mangano rūda“.
2. Cheminis elementas priklauso daugeliui pereinamųjų ir gali sudaryti junginius, kurių atomai yra oksidacijos būsenoje 0. Kaitinamas, jis turi savybę išstumti vandenilį, skaidyti vandenį.
3. Gamtoje šis trapus metalas, išsiskiriantis sidabrine spalva, randamas tik junginiuose. Jis išgaunamas iš rūdos žaliavų, tarp kurių labiausiai paplitusios šios rūšys: piroliusitas, manganitas, psilomelanas, braunatas.
4. Metalas randamas mangano mazgeliuose vandenynų dugne. Jų ištraukimo iš dugno technologija yra susijusi su specialios įrangos naudojimu ir nėra pramoninio pobūdžio.
5. Manganas, oksiduodamasis ore, lengvai sudaro oksidus. Priklausomai nuo temperatūros gradiento pokyčio kaitinant, jis reaguoja su azotu, siera, siliciu. Sugerdamas vandenilį, manganas sudaro kietus tirpalus.
6. Įprastoje kambario temperatūroje jį sunku ištirpinti vandenyje. Koncentruotose rūgštyse jis ištirpsta kaitinant, sudarydamas druskas.
7. Cheminis elementas Nr. 25 yra aktyvus metalo redukcijos reakcijose iš oksidų procese. Jis išstumia metalus, sudarydamas junginį su deguonimi.

Cheminių elementų išgavimo technologija

Pagrindiniai metalo gamintojai ir tiekėjai pasaulinei rinkai yra Brazilija, Australija, Pietų Afrika ir Ukraina. Būtent šiose šalyse yra rūdos atsargų, kurios sudaro beveik 73% pasaulio.

Juodųjų metalų gamyba pramoniniu mastu prasideda nuo rūdų gavybos ir jų sodrinimo ir priklauso nuo metalo junginių su kitais elementais. Pavyzdžiui, įprastinė karbonato rūda yra iš anksto kalcinuota. Kai kuriais atvejais jis išplaunamas naudojant sieros rūgštį, po to termiškai redukuojama koksu. Kartais metalui redukuoti naudojamas aliuminis arba silicis.

Cheminiai mangano išgavimo procesai.

Grynas metalas išgaunamas elektrolizės būdu iš vandeninių mangano sulfato tirpalų.

Mangano panaudojimas pramoninėje gamyboje

1. Pagrindinė metalo dalis naudojama juodosios metalurgijos reikmėms kaip priedas, o pasauliniu mastu jo suvartojimas yra 4 vietoje po pagrindinių žaliavų: geležies, aliuminio ir vario. Manganas yra būtinas visų rūšių ketaus ir plieno elementas. Unikali mangano savybė sudaryti lydinius su dauguma metalų naudojama gaminant:

• įvairių rūšių mangano plieno;
• manganitai (lydinys, kuriame nėra geležies).

Kiti metalo pritaikymai

Pramoninėje gamyboje naudojamos cheminio elemento ir jo junginių savybės:

• kaip organinių reakcijų katalizatorius;
• neorganinėms druskoms skaidyti;
• stiklo gamybai;
• dengiant metalinius paviršius;
• keramikos pramonėje glazūrai ir emaliui dažyti
• kenksmingų medžiagų adsorbcijai;
• natūralių medžiagų (lino, vilnos) balinimui.

Atliekos, susidarančios apdorojant metalo žaliavas, dalyvaujant manganui, naudojamos žemės ūkyje, siekiant praturtinti dirvą pasėliams vertingu komponentu.

Šio elemento chemija atlieka svarbų vaidmenį medicinoje.
Mangano druskos naudojamos antiseptiniam vandeniniam tirpalui žaizdoms plauti ir nudegimams gydyti.

Cheminis elementas Nr.25 būtinas normaliai organizmo veiklai, gliukozės kiekio kraujyje reguliavimui, cukrinio diabeto profilaktikai, normaliai kasos veiklai.

Mangano trūkumas žmogaus organizme gali išprovokuoti ligas. Kasdienis žmogaus poreikis svarbiam mikroelementui yra beveik 10 mg. Jo šaltiniai organizmui yra maistas:

Kai kurios vabzdžių ir augalų rūšys sugeba sukoncentruoti šį cheminį elementą, kuris užtikrina kvėpavimo ir fotosintezės procese dalyvaujančių fermentų aktyvavimą.

Mangano mineralai, ypač piroliusitas, buvo žinomi nuo seniausių laikų. Piroliusitas buvo laikomas magnetinės geležies rūdos rūšimi ir buvo naudojamas stiklui lydyti – skaidrinimui. Tai, kad mineralo, kitaip nei tikro magnetinio geležies rūdos magneto, netraukia magnetas, buvo paaiškinta gana linksmai: buvo tikima, kad piroliusitas yra moteriškas mineralas ir neabejingas magnetui.

XVIII amžiuje manganas buvo išskirtas gryniausia forma. Ir šiandien mes apie tai kalbėsime išsamiai. Taigi, aptarsime, ar manganas yra kenksmingas, kur jo galima nusipirkti, kaip gauti mangano ir ar jis atitinka GOST.

Manganas priklauso panašiai laikotarpio 4 grupės 7 grupei. Elementas dažnas – užima 14 vietą.

Elementas priklauso sunkiųjų metalų kategorijai – jo atominė masė didesnė nei 40. Jis pasyvinamas ore – padengtas tankia oksido plėvele, kuri neleidžia toliau reaguoti su deguonimi. Dėl šios plėvelės įprastomis sąlygomis jis neaktyvus.

Kaitinamas manganas reaguoja su daugybe paprastų medžiagų, rūgščių ir bazių, sudarydamas labai skirtingų oksidacijos būsenų junginius: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Metalas yra pereinamasis metalas, todėl jis vienodai lengvai pasižymi ir redukuojančiomis, ir oksiduojančiomis savybėmis. Pavyzdžiui, su metalais, nereaguodamas sudaro kietus tirpalus.

