Марганец химические свойства кратко

Обновлено: 02.07.2024

1. Марганец - весьма активный металл. В ряду напряжений металлов стоит между цинком и магнием. В порошкообразном состоянии марганец взаимодействует при нагревании с водой, кислородом, серой, хлором:

2. Легко растворим в кислотах:

4. MnO – зеленого цвета, не растворим в воде. Его можно получить термическим разложением карбоната марганца, или восстановлением водородом MnO₂:

Соответствующий MnO гидроксид Mn(OH)₂ – серо-розового цвета, получается из солей под действием щелочей:

Гидроксид марганца (II) Mn(OH)₂ – слабое основание не растворимое в воде. Mn(OH)₂ легко окисляется на воздухе до Mn(OH)₄.:

Mn(OH)₄ - тоже неустойчивое соединение:

5. Соли Mn +2 – розового цвета, устойчивы в кислых средах. Под действием сильных окислителей переходят в соединения высших степеней окисления марганца:

6. MnO₂ – коричневый, не растворимый в воде порошок. Используется как адсорбент и катализатор. Сильный окислитель в кислой среде:

В щелочной среде проявляет восстановительные свойства:

7. Марганцовистую кислоту можно получить по реакции:

Эта кислота крайне неустойчива и быстро разлагается:

Соли марганцовистой кислоты (манганаты) окрашены в зеленый цвет. В воде легко гидролизуются и зеленый цвет исчезает:

Перманганат калия KMnO₄ имеет большое практическое значение. Применяется в различных синтезах как сильнейший окислитель. В медицине - как дезинфицирующее средство.

Оксид Mn₂O₇ можно получить из перманганата калия:

Mn₂O₇ - жидкость зеленого цвета, очень взрывоопасна. Окисляет органические вещества со взрывом. Очень неустойчива, разлагается с выделением озона:

При нагревании в сухом виде перманганат калия разлагается:

В зависимости от среды перманганаты восстанавливаются до следующих состояний:

MnO₄ - ® Mn +2 - в кислой среде,

MnO₄ - ® MnО₂ – в нейтральной и слабощелочной среде,

MnO₄ - ® MnO₄ -2 – в щелочной среде.

2. Легко растворим в кислотах:

Соответствующий MnO гидроксид Mn(OH)₂ – серо-розового цвета, получается из солей под действием щелочей:

Mn(OH)₄ - тоже неустойчивое соединение:

В щелочной среде проявляет восстановительные свойства:

7. Марганцовистую кислоту можно получить по реакции:

Эта кислота крайне неустойчива и быстро разлагается:

Оксид Mn₂O₇ можно получить из перманганата калия:

При нагревании в сухом виде перманганат калия разлагается:

В зависимости от среды перманганаты восстанавливаются до следующих состояний:

MnO₄ - ® Mn +2 - в кислой среде,

MnO₄ - ® MnО₂ – в нейтральной и слабощелочной среде,

Марганец — элемент 4-го периода и VII B-группы Периодической системы, порядковый номер 25. Электронная формула атома [ ₁₈ Аr]Зd 5 4s 2 ; характерные степени окисления + VII,+ VI, +IV, +III, +II и 0.

Шкала степеней окисления марганца:

По электроотрицательности (1,60) марганец занимает промежуточное положение между типичными металлами (Na, К, Са, Мg) и неметаллами (F, O,N, Cl). Соединения Мn ‖‖ — оксид и гидроксид — проявляют основные свойства, соединения Мn ‖‖‖ и Мn IV — амфотерные свойства, для соединений Мn VI и Мn VII характерно почти полное преобладание кислотных свойств. Марганец образует многочисленные соли и бинарные соединения.

В природе — четырнадцатый по химической распространенности элемент (восьмой среди металлов; второй, после железа, тяжелый металл).

