Mangán

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. október 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .
Mangán
←  Chrome | Vas  →
25 Mn

Tc
Periodikus elemrendszer25 Mn
Egy egyszerű anyag megjelenése
elektrolitikus mangán
Az atom tulajdonságai
Név, szimbólum, szám Mangán / Mangán (Mn), 25
Csoport , időszak , blokk 17 (elavult 7), 4,
d-elem
Atomtömeg
( moláris tömeg )
54.938045 (5) [1]  a. e.m.  ( g / mol )
Elektronikus konfiguráció [Ar] 3d 5 4s 2
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2
Atom sugara 127 óra
Kémiai tulajdonságok
kovalens sugár 117  óra
Ion sugara (+7e) 46 (+2e) 80  óra
Elektronegativitás 1,55 (Pauling skála)
Elektróda potenciál −1,180 V
Oxidációs állapotok 0; +1; +2; +3; +4; +5; +6; +7
Ionizációs energia
(első elektron)
716,8 (7,43)  kJ / mol  ( eV )
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai
Sűrűség ( n.a. ) 7,21 g/cm³
Olvadási hőmérséklet 1517 (1243°C)
Forráshőmérséklet 2235 (1961 °C)
Oud. fúzió hője 13,4 kJ/mol
Oud. párolgási hő 221 kJ/mol
Moláris hőkapacitás 26,3 [2]  J/(K mol)
Moláris térfogat 7,35  cm³ / mol
Egy egyszerű anyag kristályrácsa
Rácsszerkezet kocka alakú
Rács paraméterei 8,890Å  _
Debye hőmérséklet 400K_  _
Egyéb jellemzők
Hővezető (300 K) 6,87 [3]  W/(m K)
CAS szám 7439-96-5
25 Mangán
Mn54,9380
3d 5 4s 2

A mangán ( vegyjele  - Mn , lat.  Manganum ) a 7. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint  - a hetedik, VIIB csoport mellékalcsoportja), a D. I. kémiai elemei periodikus rendszerének negyedik periódusa . Mengyelejev , 25 -ös rendszámmal . [4] .

Az egyszerű anyag , a mangán  kemény, de ugyanakkor törékeny , ezüstfehér átmeneti fém . Színesfémekre vonatkozik .

Felfedezési előzmények

A mangán egyik fő ásványát , a piroluzitot  az ókorban fekete magnézia néven ismerték, és üveg olvasztására használták annak derítésére. Egyfajta mágneses vasércnek tartották , és azt, hogy nem vonzza a mágnes , idősebb Plinius a fekete magnézia női nemével magyarázta, amely iránt a mágnes „közömbös”. 1774-ben K. Scheele svéd vegyész kimutatta, hogy az érc ismeretlen fémet tartalmaz. Mintákat küldött az ércből barátjának, Yu. Gan vegyésznek , aki a piroluzit szénnel kemencében történő hevítésével fémes mangánt kapott. A 19. század elején a "manganum" nevet fogadták el (a német  Manganerz  - mangánérc szóból).

Elterjedés a természetben

A mangán a 14. legelterjedtebb elem a Földön , és a vas után  a második nehézfém a földkéregben (a földkéreg atomjainak 0,03%-a). A mangán tömeghányada savról (600 g/t) bázikus kőzetekre (2,2 kg/t) nő. Számos ércében kíséri a vasat , de vannak független mangánlerakódások is. A mangánércek akár 40%-a a Chiatura lelőhelyen ( Kutaisi régió) koncentrálódik. A kőzetekben szétszórt mangánt a víz kimossa, és az óceánokba szállítja. Ugyanakkor a tengervíz tartalma elenyésző (10 -7 -10 -6  %), az óceán mélyén pedig a vízben oldott oxigén oxidációja következtében a koncentrációja 0,3%-ra nő. oldhatatlan mangán-oxid, amely hidratált formában ( 2 x H 2 O) az óceán alsóbb rétegeibe süllyedve az alján úgynevezett ferromangán csomókat képez, amelyekben a mangán mennyisége elérheti a 45%-ot (ezek is réz , nikkel , kobalt szennyeződéseket tartalmaznak ). Az ilyen betonok a jövőben az ipar mangánforrásává válhatnak.

Oroszországban rendkívül szűkös nyersanyagról van szó, a következő lelőhelyek ismeretesek: Usinszkoje a Kemerovo régióban, Polunochnoye a Sverdlovsk régióban, Porozinskoye a Krasznojarszk területen, Juzsno-Khinganszkoje a Zsidó Autonóm Területben, Rogacsevo-Taininszkaja terület és Szevero -Taininskoye » mező Novaja Zemlján.

A mangán ásványai

Fizikai tulajdonságok

A mangánnak öt allotróp módosulata ismert – négy köbös és egy tetragonális kristályrácsos [2] .

Néhány tulajdonság a táblázatban látható. A mangán egyéb tulajdonságai:

Kémiai tulajdonságok

Szabványos redoxpotenciálok a hidrogénelektródhoz viszonyítva
oxidált
formában
Visszaállított
forma
szerda E 0 , 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 Ó- _ −0,05
MnO 4 2 MnO2_ _ H + +2,26
MnO 4 2 MnO2_ _ Ó- _ +0,62
MnO 4 - MnO 4 2 Ó- _ +0,56
MnO 4 - H2MnO4 _ _ _ H + +1,22
MnO 4 - MnO2_ _ H + +1,69
MnO 4 - MnO2_ _ Ó- _ +0,60
MnO 4 - Mn2 + H + +1,51

A mangán jellemző oxidációs foka: 0, +2, +3, +4, +6, +7 (a +1, +5 oxidációs állapot nem jellemző, a −1 oxidációs állapot pedig nagyon ritka).

Levegőn oxidálva passziválódik. A porított mangán oxigénben ég:

A mangán túlhevített vízgőzzel reagálva hidroxidot képez, kiszorítva a hidrogént :

Ebben az esetben a képződött mangán-hidroxid réteg lelassítja a reakciót.

A mangán felszívja a hidrogént, a hőmérséklet emelkedésével mangánban való oldhatósága nő. 1200 °C feletti hőmérsékleten kölcsönhatásba lép a nitrogénnel , különböző összetételű nitrideket képezve .

A szén az olvadt mangánnal reagál, és Mn 3 C karbidokat és másokat képez. Szilicideket , boridokat , foszfidokat is képez .

Az egyenlet szerint reagál sósavval és kénsavval

Tömény kénsavval a reakció az egyenlet szerint megy végbe

Híg salétromsavval a reakció az egyenlet szerint megy végbe

A mangán lúgos oldatban stabil.

A mangán a következő oxidokat képezi: MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 (nem izolálva szabad állapotban) és mangán-anhidrid Mn 2 O 7 .

Az Mn 2 O 7 normál körülmények között sötétzöld folyékony olajos anyag, nagyon instabil; tömény kénsavval keverve meggyújtja a szerves anyagokat. 90 °C-on a Mn 2 O 7 robbanással bomlik. A legstabilabb oxidok a Mn 2 O 3 és MnO 2 , valamint a kombinált Mn 3 O 4 oxid (2MnO·Mn 2 O 3 , vagy Mn 2 MnO 4 só ).

Amikor a mangán(IV)-oxidot ( piroluzit ) oxigén jelenlétében lúgokkal olvasztják össze, manganátok képződnek :

A manganát oldat sötétzöld színű. Ha megsavanyítjuk, a reakció lezajlik

Az oldat bíbor színűvé válik a MnO 4 − anion megjelenése miatt , és barna mangán (IV) oxid-hidroxid csapadék válik ki belőle.

A permangánsav nagyon erős, de instabil, nem koncentrálódik 20%-nál nagyobbra. Maga a sav és sói ( permanganátok ) erős oxidálószerek. Például a kálium-permanganát az oldat pH -értékétől függően különféle anyagokat oxidál, és különböző oxidációs állapotú mangánvegyületekké redukálódik. Savas környezetben - mangán (II) vegyületekig, semleges - mangán (IV) vegyületekig, erősen lúgos - mangán (VI) vegyületekig.

Kalcináláskor a permanganátok oxigén felszabadulásával bomlanak (a tiszta oxigén előállításának egyik laboratóriumi módszere). A reakció az egyenlet szerint megy végbe (például kálium-permanganát)

Erős oxidálószerek hatására a Mn 2+ ion a MnO 4 − ionba megy át :

Ezt a reakciót a Mn 2+ kvalitatív meghatározására használják (lásd a "Meghatározás kémiai elemzési módszerekkel" című részt).

A Mn (II) sók oldatainak lúgosításakor mangán (II)-hidroxid csapadék válik ki belőlük, amely az oxidáció következtében levegőben gyorsan megbarnul. A reakció részletes leírását lásd a "Meghatározás kémiai elemzési módszerekkel" című fejezetben. Semleges vagy savas vizes oldatokban a Mn 2+ ion halványrózsaszín akvakomplexet alkot [Mn(H 2 O) 6 ] 2+ .

Az MnCl 3 , Mn 2 (SO 4 ) 3 sók instabilak. Az Mn (OH) 2 és Mn (OH) 3 hidroxidok bázikusak, a MnO (OH) 2  - amfoterek. A mangán(IV)-klorid MnCl 4 nagyon instabil, hevítés hatására bomlik, amiből klórt állítanak elő :

A mangán nulla oxidációs állapota σ-donor és π-akceptor ligandumokkal rendelkező vegyületekben nyilvánul meg. Tehát a mangán esetében ismert egy Mn2 (CO) 10 összetételű karbonilcsoport .

Más σ-donor és π-akceptor ligandumokkal rendelkező mangánvegyületek is ismertek (PF 3 , NO, N 2 , P(C 5 H 5 ) 3 ).

Getting

Loot

Születési hely:

Izotópok

A mangán egy monoizotóp elem - a természetben csak egy stabil izotóp található, 55 Mn. A mangán összes többi izotópja instabil és radioaktív , mesterséges úton nyerik őket. A mangánnak 25 radioaktív izotópja ismert, amelyek tömegszáma 44 és 70 között van. A legstabilabb közülük az 53 Mn (felezési idő T 1/2 = 3,7 millió év ), az 54 Mn ( T 1/2 = 312,3 nap ) és 52 Mn ( T 1/2 = 5,591 nap ). A mangán könnyű izotópjainak ( A < 55 ) domináns bomlási csatornája az elektronok befogása (és néha a vele versengő pozitronbomlás ) a megfelelő króm izotópokká. A nehéz izotópok esetében ( A > 55 ) a fő bomlási csatorna a β - -bomlás a vas megfelelő izotópjaivá. 7 izomer is létezik (metastabil gerjesztett állapot), amelyek felezési ideje meghaladja a 100 ns -t .

Alkalmazások az iparban

Alkalmazások a kohászatban

A mangánt ferromangán formájában az acél olvadás közbeni deoxidálására , azaz oxigén eltávolítására használják. Ezenkívül megköti a ként , ami szintén javítja az acélok tulajdonságait. Akár 12-13% Mn bevitele az acélba (ún. Hadfield acél ), néha más ötvözőfémekkel kombinálva, erősen megerősíti az acélt, keménnyé és kopás- és ütésállóvá teszi (az ún. "). Az ilyen acélt golyósmalmok, földmunka- és kőzúzógépek, páncélelemek stb. gyártására használják. A "tüköröntvénybe" legfeljebb 20% Mn kerül.

Az 1920-as és 1940-es években a mangán használata lehetővé tette a páncélozott acél olvasztását. Az 1950-es évek elején a "Stal" folyóiratban vita bontakozott ki az öntöttvas mangántartalmának csökkentésének lehetőségéről, és ezzel megtagadva egy bizonyos mangántartalom támogatását a kandallós olvasztás folyamatában, amelyben V. I. Yavoisky és V. I. Baptizmansky , E. I. Zarvin vett részt, akik a gyártási kísérletek alapján kimutatták a meglévő technológia céltalanságát. Később megmutatta a nyitott kandallós eljárás lefolytatásának lehetőségét alacsony mangántartalmú öntöttvason. A ZSMK indulásával megkezdődött az alacsony mangántartalmú öntöttvas konverterekben történő feldolgozásának fejlesztése [6] .

A 83% Cu , 13% Mn és 4% Ni ( manganin ) ötvözetének nagy elektromos ellenállása van, amely alig változik a hőmérséklettel. Ezért reosztátok gyártására használják , stb.

A mangánt bronzba és sárgarézbe juttatják .

Alkalmazások a kémiában

A mangán- cink galvánelemek gyártása során jelentős mennyiségű mangán-dioxidot használnak fel , a MnO 2 -t ezekben a cellákban oxidálószerként- depolarizálóként használják fel .

A mangánvegyületeket széles körben alkalmazzák mind finom szerves szintézisekben ( oxidálószerként MnO 2 és KMnO 4 ), mind ipari szerves szintézisben (szénhidrogén oxidációs katalizátorok komponensei, pl. tereftálsav előállításánál p - xilol oxidálásával , oxidációjával). paraffinok magasabb zsírsavakká) .

A mangán-arzenidnek óriási magnetokalorikus hatása van , amely a nyomás hatására növekszik.

A mangántellurid  ígéretes termoelektromos anyag ( termo-EMF 500 μV/K).

Meghatározás kémiai elemzési módszerekkel

A mangán a kationok ötödik analitikai csoportjába tartozik.

Az analitikai kémiában a Mn 2+ kationok kimutatására használt specifikus reakciók a következők:

1. A mangán(II)-sókkal alkotott maró lúgok fehér mangán(II)-hidroxid csapadékot adnak:

A levegőben lévő csapadék színe barnára változik a légköri oxigén általi oxidáció következtében.

A reakció végrehajtása. Két csepp lúgos oldatot adunk két csepp mangánsó-oldathoz. Figyeljük meg a csapadék színváltozását.

2. A hidrogén-peroxid lúg jelenlétében a mangán (II) sókat sötétbarna mangán (IV) vegyületté oxidálja:

A reakció végrehajtása. Négy csepp lúgos oldatot és két csepp H 2 O 2 - oldatot adunk két csepp mangánsó - oldathoz .

3. Az ólom-dioxid PbO 2 tömény salétromsav jelenlétében hevítve a Mn 2+ -t MnO 4 -dá oxidálja , málna mangánsav képződésével:

Ez a reakció negatív eredményt ad redukálószerek, például sósav és sói jelenlétében, mivel ezek kölcsönhatásba lépnek az ólom-dioxiddal, valamint a képződött permangánsavval. Nagy mennyiségű mangánnal ez a reakció nem hajtható végre, mivel a Mn 2+ ionok feleslege a keletkező HMnO 4 permangánsavat MnO (OH) 2 -dá redukálja , és a bíbor szín helyett barna csapadék jelenik meg. Az ólom-dioxid helyett a Mn 2+ MnO 4 - oxidációjához más oxidálószerek is használhatók, például ammónium-perszulfát (NH 4 ) 2 S 2 O 8 katalizátor - Ag + ionok vagy nátrium jelenlétében. bizmut NaBiO 3 :

A reakció végrehajtása. A kémcsőbe üvegspatulával kevés PbO 2 -t , majd 5 csepp tömény salétromsavat HNO 3 adunk, és az elegyet forrásban lévő vízfürdőben melegítjük. A felmelegített keverékhez adjunk 1 csepp MnSO 4 mangán(II)-szulfát-oldatot , és ismét melegítsük 10-15 percig, időnként megrázva a cső tartalmát. A felesleges ólom-dioxidot hagyjuk leülepedni, és a kapott mangánsav bíbor színét figyeljük meg.

Ha nátrium-bizmuttal oxidáljuk, a reakciót a következőképpen hajtjuk végre. Tegyünk 1-2 csepp mangán(II)-szulfát oldatot és 4 csepp 6 N nátrium-hidroxidot egy kémcsőbe. HNO 3 , adjunk hozzá néhány szem nátrium-bizmutátot és rázzuk össze. Figyelje meg az oldat bíbor színű megjelenését.

