Марганец физические свойства

11.3. Распространенность в природе

Полиморфные модификации марганца

Известны четыре кубические кристаллические модификации марганца: ниже 710 °С устойчива α-форма, при 710–1090 °С – β-форма, при 1090–1137 °С – γ-форма, выше – δ-форма. При охлаждении до комнатной температуры γ-форма переходит в тетрагональную кристаллическую модификацию.

Марганец – довольно распространенный элемент, его содержание в земной коре составляет 0,1 мас. %. В свободном состоянии не встречается, образует большое количество собственных минералов, основными из которых являются: пиролюзит MnO2, манганит Mn2O3 · H2O, родохрозит MnCO3, гаусманит Mn3O4, родонит MnSiO3, псиломелан mMO · nMnO2 · xH2O, где М – Ba, Ca, K, Mn (II). Содержится в океанической воде.

11.4. Физические свойства марганца

Марганец – серебристо-белый металл, кристаллизуется в нескольких полиморфных модификациях. Температура плавления 1245°С, температура кипения 2200°С, плотность 7,44 г/см3. При нормальных условиях марганец твердый и хрупкий, проводит электрический ток. Очень чистый марганец можно прокатывать и штамповать.

На воздухе марганец покрыт прочной оксидной пленкой.

11.10.

Физические и химические свойства марганца

Соединения марганца (VII)

Оксид марганца (VII) Mn2O7– маслянистая жидкость черно-зеленого цвета, выше 50°С разлагается с образованием кислорода и низших оксидов, при более высокой температуре взрывается:

Проявляет кислотные свойства. Реагирует с водой, образуя марганцовую кислоту:

Оксид марганца можно получить только косвенным путем:

2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O.

Марганцовая кислота – сильная кислота, очень неустойчивая, разлагается уже выше 3°С:

4HMnO4 = 4MnO2 + 2H2O + 3O2.

Соли марганцевой кислоты – перманганаты – содержат в составе перманганат-ион MnO4-, в растворе – фиолетового цвета. Проявляют окислительные свойства, в кислой среде образуются соединения марганца (II):

2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O

в нейтральной – марганца (IV):

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH

в щелочной – марганца (VI):

2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O

При нагревании разлагаются:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.

Перманганат калия получается по следующей схеме:

2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O;

затем манганат переводится в перманганат электрохимическим окислением, суммарное уравнение процесса имеет вид:

2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH + Н2.

Mn — Марганец

МАРГАНЕЦ (лат. Manganum), Mn, химический элемент с атомным номером 25, атомная масса 54,9380. Химический символ элемента Mn произносится так же, как и название самого элемента. Природный марганец состоит только из нуклида 55Mn. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома марганца 3s2p6d54s2. В периодической системе Д. И. Менделеева марганец входит в группу VIIВ, к которой относятся также технеций и рений, и располагается в 4-м периоде. Образует соединения в степенях окисления от +2 (валентность II) до +7 (валентность VII), наиболее устойчивы степени окисления +2 и +7. У марганца, как и у многих других переходных металлов, известны также соединения, содержащие атомы марганца в степени окисления 0.

Радиус нейтрального атома марганца 0,130 нм, радиус иона Mn2+ — 0,080-0,104 нм, иона Mn7+ — 0,039-0,060 нм. Энергии последовательной ионизации атома марганца 7,435, 15,64, 33,7, 51,2, 72,4 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность марганца 1,55; марганец принадлежит к числу переходных металлов.

Марганец в компактном виде — твердый серебристо-белый металл.

Физические и химические свойства: марганец твердый хрупкий металл. Известны четыре кубические модификации металлического марганца. При температурах от комнатной и до 710°C устойчив a-Mn, параметр решетки а = 0,89125 нм, плотность 7,44 кг/дм3. В интервале температур 710-1090°C существует b-Mn, параметр решетки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137°C — g-Mn, параметр решетки а = 0,38550 нм. Наконец, при температуре от 1137°C и до температуры плавления (1244°C) устойчив d-Mn с параметром решетки а = 0,30750 нм. Модификации a, b, и d хрупкие, g-Mn пластичен. Температура кипения марганца около 2080°C.

На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO.

Марганец образует несколько оксидов: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7. Все они, кроме Mn2O7, представляющего собой при комнатной температуре маслянистую зеленую жидкость с температурой плавления 5,9°C, твердые кристаллические вещества.