Марганец М n . Серебристо-белый (с серым оттенком) металл, более твердый и хрупкий по сравнению с железом. В виде мелкого порошка пирофорен. На воздухе покрывается оксидной пленкой. Пассивируется в воде, поглощает водород, но не реагирует с ним.

При нагревании сгорает в кислороде воздуха, реагирует с хлором и серой:

Mn →( O ₂ , до450 o C ) MnO ₂ →( O ₂ , до 800 o C ) Mn ₂ O ₃

Mn→ MnO +( Mn II Mn ₂ II ) O ₄ “ окалина “ ( O2, выше 800 o C)

Mn+Cl ₂ →MnCl _{2 ,} (200 o C) Mn+S→ MnS (до1580 o C)

В ряду напряжений марганец стоит левее водорода, из разбавленных кислот НCl и Н ₂ SO ₄ вытесняет водород:

Взаимодействует с кислотами-окислителями при нагревании, также образуя соли марганца (II):

Получение марганца в промышленности — восстановление пиролюзита МnO ₂ или гаусманита (Мn II Mn II I )O ₄ коксом или алюминием:

МnO ₂ + С _(кокс) = М n + СO ₂ (600 °С)

3(Мn II Mn III )O ₄ + 8Аl = 9 М n + 4А1 ₂ O ₃ (700-900 °С)

Наиболее чистый марганец выделяют электролизом раствора из солей марганца (П), например:

2MnSO ₄ +2H ₂ O→ 2 Mn ↓+ O ₂ ↑+2H ₂ SO ₄ (40 o C, эликтролиз)

Промышленно важен сплав с железом — ферромарганец (> 70 % Мn), его получают восстановлением оксидных руд марганца и железа.

Применяется марганец для изготовления специальных и тугоплавких сплавов, зеркального чугуна и марганцевых твердых сталей, в качестве катализатора в органическом синтезе.

Оксид марганца (IV) М nO ₂ . Черный, с коричневым оттенком, при нагревании разлагается. Из раствора осаждается в виде черного гидрата МnO ₂ nН ₂ O. Не проявляет амфотерных свойств в силу малой реакционной способности по отношению к воде, разбавленным кислотам НCl и Н ₂ SO ₄ , азотной кислоте и щелочам в растворе. Типичный окислитель в растворе и расплаве, менее характерны свойства восстановителя.

Уравнения важнейших реакций:

В природе самое распространенное соединение марганца — минерал пиролюзит

Манганат калия К ₂ MnO ₄ . Оксосоль. Темно-зеленый, плавится под избыточным давлением О ₂ . В растворе устойчив только в сильнощелочной среде. Зеленая окраска раствора отвечает иону МnO ₄ 2- . Медленно разлагается при разбавлении раствора водой, быстро — при подкислении. Проявляет окислительно-восстановительные свойства.

Качественная реакция — появление фиолетовой окраски при подкислении раствора. Промежуточный продукт при синтезе КMnO ₄ .

Уравнения важнейших реакций:

Получение: сплавление МnO ₂ с сильными окислителями (KNO ₃ , КClO ₃ ).

Перманганат калия КМ nO 4 . Оксосоль. Красно-фиолетовый (почти черный). При нагревании разлагается без плавления. Умеренно растворим в воде ( интенсивно-фиолетовая окраска раствора отвечает иону МnO ₄ ), гидролиза нет. Медленно разлагается в воде, серной кислоте, щелочах. Сильный окислитель в растворе и при сплавлении; в сильнокислотной среде восстанавливается до Мn II , в нейтральной среде – до Mn IV в сильнощелочной среде — до Мn VI

Качественная реакция на ион МnO ₄ — исчезновение фиолетовой окраски раствора при восстановлении в кислотной среде.