Šis vaizdo įrašas jums pasakys, kas yra manganas:

Savybės ir skirtumai nuo kitų medžiagų

Manganas yra sidabriškai baltas metalas, tankus, kietas – neįprastai sudėtingos struktūros. Pastaroji yra medžiagos trapumo priežastis. Yra žinomos 4 mangano modifikacijos. Lydiniai su metalu leidžia stabilizuoti bet kurį iš jų ir gauti labai skirtingų savybių kietus tirpalus.

• Manganas yra vienas iš gyvybiškai svarbių mikroelementų. Be to, tai vienodai taikoma augalams ir gyvūnams. Elementas dalyvauja fotosintezėje, kvėpavimo procese, aktyvina nemažai fermentų, yra nepamainomas raumenų metabolizmo dalyvis ir pan. Mangano paros dozė žmogui yra 2–9 mg. Tiek elemento trūkumas, tiek perteklius yra vienodai pavojingi.
• Metalas yra sunkesnis ir kietesnis už geležį, tačiau gryna forma jis praktiškai nepritaikomas dėl didelio trapumo. Tačiau jo lydiniai ir junginiai turi nepaprastą reikšmę šalies ekonomikoje. Jis naudojamas juodųjų ir spalvotųjų metalų metalurgijoje, trąšų gamyboje, elektrotechnikoje, smulkiojoje organinėje sintezėje ir kt.
• Manganas labai skiriasi nuo savo pogrupio metalų. Technecis yra dirbtinai gautas radioaktyvus elementas. Renis priskiriamas išsklaidytam ir retam elementui. Borio taip pat galima gauti tik dirbtinai ir gamtoje jo nėra. Tiek technecio, tiek renio reaktyvumas yra daug mažesnis nei mangano. Praktinis pritaikymas, be branduolių sintezės, randamas tik mangane.

Manganas (nuotrauka)

Privalumai ir trūkumai

Fizinės ir cheminės metalo savybės yra tokios, kad praktiškai jos susijusios ne su pačiu manganu, o su daugybe jo junginių ir lydinių, todėl medžiagos privalumus ir trūkumus reikėtų vertinti šiuo požiūriu.

• Manganas sudaro daugybę įvairių lydinių su beveik visais metalais, o tai yra neabejotinas pranašumas.
• visiškai tarpusavyje tirpūs, tai yra, jie sudaro kietus tirpalus su bet kokiu elementų santykiu, vienarūšių savybių. Šiuo atveju lydinio virimo temperatūra bus daug žemesnė nei mangano.
• Elemento lydiniai su anglimi ir turi didžiausią praktinę reikšmę. Abu lydiniai yra labai svarbūs plieno pramonei.
• Daug ir įvairių mangano junginių naudojama chemijos, tekstilės, stiklo pramonėje, trąšų gamyboje ir kt. Šios įvairovės pagrindas yra cheminis medžiagos aktyvumas.

Metalo trūkumai siejami su jo struktūros ypatumais, kurie neleidžia paties metalo naudoti kaip konstrukcinės medžiagos.

• Pagrindinis yra trapumas ir didelis kietumas. Mn iki +707 C kristalizuojasi struktūroje, kurioje ląstelėje yra 58 atomai.
• Gana aukšta virimo temperatūra, sunku dirbti su metalu tokiais dideliais rodikliais.
• Mangano elektrinis laidumas yra labai mažas, todėl jo panaudojimas elektrotechnikoje taip pat ribotas.

Apie chemines ir fizines mangano savybes kalbėsime toliau.

Savybės ir charakteristikos

Fizinės metalo savybės labai priklauso nuo temperatūros. Atsižvelgiant į tai, kad yra net 4 modifikacijos, tai nenuostabu.

Pagrindinės medžiagos savybės yra šios:

• tankis - normalioje temperatūroje yra 7,45 g / kub. cm.Būtent ši reikšmė silpnai priklauso nuo temperatūros: pavyzdžiui, įkaitinus iki 600 C, tankis sumažėja tik 7 %;
• lydymosi temperatūra - 1244 C;
• virimo temperatūra - 2095 C;
• šilumos laidumas 25 C temperatūroje yra 66,57 W / (m · K), o tai yra žemas metalo rodiklis;
• savitoji šiluminė galia - 0,478 kJ / (kg K);
• tiesinio plėtimosi koeficientas, išmatuotas 20 ° C temperatūroje, yra lygus 22,3 · 10 -6 laipsnių -1 -; Medžiagos šiluminė talpa ir šilumos laidumas didėja tiesiškai didėjant temperatūrai;
• savitoji elektrinė varža - 1,5–2,6 mkom · m, tik šiek tiek didesnė nei švino.

Manganas yra paramagnetinis, tai yra, jis įmagnetinamas išoriniame magnetiniame lauke ir traukiamas magneto. Metalas žemoje temperatūroje virsta antiferomagnetine būsena, o pereinamoji temperatūra kiekvienai modifikacijai yra skirtinga.

Toliau aprašyta mangano struktūra ir sudėtis.

Manganas ir jo junginiai yra žemiau esančio vaizdo įrašo tema:

Struktūra ir sudėtis

Aprašytos keturios medžiagos struktūrinės modifikacijos, kurių kiekviena yra stabili tam tikrame temperatūros diapazone. Lydymasis su tam tikrais metalais gali stabilizuoti bet kurią fazę.

• Iki 707 C a modifikacija yra stabili. - kubinė kūno centre gardelė, kurios vienetinėje ląstelėje yra 58 atomai. Ši struktūra yra labai sudėtinga ir sukelia didelį medžiagos trapumą. Jo rodikliai - šiluminė talpa, šilumos laidumas, tankis, pateikiami kaip medžiagos savybės.
• 700-1079 C temperatūroje stabili yra b-fazė su to paties tipo gardelėmis, bet paprastesne struktūra: ląstelė yra 20 atomų. Šioje fazėje manganas pasižymi tam tikru plastiškumu. B modifikacijos tankis yra 7,26 g / kub. žr. Fazę lengva fiksuoti – gesinant medžiagą aukštesnėje nei fazinio virsmo temperatūra.
• Esant temperatūrai nuo 1079 C iki 1143 C G-fazė yra stabili. Jai būdinga į veidą orientuota kubinė gardelė su 4 atomų ląstele. Modifikacija yra plastikinė. Tačiau aušinimo metu fazės visiškai nustatyti neįmanoma. Perėjimo temperatūroje metalo tankis yra 6,37 g / cc. cm, normaliai - 7,21 g / kub. cm.
• Virš 1143 C ir prieš verdant d-fazė su į kūną orientuota kubine gardele, kurios ląstelėje yra 2 atomai, stabilizuojasi. Modifikacijos tankis yra 6,28 g / cc. cm.Įdomu, kad d-Mn gali pereiti į antiferomagnetinę būseną aukštoje – 303 C temperatūroje.

Fazių perėjimai turi didelę reikšmę ruošiant įvairius lydinius, juolab kad skiriasi konstrukcinių modifikacijų fizinės charakteristikos.

Mangano gamyba aprašyta toliau.

Gamyba

Iš esmės, bet yra ir nepriklausomų indėlių. Taigi Čiaturos telkinio teritorijoje yra sutelkta iki 40% pasaulio mangano rūdos atsargų.

Elementas yra išsklaidytas beveik visose uolienose ir lengvai išplaunamas. Jo kiekis jūros vandenyje nedidelis, tačiau vandenynų dugne kartu su geležimi susidaro konkrementai, kuriuose elemento kiekis siekia 45%. Šie indėliai laikomi perspektyviais tolimesnei plėtrai.

Rusijos teritorijoje didelių mangano telkinių yra nedaug, todėl Rusijos Federacijai tai itin menka žaliava.

Žymiausi mineralai yra piroliusitas, magnetitas, braunatas, mangano špatas ir kt. Elemento kiekis juose svyruoja nuo 62 iki 69%. Jie kasami karjerų arba kasyklų metodu. Paprastai rūda yra iš anksto prisotinta.

Mangano gavimas yra tiesiogiai susijęs su jo naudojimu. Pagrindinis jos vartotojas yra plieno pramonė, o jos poreikiams reikalingas ne pats metalas, o jo derinys su geležimi – feromanganu. Todėl, kalbant apie mangano gamybą, jie dažnai reiškia junginį, reikalingą juodojoje metalurgijoje.

Anksčiau feromanganas buvo gaminamas aukštakrosnėse. Tačiau dėl kokso trūkumo ir būtinybės naudoti prastas mangano rūdas, gamintojai perėjo prie lydymo elektrinėse krosnyse.

Lydymui naudojamos atviros ir uždaros krosnys, išklotos anglimi - taip gaunamas anglies feromanganas. Lydymas atliekamas esant 110-160 V įtampai, dviem būdais - srautiniu ir nesraučiu. Antrasis metodas yra ekonomiškesnis, nes leidžia visapusiškiau išgauti elementą, tačiau esant dideliam silicio dioksido kiekiui rūdoje, galimas tik srauto metodas.

• Be srauto metodas- nuolatinis procesas. Mangano rūdos, kokso ir geležies drožlių užtaisas kraunamas jį perlydant. Svarbu užtikrinti, kad redukuojančios medžiagos kiekis būtų pakankamas. Feromanganas ir šlakas vienu metu išleidžiami 5–6 kartus per pamainą.
• Silikomanganas gaminamas panašiu būdu elektrinėje lydymo krosnyje. Į įkrovą, be rūdos, įeina mangano šlakas – be fosforo, kvarcitas ir koksas.
• Metalinis manganas gauti panašus į feromangano lydymą. Žaliava yra lydinio liejimo ir pjaustymo atliekos. Išlydžius lydinį ir įkrovą, įpilama silikomangano, o likus 30 minučių iki lydymosi pabaigos pučiama suslėgtu oru.
• Gaunama chemiškai gryna medžiaga elektrolizė.

Taikymas

90 % pasaulio mangano produkcijos tenka plieno pramonės reikmėms. Be to, dauguma metalų reikalingi ne mangano lydiniams gauti, o 1% elemento. Be to, jis gali visiškai pakeisti nikelį, jei jo kiekis padidinamas iki 4–16%. Esmė ta, kad manganas stabilizuoja plieno austenito fazę.

Manganas gali žymiai sumažinti austenito perėjimo į feritą temperatūrą, o tai neleidžia nusodinti geležies karbidui. Taigi gatavas produktas įgauna didesnį standumą ir stiprumą.

Elementas manganas naudojamas norint gauti atsparų korozijai - nuo 1%. Tokia medžiaga naudojama maisto perdirbimo pramonėje gaminant įvairiausius konteinerius. Metalų lydiniai su - naudojami jūrinių varžtų, guolių, krumpliaračių ir kitų su jūros vandeniu besiliečiančių dalių gamyboje.

Jo junginiai labai plačiai naudojami nemetalurginėje pramonėje – medicinoje, žemės ūkyje, chemijos pramonėje.

Manganas yra metalas, įdomus ne tiek pats savaime, kiek daugelio jo junginių savybėmis. Tačiau sunku pervertinti jo, kaip legiravimo elemento, svarbą.

Šiame vaizdo įraše parodyta mangano oksido reakcija su aliuminiu:

APIBRĖŽIMAS

Manganas- dvidešimt penktas periodinės lentelės elementas. Pavadinimas yra Mn iš lotyniško „manganum“. Įsikūręs ketvirtajame periode, VIIB grupėje. Nurodo metalus. Šerdies įkrova yra 25.

Manganas priklauso gana paplitusiems elementams, sudaro 0,1% (masės) žemės plutos. Iš junginių, kuriuose yra mangano, labiausiai paplitęs mineralas yra piroliusitas, kuris yra mangano dioksidas MnO 2. Didelę reikšmę turi ir mineralai hausmanitas Mn 3 O 4 ir brownitas Mn 2 O 3.

Manganas, kaip paprasta medžiaga, yra sidabriškai baltas (1 pav.) kietas trapus metalas. Jo tankis yra 7,44 g / cm 3, lydymosi temperatūra yra 1245 o С.

Ryžiai. 1. Manganas. Išvaizda.

Mangano atominė ir molekulinė masė

Santykinė medžiagos molekulinė masė(M r) yra skaičius, rodantis, kiek kartų tam tikros molekulės masė yra didesnė nei 1/12 anglies atomo masės, ir elemento santykinė atominė masė(A r) - kiek kartų vidutinė cheminio elemento atomų masė yra didesnė nei 1/12 anglies atomo masės.

Kadangi manganas laisvoje būsenoje egzistuoja monatominių Mn molekulių pavidalu, jo atominės ir molekulinės masės reikšmės sutampa. Jie lygūs 54,9380.

Mangano alotropija ir alotropinės modifikacijos

Yra žinomos keturios kristalinės mangano modifikacijos, kurių kiekviena yra termodinamiškai stabili tam tikrame temperatūros diapazone. Žemiau 707 o Su stabiliu α-manganu, kurio struktūra sudėtinga – jo vienetinėje ląstelėje yra 58 atomai. Mangano struktūros sudėtingumas žemesnėje nei 707 o C temperatūroje lemia jo trapumą.

Mangano izotopai

Yra žinoma, kad gamtoje mangano galima rasti vienintelio stabilaus izotopo 55 Mn pavidalu. Masės skaičius yra 55, atomo branduolyje yra dvidešimt penki protonai ir trisdešimt neutronų.

Yra dirbtinių mangano izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 44 iki 69, taip pat septynios izomerinės branduolių būsenos. Ilgiausiai gyvenantis izotopas iš minėtųjų yra 53 Mn, jo pusinės eliminacijos laikas yra 3,74 milijono metų.

Mangano jonai

Mangano atomo išoriniame energijos lygyje yra septyni elektronai, kurie yra valentiniai:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2.

Dėl cheminės sąveikos manganas atiduoda savo valentinius elektronus, t.y. yra jų donoras ir virsta teigiamai įkrautu jonu:

Mn 0 -2e → Mn 2+;

Mn 0 -3e → Mn 3+;

Mn 0 -4e → Mn 4+;

Mn 0 -6e → Mn 6+;

Mn 0 -7e → Mn 7+.

Mangano molekulė ir atomas

Laisvoje būsenoje manganas egzistuoja monatominių Mn molekulių pavidalu. Štai keletas savybių, apibūdinančių mangano atomą ir molekulę:

Mangano lydiniai

Manganas daugiausia naudojamas legiruotojo plieno gamyboje. Mangano plienas, kuriame yra iki 15% Mn, turi didelį kietumą ir stiprumą. Iš jo gaminamos trupinimo mašinų, rutulinių malūnų darbinės dalys, geležinkelio bėgiai. Be to, manganas yra magnio lydinių komponentas; tai padidina jų atsparumą korozijai. Vario lydinys su manganu ir nikeliu - manganinas turi žemą temperatūros elektrinės varžos koeficientą. Mažais kiekiais mangano yra daugelyje aliuminio lydinių.

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Pratimas	Manganas gaunamas redukuojant mangano (III) oksidą siliciu. Techninis oksidas, sveriantis 20 g (priemaišų masės dalis yra 5,2%) redukuotas iki metalo. Apskaičiuokite gauto mangano masę.
Sprendimas	Parašykime mangano (III) oksido redukavimo siliciu į manganą reakcijos lygtį: 2Mn 2 O 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4Mn. Apskaičiuokite mangano (III) oksido masę be priemaišų: ω grynas (Mn 2 O 3) = 100 % - ω priemaiša; ω grynas (Mn 2 O 3) = 100% - 5,2 = 94,8% = 0,984. m gryno (Mn 2 O 3) = m priemaišų (Mn 2 O 3) × ω gryno (Mn 2 O 3) / 100 %; m grynas (Mn 2 O 3) = 20 × 0,984 = 19,68 g. Nustatykite mangano (III) oksido medžiagos kiekį (molinė masė - 158 g / mol): n (Mn 2 O 3) = m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3); n (Mn 2 O 3) = 19,68 / 158 = 0,12 mol. Pagal reakcijos lygtį n (Mn 2 O 3): n (Si) = 2: 3, todėl n (Si) = 3/2 × n (Mn 2 O 3) = 3/2 × 0,12 = 0,2 mol. Tada silicio masė bus lygi (molinė masė - 28 g / mol): m (Si) = n (Si) x M (Si); m (Si) = 0,2 × 28 = 5,6 g.
Atsakymas	Silicio svoris 5,6 g

2 PAVYZDYS

Pratimas	Apskaičiuokite kalio permanganato masę, reikalingą 7,9 g sveriančiam kalio sulfitui oksiduoti neutralioje terpėje.
Sprendimas	Parašykime kalio sulfito oksidacijos reakcijos su kalio permanganatu neutralioje terpėje lygtį: 2KMnO 4 + 3K 2 SO 3 + H 2 O = 2MnO 2 + 3K 2 SO 4 + 2KOH. Apskaičiuokime kalio sulfito molių skaičių (molinė masė - 158 g / mol): n (K 2 SO 3) = m (K 2 SO 3) / M (K 2 SO 3); n (K 2 SO 3) = 7,9 / 158 = 0,05 mol. Pagal reakcijos lygtį n (K 2 SO 3): n (KMnO 4) = 3: 2, o tai reiškia n (KMnO 4) = 2/3 × n (K 2 SO 3) = 2/3 × 0,05 = 0,03 mol. Kalio permanganato masė, reikalinga kalio sulfitui oksiduoti neutralioje terpėje yra (molinė masė - 158 g / mol): m (KMnO 4) = n (KMnO 4) × M (KMnO 4); m (KMnO 4) = 0,03 × 158 = 4,74 g.
Atsakymas	Kalio permanganato masė yra 4,74 g

Manganas yra vienas iš svarbiausių metalų metalurgijoje. Be to, jis apskritai yra gana neįprastas elementas, su kuriuo siejami įdomūs faktai. Svarbus gyviems organizmams, būtinas daugelio lydinių, cheminių medžiagų gamyboje. Manganas - kurio nuotrauką galite pamatyti žemiau. Šiame straipsnyje aptarsime jo savybes ir savybes.

Cheminio elemento charakteristikos

Jei kalbame apie manganą kaip elementą, pirmiausia reikia apibūdinti jo padėtį jame.

1. Jis yra ketvirtame dideliame periode, septintoje grupėje, šalutiniame pogrupyje.
2. Serijos numeris yra 25. Manganas yra cheminis elementas, kurio atomai yra +25. Elektronų skaičius yra toks pat, neutronų - 30.
3. Atominė masė yra 54,938.
4. Cheminio elemento mangano pavadinimas yra Mn.
5. Lotyniškas pavadinimas yra manganas.

Jis yra tarp chromo ir geležies, o tai paaiškina jo panašumą į juos fizinėmis ir cheminėmis savybėmis.

Manganas – cheminis elementas: pereinamasis metalas

Jei atsižvelgsime į redukuoto atomo elektroninę konfigūraciją, tada jo formulė bus tokia: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Tampa akivaizdu, kad nagrinėjamas elementas yra iš d šeimos. Penki elektronai 3d polygyje rodo atomo stabilumą, kuris pasireiškia jo cheminėmis savybėmis.

Manganas, kaip metalas, yra reduktorius, tačiau dauguma jo junginių gali turėti gana stiprų oksidacinį poveikį. Taip yra dėl įvairių šio elemento oksidacijos būsenų ir valentingumo. Tai visų šios šeimos metalų ypatumas.

Taigi manganas yra cheminis elementas, esantis tarp kitų atomų ir turintis savo ypatingų savybių. Išsamiau panagrinėkime, kokios yra šios savybės.

Manganas yra cheminis elementas. Oksidacijos būsena

Mes jau pateikėme elektroninę atomo formulę. Pasak jos, šis elementas gali parodyti keletą teigiamų oksidacijos būsenų. Tai:

Atomo valentingumas yra IV. Stabiliausi yra tie junginiai, kuriuose mangane yra +2, +4, +6 reikšmės. Aukščiausia oksidacijos būsena leidžia junginiams veikti kaip stipriausiais oksidatoriais. Pavyzdžiui: KMnO 4, Mn 2 O 7.

Junginiai su +2 yra reduktoriai, mangano (II) hidroksidas turi amfoterinių savybių, vyrauja bazinės. Tarpinės oksidacijos būsenos sudaro amfoterinius junginius.

Atradimų istorija

Manganas yra cheminis elementas, kuris buvo atrastas ne iš karto, o palaipsniui ir skirtingų mokslininkų. Tačiau žmonės jo junginius naudojo nuo seno. Mangano (IV) oksidas buvo naudojamas stiklui lydyti. Vienas italas teigė, kad cheminėje akinių gamyboje pridėjus šio junginio, jų spalva yra violetinė. Be to, ta pati medžiaga padeda pašalinti spalvotų stiklų drumstumą.

Vėliau Austrijoje mokslininkas Kaymas sugebėjo gauti metalinio mangano gabalėlį, aukštą temperatūrą taikydamas piurolysite (mangano (IV) oksidas), kalį ir anglį. Tačiau šis mėginys turėjo daug priemaišų, kurių jis negalėjo pašalinti, todėl atradimas neįvyko.

Dar vėliau kitas mokslininkas taip pat susintetino mišinį, kuriame nemaža dalis buvo gryno metalo. Tai buvo Bergmanas, kuris anksčiau buvo atradęs elementą nikelį. Tačiau užbaigti reikalo jam nebuvo lemta.

Manganas yra cheminis elementas, kurį Karlas Scheele pirmą kartą sugebėjo gauti ir išskirti paprastos medžiagos pavidalu 1774 m. Tačiau tai padarė kartu su I. Ganu, kuris baigė metalo gabalo lydymosi procesą. Tačiau net ir jiems nepavyko visiškai atsikratyti priemaišų ir gauti 100% produkto išeigą.

Nepaisant to, būtent šis laikas tapo šio atomo atradimu. Tie patys mokslininkai bandė suteikti pavadinimą, kaip ir atradėjai. Jie pasirinko terminą manganas. Tačiau atradus magnį, prasidėjo sumaištis, mangano pavadinimas pakeistas į šiuolaikinį (H. David, 1908).

Kadangi manganas yra cheminis elementas, kurio savybės yra labai vertingos daugeliui metalurginių procesų, laikui bėgant atsirado būtinybė rasti būdą, kaip jį gauti kuo grynesniu pavidalu. Šią problemą išsprendė viso pasaulio mokslininkai, tačiau sovietų chemiko R. Agladze darbų dėka ją pavyko išspręsti tik 1919 m. Būtent jis rado būdą, kaip elektrolizės būdu iš mangano sulfatų ir chloridų gauti gryną metalą, kurio medžiagos kiekis yra 99,98%. Dabar šis metodas naudojamas visame pasaulyje.

