Марганець - елемент побічної підгрупи сьомийгрупи четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва,з атомним номером 25. Позначається символом Mn (лат. Manganum , манганум , у складіформул по-російськи читається як марганець , наприклад, KMnO4 - каліймарганець про чотири ; але нерідко читають і як манган ). Проста речовина марганець (CAS-номер: 7439-96-5) - метал сріблясто-білого кольору.Відомі п'ять аллотропних модифікацій марганцю - чотири з кубічною і одна зтетрагона кристалічною решіткою.
Один зосновних матеріалів марганцю - піролюзит - був відомий в давнину як чорнамагнезія і використовувався при варінні скла для його освітлення. Його вважалирізновидом магнітного залізняку, а той факт, що він не притягуєтьсямагнітом, Пліній Старший пояснив жіночою статтю чорної магнезії, до якогомагніт В«байдужийВ». У 1774 р. шведський хімік К. Шеєле показав, що в рудіміститься невідомий метал. Він послав зразки руди своєму другові хіміку Ю.Гану, який, нагріваючи в грубці піролюзит з вугіллям, отримав металевиймарганець. На початку XIX століття для нього було прийняте назва В«манганумВ» (віднімецького Manganerz - марганцева руда).
Марганецьтвердий крихкий метал. Відомі чотири кубічні модифікації металевогомарганцю. При температурах від кімнатної і до 710 В° C стійкий a-Mn, параметр решіткиа = 0,89125 нм, щільність 7,44 кг/дм3. В інтервалі температур 710-1090 В° Cіснує b-Mn, параметр гратки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137 В° C -g-Mn, параметр гратки а = 0,38550 нм. Нарешті, при температурі від 1137 В° C і дотемператури плавлення (1244 В° C) стійкий d-Mn з параметром решітки а = 0,30750нм. Модифікації a, b, і d тендітні, g-Mn пластичний. Температура кипіння марганцюблизько 2080 В° C.
На повітрімарганець окислюється, в результаті чого його поверхня покривається щільноюоксидною плівкою, яка оберігає метал від подальшого окислення. Припрожаренні на повітрі вище 800 В° C марганець покривається окалиною, що складається ззовнішнього шару Mn3O4 і внутрішнього шару складу MnO.
Марганецьутворює кілька оксидів: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 і Mn2O7. Всі вони, крімMn2O7, що представляє собою при кімнатній температурі маслянисту зеленурідина з температурою плавлення 5,9 В° C, тверді кристалічні речовини.
Монооксидмарганцю MnO утворюється при розкладанні солей двовалентного марганцю (карбонатута інших) при температурі близько 300 В° C в інертній атмосфері:
MnCO3 = MnO+ CO2
Цей оксидмає напівпровідниковими властивостями. При розкладанні MnOОН можна отриматиMn2O3. Цей же оксид марганцю утворюється при нагріванні MnO2 на повітрі притемпературі приблизно 600 В° C:
4MnO2 =2Mn2O3 + O2
Оксид Mn2O3відновлюється воднем до MnO, а під дією розбавлених сірчаної таазотної кислот переходить в діоксид марганцю MnO2.
Якщо MnO2прожарювати при температурі близько 950 В° C, то спостерігається відщеплення кисню іутворення оксиду марганцю складу Mn3O4:
3MnO2 =Mn3O4 + O2
Цей оксидможна представити як MnO В· Mn2О3, і за властивостями Mn3О4 відповідає суміші цихоксидів.
Діоксидмарганцю MnO2 - найбільш поширене природне з'єднання марганцю вприроді, існуюче в декількох поліморфних формах. Так званаb-модифікація MnO2 - це вже згадуваний мінерал піролюзит. Ромбічнамодифікація діоксиду марганцю, g-MnO2 також зустрічається в природі. Це -мінерал рамсделіт (інша назва - Поліанна).
Діоксидмарганцю нестехіометрічен, в його решітці завжди спостерігається дефіцит кисню.Якщо оксиди марганцю, що відповідають його більш низьким ступенями окислення, ніж +4, -основні, то діоксид марганцю має амфотерні властивості. При 170 В° C MnO2можна відновити воднем до MnO.
Якщо доперманганату калію KMnO4 додати концентровану сірчану кислоту, тоутворюється кислотний оксид Mn2O7, що володіє сильними окиснимивластивостями:
2KMnO4 + 2H2SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H2O.
Mn2O7 - кислотнийоксид, йому відповідає сильна, не існуюча у вільному стані марганцоваякислота НMnO4.
Привзаємодії марганцю з галогенами утворюються дігалогеніди MnHal2. У випадкуфтору можливо також утворення фторидів складу MnF3 і MnF4, а в разі хлору- Також трихлорида MnCl3. Реакції марганцю з сіркою призводять до утвореннясульфідів складів MnS (існує в трьох поліморфних формах) і MnS2. Відомаціла група нітридів марганцю: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.
З фосфороммарганець утворює фосфіди складів MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 і Mn4P.Відомо кілька карбідів і силіцидів марганцю.
З холодноюводою марганець реагує дуже повільно, але при нагріванні швидкість реакціїзначно зростає, утворюється Mn (OH) 2 і виділяється водень. Привзаємодії марганцю з кислотами утворюються солі марганцю (II):
Mn + 2HCl =MnCl2 + H2.
Зрозчинів солей Mn2 + можна осадити погано розчинна у воді підставу середньоїсили Mn (OH) 2:
Mn (NO3) 2 + 2NaOH = Mn (OH) 2 + 2NaNO3
марганцювідповідає кілька кислот, з яких найбільш важливі сильні нестійкімарганцоватая кислота H2MnO4 і марганцева кислота HMnO4, солі яких -відповідно, манганати (наприклад, манганат натрію Na2MnO4) і перманганату(Наприклад, перманганат калію KMnO4).
Манганат(Відомі манганати тільки лужних металів і барію) можуть проявляти властивостіяк окислювачів (частіше)
2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,
так івідновників
2K2MnO4 +Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.
У воднихрозчинах манганати диспропорционируют на з'єднання марганцю (+4) та марганцю(+7):
3K2MnO4 +3Н2О = 2KMnO4 + MnO2 В· Н2О + 4КОН.
При цьомузабарвлення розчину із зеленої переходить у синю, потім у фіолетову і малинову.За здатність змінювати забарвлення своїх розчинів К. Шеєле назвав манганат каліюмінеральним хамелеоном.
перманганату- Сильні окислювачі. Наприклад, перманганат калію KMnO4 в кислому середовищі окисляєсірчистий газ SO2 до сульфату:
2KMnO4 + 5SO2 +2 H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4.
Притиску близько 10 МПа безводний MnCl2 у присутності металоорганічнихз'єднань реагує з оксидом вуглецю (II) CO з утворенням біядернихкарбонила Mn2 (CO) 10.
Промисловеотримання марганцю починається з видобутку і збагачення руд. Якщо використовуютькарбонатну руду марганцю, то її попередньо піддають випалу. У деякихвипадках руду далі піддають сірчанокислотного вилуговування. Потім зазвичаймарганець в отриманому концентраті відновлюють за допомогою коксу(Карботерміческое відновлення). Іноді в ролі відновлювача використовуютьалюміній або кремній. Для практичних цілей найчастіше використовуютьферомарганець, отриманий в доменному процесі при відновленні руд заліза імарганцю коксом. У феромарганцю вміст вуглецю становить 6-8% по масі.
Чистиймарганець отримують електролізом водних розчинів сульфату марганцю MnSO4,який проводять у присутності сульфату амонію (NH4) 2SO4. більше 90%виробленого марганцю йде в чорну металургію. Марганець використовують якдобавку до сталям для їх розкислення, десульфурації (при цьому відбуваєтьсявидалення зі сталі небажаних домішок - кисню, сірки та інших), а такождля легування сталей, тобто поліпшення їх механічних та корозійних властивостей.Марганець застосовується також в мідних, алюмінієвих і магнієвих сплавах. Покриттяз марганцю на металевих поверхнях забезпечують їх антикорозійнузахист. Для нанесення тонких покриттів з марганцю використовують легко летючий ітермічно нестабільний біядерних декакарбоніл Mn2 (CO) 10.
Сполукимарганцю (карбонат, оксіди й інші) використовують при виробництві феритнихматеріалів, вони служать каталізаторами багатьох хімічних реакцій, входять всклад мікродобрив. Перманганат калію застосовують для відбілювання льону тавовни, знебарвлення технологічних розчинів, як окислювач органічнихречовин. У медицині застосовують деякі солі марганцю. Наприклад, перманганаткалію використовують як антисептичний засіб у вигляді водного ...