Применяется как окислитель углеводородов до карбоновых кислот, реактив в фотографии, антисептик в медицине, средство для очистки газов и отбеливания тканей, твердый источник кислорода. Распространенный окислитель в лабораторной практике. Уравнения важнейших реакций:

2МnO ₄ — + 16Н + +10I — = 5I ₂ +2Мn 2+ + 8Н ₂ O

2МnO ₄ — + 6Н + + 5SO ₃ 2- =2Мn 2+ + 5SO ₄ 2- + ЗН ₂ O

МnO ₄ — + 8Н + + 5Fе 2+ = Мn 2+ + 5Fе 3+ + 4Н ₂ O

2МnO ₄ — + 6Н + + 5NO ₂ — = 2Мn 2+ + 5NО ₃ — + 3Н ₂ O

2МnO ₄ — + 2Н ₂ O + ЗМn 2+ = 5МnO ₂ ↓ + 4Н + (50-80 °С)

Марганец — 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. Марганец содержится в организмах всех растений и животных, хотя его содержание обычно очень мало, порядка тысячных долей процента, он оказывает значительное влияние на жизнедеятельность, то есть является микроэлементом.

СТРУКТУРА

Марганец имеет 4 полиморфные модификации: α-Мn (кубическая объемноцентрированная решетка с 58 атомами в элементарной ячейке), β-Мn (кубическая объемноцентрированная с 20 атомами в ячейке), γ-Мn (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и δ-Mn (кубическая объемноцентрированная). Температура превращений: α=β 705 °С; β=γ 1090 °С и γ=δ 1133 °С; α-модификация хрупка; γ (и отчасти β) пластична, что имеет важное значение при создании сплавов.

СВОЙСТВА

Серебристо-белый цвет с легким серым налетом выделяет марганец. Он превосходит железо по твердости и хрупкости. Является парамагнетиком. При взаимодействии с воздушной средой происходит окисление марганца. Покрывается оксидной пленкой, защищающей его от последующей окислительной реакции.

Растворяется в воде, полностью поглощает водород, не вступая в реакцию с ним. В процессе нагревания сгорает в кислороде. Активно реагирует с хлором и серой. При взаимодействии с кислотными окислителями образует соли марганца.
Плотность — 7200 кг/м 3 , t плавления — 1247°С, t кипения — 2150 °С. Удельная теплоемкость — 0,478 кДж. Обладает электрической проводимостью. Контактируя с хлором, бромом и йодом образует дигалогениды.

При высоких температурах вступает во взаимодействие с азотом, фосфором, кремнием и бором. Медленно взаимодействует с холодной водой. В процессе нагревания реакционная способность элемента возрастает. На выходе образуется Mn(OH)₂ и водород.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Марганец — 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. В чиатурском месторождении (район Кутаиси) сосредоточено до 40 % марганцевых руд. 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 %.

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).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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 % (также в них имеются примеси меди, никеля, кобальта). Такие конкреции могут стать в будущем источником марганца для промышленности.

ПРИМЕНЕНИЕ

Марганец широко используют в черной металлургии. Добавляют сплав железо марганец (ферромарганец). Доля марганца в нем равна 70-80%, углерода 0,5-7 %, остальная часть приходится на железо и посторонние примеси. Элемент №25 в сталеплавлении соединяет кислород и серу.
Используются смеси хром — марганец, вольфрам-марганец, кремний-марганец. В производстве стали марганцу альтернативной замены нет.

Химический элемент выполняет множество функций, в том числе рафинирует и раскисляет сталь. Широко используется технология цинк марганец. Растворимость Zn в магнии составляет 2 %, а прочность стали, в этом случае, возрастает до 40 %.
В доменной шахте марганец удаляет серный налет из чугуна. В технике применяются тройные сплавы манганины, куда входит марганец медь и никель. Материал характеризуется большим электро-сопротивлением на которое влияет не температура, а сила давления.

Используется для изготовления манометров. Настоящей ценностью для промышленности является сплав медь — марганец. Содержание марганца здесь 70 %, меди 30%. Его применяют для снижения вредных производственных шумов. В изготовлении взрыв-пакетов для праздничных мероприятий используют смесь, куда входят такие элементы, как магний марганец. Магний широко используется в самолетостроении.

Некоторые виды солей марганца, такие как KMnO₄ нашли свое применение в медицинской отрасли. Перманганат калия относится к солям марганцовой кислоты. Имеет вид темно-фиолетовых кристаллов. Растворяется в водной среде, окрашивая её в фиолетовый цвет. Является сильным окислителем. Антисептик, обладает противомикробными свойствами. Марганец в воде легко окисляется, образуя плохо растворимый оксид марганца коричневого цвета. При соприкосновении с белком ткани формирует соединения с выраженными вяжущими качествами. В высоких концентрациях раствор марганца обладает раздражающим и прижигающим действием. Калий марганец используют для лечения некоторых заболеваний и для оказания первой помощи, а пузырек с кристаллами марганцовки находится в каждой аптечки.

Марганец полезен для человеческого здоровья. Участвует в формировании и развитии клеток центрально-нервной системы. Способствует усвоению витамина В1, меди и железа. Регулирует содержание сахара в крови. Задействуется в строительстве костной ткани.
Участвует в образовании жирных кислот. Улучшает рефлекторные способности, память, убирает нервное напряжение, раздражительность. Абсорбируясь в стенках кишечника марганец, витамины В, Е, фосфор, кальций усиливают этот процесс, влияет на организм и обменные процессы в целом.

Первооткрывателями марганца принято считать шведских химиков К. Шееле и Ю. Гана, первый из которых в 1774 году обнаружил неизвестный металл в широко используемой железной руде, называемой в древности чёрной магнезией, второй же путём нагревания смеси пиролюзита (основного минерала марганца) с углём получил металлический марганец ( calorizator). Название новый металл получил от немецкого Manganerz, т.е. марганцевая руда.

Общая характеристика марганца

Марганец является элементом побочной подгруппы VII группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 25 и атомную массу 54,9380. Принятое обозначение – Mn (от латинского Manganum).

Нахождение в природе

Марганец достаточно распространён, входит во вторую десятку элементов по распространённости. В земной коре встречается чаще всего совместно с железными рудами, но имеются и месторождения именно марганца, например в Грузии и России.

Физические и химические свойства

Марганец является тяжёлым серебристо-белым металлом, так называемым чёрным металлом. При нагревании имеет свойство разлагать воду, вытесняя водород. В обычном состоянии поглощает водород.

Суточная потребность в марганце

Для взрослого здорового человека суточная потребность в марганце составляет 5-10 мг.

Продукты питания богатые марганцем

Марганец попадает в организм человека с пищей, поэтому в обязательном порядке необходимо ежедневно съедать один или несколько продуктов из следующего списка:

орехи (арахис, грецкий орех, миндаль, фисташки, фундук)
крупы и злаки (пшено, гречка, овсянка, рис, рожь, пшеница)
бобовые (горох, фасоль, чечевица)
овощи и зелень (салат, листья свёклы, укроп, шпинат, чеснок)
ягоды и фрукты (абрикосы, брусника, малина, черника, чёрная смородина)
грибы (белые, подосиновики, лисички) .

Полезные свойства марганца и его влияние на организм

Функции марганца в организме человека:

Взаимодействие с другими

Марганец помогает активизировать ферменты, необходимые для правильного использования организмом биотина, витаминов B1 и С. Взаимодействие марганца с медью и цинком является признанным антиоксидантным средством. Большие дозы кальция и фосфора будут задерживать всасывание марганца.

Применение марганца в жизни

Наибольшее применение марганец нашёл в металлургии, также при производстве реостатов, гальванических элементов. Соединения марганца используют как термоэлектрический материал.

Признаки нехватки марганца

При режиме питания, утяжелённом большим количеством углеводов, в организме происходит перерасход марганца, что проявляется следующими симптомами: анемия, снижение прочности костей, задержка роста, а также атрофия яичников у женщин и яичек у мужчин.

Признаки избытка марганца

Читайте также: