Автор: Зина Парижева
Марганец — элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода ПСХЭ с атомным номером 25. В ядре атома марганца содержится 25 протонов и 30 нейтронов. В атоме марганца есть четыре энергетических уровня, на которых находятся 25 электронов. Характерные степени окисления марганца: 0, +2, +3, +4, +6, +7 (степени окисления +1, +5 малохарактерны ). Может проявлять максимальную валентность (7+) и давать соединения с меньшими степенями окисления. Строение атома марганца.
14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его рудах, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. Марганец, рассеянный в горных породах, вымывается водой и уносится в Мировой океан. При этом его содержание в морской воде незначительно (10−7—10−6%), а в глубоких местах океана его концентрация возрастает до 0,3 % вследствие окисления растворённым в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2·xH2O) и опускается в нижние слои океана, формируя так называемые железо-марганцевые конкреции на дне, в которых количество марганца может достигать 45 %. В России является остродефицитным сырьём, известны месторождения: «Усинское, «Полуночное», « Порожинское », «Южно- Хинганское », «Рогачёво- Тайнинская » площадь и «Северо- Тайнинское » поле.
Один из основных минералов марганца - пиролюзит - был известен в древности как чёрная магнезия и использовался при варке стекла для его осветления. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом чёрной магнезии, к которому магнит «равнодушен». Карл Шееле в 1774 году показал, что пиролюзит — соединение неизвестного металла. В том же году Юхан Готлиб Ган, стал первым человеком, который получил чистый марганец и доказал, что это отдельный элемент. Марганец получают следующими способами: Восстановлением железосодержащих оксидных руд марганца коксом. (карботермическое восстано - вление ). 2. В осстановлением Mn2O3, образующийся при про- каливании пиролюзита металлическим алюминием. MnO2 = 2Mn2O3+O2, Mn2O3+2Al = 2Mn+Al2O3 3.Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO4.
Металл серебристо-белого цвета. Наряду с железом и его сплавами относится к чёрным металлам. Известны пять аллотропных модификаций марганца - четыре с кубической и одна с тетрагональной кристаллической решёткой. 1.Плотность (н. у.) – 7,21 г/см³ 2.Температура плавления – 1517 K 3.Температура кипения – 2235 K 4.Теплопроводность при 300 K – 6,87 Вт/( м·К ) 5. Твёрдость по шкале Мооса : 4 6. Марганец парамагнитен.
I. Взаимодействие с неметаллами. 1.Легко окисляется кислородом воздуха с образованием оксидов различного состава: выше 800°С образуется смешанный оксид марганца (II, III): 3Mn + 2O2 = Mn3O4; при температуре 450 – 800°С получается оксид марганца (III): 4Mn + 3O2 = 2Mn2O3 ниже 450°С образуется оксид марганца (IV): Mn + O2 = MnO2. 2.С галогенами, кроме фтора, дает галогениды марганца (II): Mn + Cl2 = MnCl2. 3.При нагревании реагирует с серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием: Mn + S = MnS ; II.Взаимодействие с водой. При комнатной температуре очень медленно взаимодействует с водой, при нагревании с умеренной скоростью: Mn + 2H2O = MnO2 + 2H2. В щелочном растворе марганец устойчив.
III. Взаимодействие с кислотами 1.В электрохимическом ряду напряжений металлов марганец находится до водорода, он вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот, при этом образуются соли марганца (II): Mn + 2HCl = MnCl2 + H2; 2.С разбавленной азотной кислотой образует нитрат марганца (II) и оксид азота (II): 3Mn + 8HNO3 = 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O. 3.Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют марганец. Марганец растворяется в них лишь при нагревании, образуются соли марганца (II) и продукты восстановления кислоты: Mn + 2H2SO4 = MnSO4 + SO2 + 2H2O; Mn + 4HNO3 = Mn (NO3)2 + 2NO2 + 2H2O. IV.Восстановление металлов из оксидов Марганец – активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов: 5Mn + Nb2O5 = 5MnO + 2Nb.
Оксид и гидроксид марганца (II) проявляют только основные свойства. Они нерастворимы в воде, но легко растворяются в кислотах с образованием солей двухвалентного марганца. Большинство солей двухвалентного марганца хорошо растворимы в воде и подвергаются гидролизу по катиону. К труднорастворимым солям относятся средние соли – сульфид, фосфат и карбонат. В кристаллическом состоянии соли марганца (II) имеют слабо розовую окраску, в водных растворах – практически бесцветны.
В промышленности. Соединения марганца применяют и при изготовлении гальванических элементов; в производстве стекла и в керамической промышленности; в красильной и полиграфической промышленности, в сельском хозяйстве. Основной потребитель марганца - черная металлургия. Марганец в виде ферромарганца применяется для удаления кислорода из стали при её плавке. Кроме того, он связывает серу, что также улучшает свойства сталей. Такая сталь используется для изготовления шаровых мельниц, землеройных и камнедробильных машин, броневых элементов. Манганин обладает высоким электросопротивлением, мало изменяющимся с изменением температуры, поэтому его применяют для изготовления реостатов и пр. Гальваническое покрытие марганца применяется для защиты металлических изделий от коррозии. В химии. Значительное количество диоксида марганца потребляется при производстве марганцево-цинковых гальванических элементов, MnO2 используется в таких элементах в качестве окислителя-деполяризатора. Соединения марганца также широко используются как в тонком органическом синтезе (MnO2 и KMnO4 в качестве окислителей), так и промышленном органическом синтезе (например, в производстве терефталевой кислоты окислением p-ксилола, окисление парафинов в высшие жирные кислоты). В медицине. В медицине некоторые соли Марганца (например, KMnO4) применяют как дезинфицирующие средства.
Марганец является элементом, широко распространённым в природе, он присутствует в большинстве тканей растений и животных. Является микроэлементом. Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желёз. Самые высокие концентрации находятся в листьях свёклы, апельсиновой корке, винограде, ягодах, спарже, ракообразных, брюхоногих, двустворчатых. Он является важным элементом во всех известных живых организмах. Например, фермент, ответственный за превращение молекул воды в кислород во время фотосинтеза, содержит четыре атома марганца. Средний человеческий организм содержит около 12 миллиграммов этого металла. Мы получаем около 4 миллиграммов каждый день из таких продуктов, как орехи, отруби, злаки, чай и петрушка. Этот элемент делает кости скелета более прочными. Он также важен для усвоения витамина B1. Токсическая доза для человека составляет 40 мг марганца в день. Летальная доза для человека не определена. Марганец относится к наименее ядовитым микроэлементам. Главными признаками отравления марганцем у животных являются угнетение роста, понижение аппетита, нарушение метаболизма железа и изменение функции мозга.