Монооксид марганца MnO образуется при разложении солей двухвалентного марганца (карбоната и других) при температуре около 300°C в инертной атмосфере:

MnCO3 = MnO + CO2

Этот оксид обладает полупроводниковыми свойствами. При разложении MnOОН можно получить Mn2O3. Этот же оксид марганца образуется при нагревании MnO2 на воздухе при температуре примерно 600°C:

4MnO2 = 2Mn2O3 + O2

Оксид Mn2O3 восстанавливается водородом до MnO, а под действием разбавленных серной и азотной кислот переходит в диоксид марганца MnO2.

Если MnO2 прокаливать при температуре около 950°C, то наблюдается отщепление кислорода и образование оксида марганца состава Mn3O4:

3MnO2 = Mn3O4 + O2

Этот оксид можно представить как MnO·Mn2О3, и по свойствам Mn3О4 соответствует смеси этих оксидов.

Диоксид марганца MnO2 — наиболее распространенное природное соединение марганца в природе, существующее в нескольких полиморфных формах. Так называемая b-модификация MnO2 — это уже упоминавшийся минерал пиролюзит. Ромбическая модификация диоксида марганца, g-MnO2 также встречается в природе. Это — минерал рамсделит (другое название — полианит).

Диоксид марганца нестехиометричен, в его решетке всегда наблюдается дефицит кислорода. Если оксиды марганца, отвечающие его более низким степеням окисления, чем +4, — основные, то диоксид марганца обладает амфотерными свойствами. При 170°C MnO2 можно восстановить водородом до MnO.

Если к перманганату калия KMnO4 добавить концентрированную серную кислоту, то образуется кислотный оксид Mn2O7, обладающий сильными окислительными свойствами:

2KMnO4 + 2H2SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H2O.

Mn2O7 — кислотный оксид, ему отвечает сильная, не существующая в свободном состоянии марганцовая кислота НMnO4.

При взаимодействии марганца с галогенами образуются дигалогениды MnHal2. В случае фтора возможно также образование фторидов состава MnF3 и MnF4, а в случае хлора — также трихлорида MnCl3. Реакции марганца с серой приводят к образованию сульфидов составов MnS (существует в трех полиморфных формах) и MnS2. Известна целая группа нитридов марганца: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.

С фосфором марганец образует фосфиды составов MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и Mn4P. Известно несколько карбидов и силицидов марганца.

С холодной водой марганец реагирует очень медленно, но при нагревании скорость реакции значительно возрастает, образуется Mn(OH)2 и выделяется водород. При взаимодействии марганца с кислотами образуются соли марганца (II):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.

Из растворов солей Mn2+ можно осадить плохо растворимое в воде основание средней силы Mn(OH)2:

Mn(NO3)2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaNO3

Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H2MnO4 и марганцовая кислота HMnO4, соли которых — соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na2MnO4) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO4).

Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще)

2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,

так и восстановителей

2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.

В водных растворах манганаты диспропорционируют на соединения марганца (+4) и марганца (+7):

3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2·Н2О + 4КОН.

При этом окраска раствора из зеленой переходит в синюю, затем в фиолетовую и малиновую. За способность изменять окраску своих растворов К. Шееле назвал манганат калия минеральным хамелеоном.

Перманганаты — сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет сернистый газ SO2 до сульфата:

2KMnO4 + 5SO2 +2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4.

При давлении около 10 МПа безводный MnCl2 в присутствии металлоорганических соединений реагирует с оксидом углерода (II) CO с образованием биядерного карбонила Mn2(CO)10.

История открытия: один из основных материалов марганца — пиролюзит — был известен в древности как черная 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 черной магнезии, к которому магнит «равнодушен». В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале 19 в. для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz — марганцевая руда).

Нахождение в природе: в земной коре содержание марганца составляет около 0,1 % по массе. В свободном виде марганец не встречается. Из руд наиболее распространены пиролюзит MnO2 (содержит 63,2 % марганца), манганит MnO2·Mn(OH)2 (62,5 % марганца), браунит Mn2O3 (69,5 % марганца), родохрозит MnCo3 (47,8 % марганца), псиломелан mMnO·MnO2·nH2O (45-60% марганца) и ряд других. Марганец содержат железо-марганцевые конкреции, которые в больших количествах (сотни миллиардов тонн) находятся на дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов. В морской воде содержится около 1,0·10–8 % марганца. Промышленного значения эти запасы марганца пока не имеют из-за сложности подъема конкреций на поверхность.

промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения руд. Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление).

2. Физические и химические свойства

Иногда в качестве восстановителя используют алюминий или кремний. Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе при восстановлении руд железа и марганца коксом. В ферромарганце содержание углерода составляет 6-8 % по массе.

Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO4, который проводят в присутствии сульфата аммония (NH4)2SO4.

Применение: более 90% производимого марганца идет в черную металлургию. Марганец используют как добавку к сталям для их раскисления, десульфурации (при этом происходит удаление из стали нежелательных примесей — кислорода, серы и других), а также для легирования сталей, т. е. улучшения их механических и коррозионных свойств. Марганец применяется также в медных, алюминиевых и магниевых сплавах. Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту. Для нанесения тонких покрытий из марганца используют легко летучий и термически нестабильный биядерный декакарбонил Mn2(CO)10.

Соединения марганца (карбонат, оксиды и другие) используют при производстве ферритных материалов, они служат катализаторами многих химических реакций, входят в состав микроудобрений.

Биологическая роль: марганец — микроэлемент, постоянно присутствующий в живых организмах и необходимый для их нормальной жизнедеятельности. Содержание марганца в растениях составляет 10–4-10–2 %, в животных 10–3-10–5 %, некоторые растения (водяной орех, ряска, диатомовые водоросли) и животные (муравьи, устрицы, ряд ракообразных) способны концентрировать марганец. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 12 мг марганца. Марганец необходим животным и растениям для нормального роста и размножения. Он активирует ряд ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтеза, влияет на проветривание и минеральный обмен.

Человек с пищей получает ежедневно 0,4-10 мг марганца. Недостаток марганца в организме может привести к заболеванию человека. Для обеспечения нормального развития растений в почву вносят марганцевые микроудобрения (обычно в форме разбавленного раствора перманганата калия). Однако избыток марганца для человеческого организма вреден. При отравлении соединениями марганца происходит поражение нервной системы, развивается так называемый марганцевый паркинсонизм. ПДК в расчете на марганец для воздуха 0,03 мг/м3. Токсическая доза (для крыс) — 10-20 мг.

Похожие главы из других работ:

Альдегиды

ОБЩИЕ СВОЙСТВА КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

Карбонильные соединения содержат в молекуле карбонильную группу Карбонильные соединения делятся на альдегиды и кетоны Строение карбонильной группы C=O. Свойства альдегидов и кетонов определяются строением карбонильной группы >C=O…

Изучение процесса и отработка технологии гидролиза растительных отходов с целью получения спиртов

3.1 Свойства исходных соединений

Глюкоза синтезируется из целлюлозы по стандартной методике. Свойства глюкозы соответствуют литературным данным [2, 8]…

Комплексные соединения в аналитической химии

3. Химические свойства комплексных соединений

Комплексные соединения в аналитической химии

3.4 Кислотно-основные свойства комплексных соединений

Комплексные соединения могут проявлять кислотно-основные свойства за счет ионов Н+ и ОН~ внешней сферы: кислоты: H2[SiF6] 2Н+ + [SiF6]2- основания: [Аg(NН3)2]ОН [Аg(NН3)2]+ + ОН- и, кроме того, за счет диссоциации их лигандов…

Люминесцентные свойства нанопорошков состава EuxAlyOz, синтезированных золь-гель методом

1.2 Люминесцентные свойства европия в составе различных комплексных соединений

Сенсибилизированная люминесценция (СЛ) европия (III) и тербия (III) в их комплексах с различными лекарственными препаратами эффективно используется для определения последних…

Люминесцентные свойства нанопорошков состава EuxAlyOz, синтезированных золь-гель методом

1.3 Люминесцентные свойства Eu3+-Al-cодержащих комплексных соединений

Узкая красная люминесценция европия делает материалы на его основе очень востребованными, но прямое возбуждение иона европия невозможно: молярный коэффициент поглощения иона Eu3+ составляет менее 10 л/(моль см)…

Магний и его свойства

4. Химические свойства магния и его соединений

Взаимодействие с водородом при повышенной температуре приводит к твердому гидриду MgH: Mg + H = MgH (4.1) На воздухе в компактном состоянии он устойчив, но мелко раздробленный способен самовозгораться…

Марганец и хром. Биологическая роль, нормы потребления. Пищевые источники микроэлементов

1.6 Химические свойства хрома и его соединений

марганец хром микроэлемент организм Хром устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами…

Нанесение защитных покрытий на поверхностные источники ионизирующего излучения методом осаждения хромовых покрытий термическим разложением паров хроморганической жидкости

1.4.2 Свойства хромовых покрытий, полученных термическим разложением бис-ареновых соединений хрома

Как правило, полученные в оптимальных условиях пленки хрома были сплошными и равномерными. При малых толщинах пленка повторяет рельеф поверхности…

Свойства элементов подгруппы меди

6.