Buvimas gamtoje

Manganas yra cheminis elementas, kurio paprastos medžiagos nuotrauką galite pamatyti žemiau. Gamtoje šio atomo izotopų yra labai daug, neutronų skaičius juose stipriai svyruoja. Taigi masės skaičiai svyruoja nuo 44 iki 69. Tačiau vienintelis stabilus izotopas yra elementas, kurio vertė 55 Mn, visų likusių pusinės eliminacijos laikas yra nežymiai trumpas, arba jų yra per mažais kiekiais.

Kadangi manganas yra cheminis elementas, kurio oksidacijos laipsnis labai skiriasi, gamtoje jis taip pat sudaro daug junginių. Gryna forma šio elemento apskritai nėra. Mineraluose ir rūdose jo nuolatinis kaimynas yra geležis. Iš viso galima išskirti keletą svarbiausių uolienų, tarp kurių yra ir manganas.

1. Pirolizitas. Junginio formulė: MnO 2 * nH 2 O.
2. Psilomelanas, MnO2 * mMnO * nH2O molekulė.
3. Manganitas, formulė MnO * OH.
4. Brownitas yra mažiau paplitęs nei kiti. Formulė Mn 2 O 3.
5. Gausmanitas, formulė Mn * Mn 2 O 4.
6. Rodonitas Mn 2 (SiO 3) 2.
7. Mangano karbonato rūdos.
8. Aviečių šparagas arba rodochrozitas – MnCO 3.
9. Purpuritas – Mn 3 PO 4.

Be to, galima priskirti dar keletą mineralų, kurie taip pat apima atitinkamą elementą. Tai:

• kalcitas;
• sideritas;
• molio mineralai;
• chalcedonas;
• opalas;
• smėlio-dumblo junginiai.

Be uolienų ir nuosėdinių uolienų, mineralų, manganas yra cheminis elementas, kuris yra šių objektų dalis:

1. Augaliniai organizmai. Didžiausi šio elemento kaupikliai yra: vandens riešutas, ančiukas, diatomės.
2. Surūdiję grybai.
3. Kai kurios bakterijų rūšys.
4. Šie gyvūnai: raudonosios skruzdėlės, vėžiagyviai, moliuskai.
5. Žmonėms – paros poreikis yra maždaug 3–5 mg.
6. Pasaulio vandenyno vandenyse šio elemento yra 0,3%.
7. Bendras kiekis žemės plutoje yra 0,1 % masės.

Apskritai tai yra 14-as labiausiai paplitęs elementas mūsų planetoje. Tarp sunkiųjų metalų jis yra antras po geležies.

Fizinės savybės

Mangano, kaip paprastos medžiagos, savybių požiūriu, galima išskirti keletą pagrindinių jo fizinių savybių.

1. Paprastos medžiagos pavidalu tai yra gana kietas metalas (pagal Moso skalę rodiklis yra 4). Spalva - sidabriškai balta, ore padengta apsaugine oksido plėvele, šviečia ant pjūvio.
2. Lydymosi temperatūra yra 1246 0 С.
3. Virimas – 2061 0 C.
4. Jis turi geras laidumo savybes ir yra paramagnetinis.
5. Metalo tankis yra 7,44 g / cm3.
6. Jis egzistuoja keturių polimorfinių modifikacijų (α, β, γ, σ) pavidalu, kurios skiriasi kristalinės gardelės struktūra ir forma bei atomų tankiu. Jų lydymosi temperatūra taip pat skiriasi.

Metalurgijoje naudojamos trys pagrindinės mangano formos: β, γ, σ. Alfa yra mažiau paplitusi, nes ji yra per trapi.

Cheminės savybės

Chemijos požiūriu manganas yra cheminis elementas, kurio joninis krūvis labai svyruoja nuo +2 iki +7. Tai palieka pėdsaką jo veikloje. Laisvoje formoje ore manganas labai silpnai reaguoja su vandeniu ir ištirpsta praskiestose rūgštyse. Tačiau vos pakėlus temperatūrą, metalo aktyvumas smarkiai pakyla.

Taigi, jis gali bendrauti su:

• azotas;
• anglis;
• halogenai;
• silicio;
• fosforo;
• pilka ir kiti nemetalai.

Kaitinamas be oro prieigos, metalas lengvai virsta garų būsena. Priklausomai nuo mangano oksidacijos būsenos, jo junginiai gali būti ir reduktoriai, ir oksidatoriai. Kai kurie pasižymi amfoterinėmis savybėmis. Taigi pagrindiniai yra būdingi junginiams, kuriuose jis yra +2. Amfoterinis - +4, o rūgštus ir stiprus oksidatorius, kurio didžiausia vertė +7.

Nepaisant to, kad manganas yra pereinamasis metalas, sudėtingų junginių jam yra nedaug. Taip yra dėl stabilios elektroninės atomo konfigūracijos, nes jo 3d polygyje yra 5 elektronai.

Gavimo būdai

Pramonėje yra trys pagrindiniai mangano (cheminio elemento) gavimo būdai. Kaip lotyniškai skaitomas pavadinimas, mes jau nurodėme - manganum. Jei išversite į rusų kalbą, tai bus „taip, aš tikrai patikslinu, nuspalvinu“. Manganas šį pavadinimą skolingas dėl pasireiškusių savybių, žinomų nuo senovės.

Tačiau, nepaisant šlovės, jiems pavyko gauti jį gryna forma naudoti tik 1919 m. Tai atliekama šiais metodais.

1. Elektrolizė, produkto išeiga 99,98%. Tokiu būdu chemijos pramonėje gaunamas manganas.
2. Silicoterminis arba redukcija siliciu. Šiuo metodu sulydomas silicis ir mangano (IV) oksidas, todėl gaunamas grynas metalas. Išeiga yra apie 68%, nes mangano junginys su siliciu, kad susidarytų silicidas, yra šalutinis procesas. Šis metodas naudojamas metalurgijos pramonėje.
3. Aliuminioterminis metodas – regeneravimas aliuminiu. Taip pat neduoda per didelės produkto išeigos, manganas susidaro užterštas priemaišomis.

Šio metalo gamyba yra būtina daugeliui metalurgijos procesų. Net nedidelis mangano priedas gali labai paveikti lydinių savybes. Įrodyta, kad jame ištirpsta daug metalų, užpildydami jo kristalinę gardelę.

Šio elemento gavyba ir gamyba Rusija užima pirmąją vietą pasaulyje. Be to, šis procesas vykdomas tokiose šalyse kaip:

• Kinija.
• Kazachstanas.
• Gruzija.
• Ukraina.

Pramoninis naudojimas

Manganas – cheminis elementas, kurio naudojimas svarbus ne tik metalurgijoje. bet ir kitose srityse. Be gryno metalo, didelę reikšmę turi ir įvairūs tam tikro atomo junginiai. Išskirkime pagrindinius.

1. Yra keletas lydinių tipų, kurie mangano dėka turi unikalių savybių. Taigi, pavyzdžiui, jis yra toks tvirtas ir atsparus dilimui, kad naudojamas ekskavatorių, akmens apdirbimo mašinų, trupintuvų, rutulinių malūnų, šarvų dalių lydymui.
2. Mangano dioksidas yra nepakeičiamas galvanizavimo oksidatorius, naudojamas depoliarizatoriams kurti.
3. Daug mangano junginių reikia įvairių medžiagų organinei sintezei.
4. Kalio permanganatas (arba kalio permanganatas) medicinoje naudojamas kaip stipri dezinfekavimo priemonė.
5. Šis elementas yra bronzos, žalvario dalis, sudaro savo lydinį su variu, kuris naudojamas orlaivių turbinų, menčių ir kitų dalių gamybai.

Biologinis vaidmuo

Žmogaus paros mangano poreikis yra 3-5 mg. Šio elemento trūkumas sukelia nervų sistemos slopinimą, miego sutrikimus ir nerimą, galvos svaigimą. Jo vaidmuo dar nėra iki galo ištirtas, tačiau akivaizdu, kad pirmiausia jis turi įtakos:

• aukštis;
• lytinių liaukų veikla;
• hormonų darbas;
• kraujo susidarymas.

Šio elemento yra visuose augaluose, gyvūnuose, žmonėse, o tai įrodo jo svarbų biologinį vaidmenį.

Manganas yra cheminis elementas, apie kurį įdomūs faktai gali sužavėti bet kurį žmogų, taip pat priversti suprasti jo svarbą. Štai patys elementariausi, radę savo pėdsaką šio metalo istorijoje.

1. Sunkiais SSRS pilietinio karo laikais viena iš pirmųjų eksportuojamų produktų buvo rūda, kurioje buvo daug mangano.
2. Jei mangano dioksidas sulydomas su nitratu, o vėliau produktas ištirpinamas vandenyje, prasidės nuostabūs virsmai. Pirma, tirpalas taps žalias, tada spalva pasikeis į mėlyną, tada violetinę. Galiausiai jis taps tamsiai raudonas ir palaipsniui iškris rudos nuosėdos. Jei mišinys bus suplaktas, tada vėl bus atkurta žalia spalva ir viskas pasikartos. Dėl to kalio permanganatas gavo savo pavadinimą, kuris verčiamas kaip „mineralinis chameleonas“.
3. Jei dirvožemyje bus tręšiamos mangano turinčios trąšos, padidės augalų produktyvumas ir fotosintezės greitis. Žieminiai kviečiai suformuos geresnius grūdus.
4. Didžiausias mangano mineralinio rodonito blokas svėrė 47 tonas ir buvo rastas Urale.
5. Yra trijų komponentų lydinys, vadinamas manganinu. Jį sudaro tokie elementai kaip varis, manganas ir nikelis. Jo išskirtinumas yra tai, kad jis turi didelę elektrinę varžą, kuri nepriklauso nuo temperatūros, bet yra įtakojama slėgio.

Žinoma, tai dar ne viskas, ką galima pasakyti apie šį metalą. Manganas yra cheminis elementas, apie kurį įdomių faktų yra gana įvairių. Ypač jei kalbame apie savybes, kurias jis suteikia įvairiems lydiniams.

Šį piroliusito pavidalo elementą (mangano dioksidas, MnO 2) priešistoriniai Lascaux urvo menininkai Prancūzijoje naudojo maždaug prieš 30 000 metų. Naujausiais laikais senovės Egipte stiklo gamintojai naudojo šio metalo turinčius mineralus, kad pašalintų blyškiai žalsvą natūralaus stiklo atspalvį.

Puikios rūdos buvo aptikti Magnezijos regione, Graikijos šiaurėje, į pietus nuo Makedonijos, ir tada prasidėjo painiava dėl pavadinimo. Įvairios regiono rūdos, kuriose buvo ir magnio, ir mangano, buvo tiesiog vadinamos magnezija. XVII amžiuje terminas alba magnezija arba baltoji magnezija buvo priimta apibūdinti magnio mineralus, o juodosios magnezijos pavadinimas buvo naudojamas tamsesniems mangano oksidams.

Beje, garsieji šiame regione rasti magnetiniai mineralai buvo pavadinti magnezijos akmeniu, kuris ilgainiui tapo šiandieniniu magnetu. Sumišimas tęsėsi kurį laiką, kol XVIII amžiaus pabaigoje Švedijos chemikų grupė padarė išvadą, kad manganas yra atskiras elementas. 1774 m. grupės narys pristatė šias išvadas Stokholmo akademijai, o tais pačiais metais Johanas Gottliebas Hahnas tapo pirmuoju žmogumi, gavusiu gryną manganą ir kad tai atskiras daiktas.

Manganas – cheminis elementas, mangano savybės

Tai sunkus, sidabriškai baltas metalas, kuris po atviru dangumi lėtai tamsėja. Kietesnis ir trapesnis už geležį, jo savitasis sunkis yra 7,21, o lydymosi temperatūra – 1244 °C. Cheminis simbolis Mn, atominė masė 54,938, atominis skaičius 25. Kaip formulių dalis skaitosi kaip manganas, pavyzdžiui, KMnO 4 – kalio manganas apie keturis. Tai labai paplitęs elementas uolienose, jo kiekis vertinamas 0,085% žemės plutos masės.

Yra daugiau nei 300 skirtingų mineralų kuriame yra šis elementas. Dideli žemės telkiniai randami Australijoje, Gabone, Pietų Afrikoje, Brazilijoje ir Rusijoje. Tačiau jis dar labiau išsidėstęs vandenyno dugne, daugiausia 4–6 kilometrų gylyje, todėl ten jo išgauti komerciškai neapsimoka.

Oksiduotų geležies mineralų (hematito, magnetito, limonito ir siderito) yra 30% šio elemento. Kitas galimas šaltinis yra molio ir raudonojo purvo nuosėdos, kuriose yra iki 25% mazgų. Daugiausia gryno mangano gautas vandeninių tirpalų elektrolizės būdu.

Manganas ir chloras yra periodinės lentelės VII grupėje, tačiau chloras yra pagrindiniame pogrupyje, o manganas yra šalutiniame pogrupyje, kuriame taip pat yra technecio Tc ir renio Ke – pilni elektroniniai analogai. Manganas Mn, technecis Tc ir renis Ke yra pilni elektroniniai analogai su valentinių elektronų konfigūracija.

Šis elementas yra nedideliais kiekiais ir žemės ūkio paskirties dirvose. Daugelyje vario, aliuminio, magnio, nikelio lydinių įvairūs procentai suteikia jiems specifinių fizinių ir technologinių savybių:

• atsparumas dilimui;
• karščiui atsparus;
• Atsparumas korozijai;
• lydomumas;
• elektrinė varža ir kt.

Mangano valencijos

Mangano oksidacijos laipsnis yra nuo 0 iki +7. Dvivalentės oksidacijos būsenoje manganas pasižymi ryškiu metaliniu pobūdžiu ir dideliu polinkiu sudaryti sudėtingus ryšius. Keturiavalentės oksidacijos metu vyrauja tarpinis pobūdis tarp metalinių ir nemetalinių savybių, o šešiavalentis ir septyniavalentis turi nemetalinių savybių.

Oksidai:

Formulė. Spalva

Biochemija ir farmakologija

Manganas yra natūralus elementas, randamas daugumoje augalų ir gyvūnų audinių. Didžiausios koncentracijos nustatomos:

• apelsino žievėje;
• vynuogėse;
• uogose;
• šparaguose;
• vėžiagyviuose;
• pilvakojų;
• dvigeldžiuose.

Viena iš svarbiausių biologijos reakcijų – fotosintezė – visiškai priklauso nuo šio elemento. Tai žvaigždės žaidėjas fotosistemos II reakcijos centre, kur vandens molekulės paverčiamos deguonimi. Be jo fotosintezė neįmanoma..

Tai būtinas visų žinomų gyvų organizmų elementas. Pavyzdžiui, fermente, atsakingame už vandens molekulių pavertimą deguonimi fotosintezės metu, yra keturi mangano atomai.

Vidutiniame žmogaus kūne yra apie 12 miligramų šio metalo. Kiekvieną dieną gauname apie 4 miligramus iš maisto produktų, tokių kaip riešutai, sėlenos, grūdai, arbata ir petražolės. Šis elementas sustiprina skeleto kaulus. Jis taip pat svarbus vitamino B1 pasisavinimui.

Privalumai ir kenksmingos savybės

Šis mikroelementas, turi didelę biologinę reikšmę: veikia kaip porfirinų biosintezės katalizatorius, o po to hemoglobinas gyvūnams ir chlorofilas žaliuose augaluose. Jo buvimas taip pat yra būtina sąlyga įvairių mitochondrijų fermentų sistemų, kai kurių lipidų apykaitos fermentų ir oksidacinio fosforilinimo procesų veiklai.

Garai ar geriamasis vanduo, užteršti šio metalo druskomis, sukelia dirginančius kvėpavimo takų pokyčius, lėtinę intoksikaciją su progresuojančia ir negrįžtama tendencija, kuriai būdingas centrinės nervų sistemos bazinių ganglijų pažeidimas, o vėliau panašus ekstrapiramidinio tipo pažeidimas. į Parkinsono ligą.

Toks apsinuodijimas dažnai būna profesionalus charakteris. Tai liečia darbuotojus, dirbančius šio metalo ir jo darinių apdirbime, taip pat chemijos ir metalurgijos pramonės darbuotojus. Medicinoje jis naudojamas kalio permanganato pavidalu kaip sutraukiantis, vietinis antiseptikas, taip pat kaip priešnuodis nuo alkaloidų pobūdžio (morfino, kodeino, atropino ir kt.).

Kai kuriuose dirvožemiuose šio elemento yra mažai, todėl jo dedama į trąšas ir duodama kaip maisto priedą gyvuliams ganyti.

Manganas: taikymas

Kaip grynas metalas, išskyrus ribotą naudojimą elektrotechnikos srityje, šis elementas neturi kitų praktinių pritaikymų, tuo pačiu yra plačiai naudojamas lydiniams ruošti, plieno gamybai ir kt.

Kai Henris Bessemeris išrado plieno gamybos procesą 1856 m., jo plienas buvo sunaikintas karšto valcavimo būdu. Problema buvo išspręsta tais pačiais metais, kai buvo nustatyta, kad į išlydytą geležį įpylus nedidelius šio elemento kiekius, problema išspręsta. Šiandien plieno gamybai sunaudojama apie 90 % viso mangano.