4. Az ammónium-szulfid (NH 4 ) 2 S mangánsók oldatából testszínűre festett mangán(II)-szulfidot választ ki:

A csapadék könnyen oldódik híg ásványi savakban, sőt ecetsavban is.

A reakció végrehajtása. Tegyünk 2 csepp mangán (II) sóoldatot egy kémcsőbe, és adjunk hozzá 2 csepp ammónium-szulfid oldatot.

Biológiai szerep és tartalom az élő szervezetekben

A mangán minden növény és állat szervezetében megtalálható, bár tartalma általában nagyon alacsony, ezredszázalékos nagyságrendű, jelentős hatással van az élettevékenységre, vagyis nyomelem . A mangán befolyásolja a növekedést, a vérképzést és az ivarmirigyek működését . Különösen gazdag mangánban a répalevelek és a durian  gyümölcsök  - akár 0,03%, és nagy mennyiségben megtalálható a vörös hangyák szervezetében  - akár 0,05%. Egyes baktériumok akár több százalékban is tartalmaznak mangánt.

A mangán túlzott felhalmozódása a szervezetben elsősorban a központi idegrendszer működését érinti. Ez fáradtságban, álmosságban, a memóriafunkciók romlásában nyilvánul meg. A mangán egy politróp méreg, amely a tüdőre, a szív- és érrendszerre és a máj-eperendszerre is hatással van, allergiás és mutagén hatást vált ki.

Toxicitás

Az emberre mérgező dózis napi 40 mg mangán. Az emberre halálos dózist nem határozták meg.

Szájon át szedve a mangán az egyik legkevésbé mérgező nyomelem. Az állatok mangánmérgezésének fő jelei a növekedés gátlása, az étvágycsökkenés, a vas-anyagcsere zavara és az agyműködés megváltozása.

Nem számoltak be olyan esetekről, amikor magas mangántartalmú élelmiszerek elfogyasztása okozta az emberi mangánmérgezést. Alapvetően az emberek mérgezése figyelhető meg nagy mennyiségű mangán munkahelyi krónikus belélegzése esetén [7] . Súlyos mentális zavarok formájában nyilvánul meg, beleértve a túlzott ingerlékenységet, a hipermotilitást és a hallucinációkat - "mangánőrület". A jövőben a Parkinson-kórhoz hasonlóan változások alakulnak ki az extrapiramidális rendszerben.

A krónikus mangánmérgezés klinikai képe általában több évbe telik. A kóros elváltozások meglehetősen lassú növekedése jellemzi a szervezetben, amelyet a környezet megnövekedett mangántartalma okoz (különösen az endemikus golyva terjedése, amely nem kapcsolódik jódhiányhoz).

Linkek

Jegyzetek

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Az elemek atomi tömegei 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Kt. 85 , sz. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. 1 2 Szerk.: Knunyants I. L. (főszerkesztő). Chemical Encyclopedia: 5 kötetben - Moszkva: Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. - S. 647. - 671 p. — 100.000 példány. V. V. Eremin és mások Kémia. 10. fokozat. profilszint. - Moszkva: Drofa, 2008. - S. 166. - 463 p. - 7000 példány.  - ISBN 978-5-358-01584-5 .
  3. V. E. Zinovjev. Fémek hőfizikai tulajdonságai magas hőmérsékleten . - 1989. - 384 p.
  4. Nagy Orosz Enciklopédia  : [35 kötetben]  / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M .  : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.
  5. Cookery A.S. Ásványi anyagok keménysége. - Ukrán SSR Tudományos Akadémia, 1963. - S. 197-208. — 304 p.
  6. Okhotsky V. B.  Oroszország kohászata a XXI. század fordulóján. Novokuznyeck. 2005.
  7. Lopina O. D., G. A. Avrunina G. A., Vorontsova E. I., Pryadilova N. V., Ryzhkova M. N., Khizhnyakova K. I. Mangán  // Nagy Orvosi Enciklopédia  : 30 tonnában.  / Ch. szerk. B. V. Petrovszkij . - 3. kiadás - Moszkva: Szovjet Enciklopédia , 1980. - T. 13. Lenin és az egészségügy - Medinal . — 552 p. — 150.500 példány.