Химический элемент марганец: свойства и области применения

Свойства соединений меди, серебра и золота

Медь, серебро и золото образуют оксиды состава , где они проявляют низшую степень окисления +1, которым соответствуют гидроксиды — основания средней силы…

Свойства элементов подгруппы меди

7. Токсичные свойства меди, серебра, золота и их соединений

Все соли меди ядовиты, раздражают слизитые, поражают желудочно-кишечный тракт, вызывают тошноту, рвоту, заболевание печени. При вдыхании пыли меди развивается хроническое отравлении. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) для аэрозолей 1 мг/м3…

Сорбционное извлечение и ВЭЖХ-определение фенольных веществ в растительных материалах

1.2 Свойства фенольных соединений и их нахождение в растительных материалах

Фенолкарбоновые кислоты широко распространены в растениях, особенно в составе дубильных веществ. Они содержатся в растительных тканях в связанной форме и высвобождаются после гидролиза. Так, салициловая кислота обнаружена в ромашке…

Тригалогениды галлия

2. Свойства исходных соединений

Свойства хлорида галлия были изложены в предыдущем разделе. В качестве лиганда для синтеза комплекса был выбран 1,2-бис(4-пиридил)этилен (bpe). Это вещество — азотсодержащее гетероциклическое соединение…

характеристика кобальта

2.5. Химические свойства соединений кобальта

Известны окислы и гидроокиси двух-, трех- и четырехвалентного кобальта. Окислы и гидроокиси двухвалентного кобальта. Закись кобальта СоО образуется при окислении металлического кобальта парами воды при температуре красного каления…

Химия и биологическая роль элементов VA-группы

4. Свойства соединений азота в отрицательных степенях окисления: нитриды, гидразин, гидроксиламин

Примеры соединений — III Аммиак NH3, ион аммония NH4+, нитриды M3N2 -II Гидразин N2H4 -I Гидроксиламин NH2OH I Гипонитрит натрия Na2N2O2, оксид азота(I) N2O II Оксид азота(II) NO III Оксид азота(III) N2O3, нитрит натрия NaNO2 IV Оксид азота(IV) NO2, димер N2O4 V Оксид азота(V) N2O5…

Главная / Лекции 1 курс / Общая и органическая химия / Вопрос 54.

Химический элемент марганец: свойства и области применения

Марганец / 2. Физические и химические свойства

2. Физические и химические свойства

Физические свойства. Марганец — серебристо-белый металл, плотность его 7,2 г/см3. Он твердый и хрупкий, при 1260 град. С плавится, а при 2120 град. С закипает. На воздухе металл покрывается пестрыми пятнами оксидной пленки, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. С железом марганец образует сплавы с любым соотношением компонентов (ферромарганец).

Химические свойства. Марганец образует различные соединения, в которых проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6 и +7. Соединения марганца с другими степенями окисления малохарактерны и встречаются очень редко.

При взаимодействии металлического марганца с различными неметаллами образуются соединения марганца (II):

Мn + С2 = МnСl2 (хлорид марганца (II));

Mn + S = МnS (cулъфид марганца (II));

3 Мn + 2 Р = Мn3Р2 (фосфид марганца (II));

3 Mn + N2 = Мn3N2 (нитрид марганца (II));

2 Mn + N2 = Мn2Si (силицид марганца (II)).

Марганец легко растворяется в кислотах — неокислителях с выделением водорода:

Мn + 2 НСl = МnСl2 + Н2;

Мn + Н2SO4 (разб.) = МnSO4 + Н2.

Он растворяется также в воде в присутствии соединений, дающих при гидролизе кислую реакцию:

Мn + 2 Н2О + 2 NН4Сl = МnСl2 + 2 NН4ОН + Н2.

Растворение марганца в кислотах — окислителях сопровождается выделением продуктов восстановления этих кислот:

Мn + 2 Н2SO4 (конц.) = МnSO4 + SO2 + 2 Н2О;

Мn + 4 НNО3 (конц.) = Мn(NО3)2 + 2 NО + 2 Н2О;

3 Мn + 8 НNО3 (разб.) = 3 Мn(NО3)2 + 2 NО2 + 4 H2О.

Марганец может восстанавливать многие оксиды металлов и поэтому используется в металлургии:

5 Мn + Nb2О5 = 5 MnО + 2 Nb;

3 Мn + Fе2О3 = 3 МnО + 2 Fе.

В мелкодисперсном состоянии (порошке) марганец более реакционноспособен, чем в компактном.

Далее по теме: