Марганець та його сполуки
Фізичні та хімічні властивості. 3
З'єднання двовалентного марганцю. 4
З'єднання четирехвалентного марганцю. 4
З'єднання шестивалентного марганцю. 5
З'єднання семивалентного марганцю. 5
Застосування марганцю та його сполук. 6
Мінерали Марганця відомі здавна. Давньоримський натураліст Пліній згадує про чорний камінь, який використовували для знебарвлення рідкої скляної маси; йшлося про мінерал піролюзітеMnO2. У Грузії пиролюзит з найдавніших часів служив присадним матеріалом при отриманні заліза. Довгий час піролюзит називали чорною магнезією і вважали різновидом магнітного залізняку. У 1774 році К.Шелле довів, що ця сполука невідомого металу, а інший шведський учений Ю.Гаі, сильно нагріваючи суміш пиролюзита з вугіллям, отримав Марганець забруднений вуглецем. Назва Марганець традиційно походить від немецкогоMarganerz-марганцева руда.
Поширення в природі.
Фізичні та хімічні властивості.
У чистому вигляді марганець отримують або електролізом розчину сульфату марганцю (II), або відновленням з оксидів кремнієм в електричних печах. Елементарний Марганець являє собою сріблясто-білий твердий, але крихкий метал. Його крихкість пояснюється тим, що при нормальних температурах в елементарну ячейкуMnвходіт 58 атомів у складній ажурної структурі, яка не належить до числа щільноупакованих. Щільність Марганця 7.44 г / см 3. температура плавлення 1244 о С, температура кипіння 2150 о С. У реакціях проявляє валентність від 2 до 7, найбільш стійкі ступеня окислення +2, + 4, + 7.
З'єднання двовалентного марганцю.
Солі двовалентного марганцю можна отримати при розчиненні в розбавлених кислотах:
Mn + 2HCl MnCl2 + H2
При розчиненні в воді утворюється гідроксідMn (II):
Mn + 2HOH Mn (OH) 2 + H2
Гідроксид марганцю можна отримати у вигляді білого осаду при дії на розчини солей двовалентного марганцю лугом:
MnSO4 + 2NaOHMn (OH) 2 + NaSO4
З'єднання Mn (II) на повітрі нестійкі, іMn (OH) 2на повітрі швидко буріє, перетворюючись в оксид-гідроксид четирехвалентного марганцю.
2Mn (OH) 2 + O2 MnO (OH) 2
Гідроксид марганцю проявляє тільки основні властивості і не реагує з лугами, а при взаємодії з кислотами дає відповідні солі.
Mn (OH) 2 + 2HCl MnCl2 + 2H2 O
Оксид марганцю може бути отриманий при розкладанні карбонату марганцю:
Або при відновленні діоксиду марганцю воднем:
MnO2 + H2 MnO + H2 O
З'єднання четирехвалентного марганцю.
З сполук четирехвалентного марганцю найбільш відомий діоксид марганцаMnO2 -піролюзіт. Оскільки валентностьIVявляется проміжної, соедіненіяMn (VI) утворюються як при окисленні двовалентного марганцю.
Mn (NO3) 2 MnO2 + 2NO2
Так і при відновленні з'єднань марганцю в лужному середовищі:
3K2 MnO4 + 2H2 O 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH
Остання реакція є прикладом реакції самоокисления - самовідновлення, для яких характерним є те, що частина атомів одного і того ж елемента окислюється, відновлюючи одночасно залишилися атоми того самого елемента:
У свою очередьMnО2может окисляти галогеніди і галоген водень, напрімерHCl:
MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2 O
Діоксид марганцю - тверде порошкоподібною речовиною. Він проявляє як основні, так і кислотні властивості.
З'єднання шестивалентного марганцю.
При сплавленііMnO2со лугами в присутності кисню, повітря або окислювачів отримують солі шестівалентногоМарганца, звані манганати.
MnO2 + 2KOH + KNO3K2MnO2 + KNO2 + H2O
З'єднань марганцю шестивалентного відомо небагато, і з них найбільше значення солі марганцевої кислоти - манганати.
Сама марганцева кислота, як і відповідної їй триоксид марганцаMnO3, у вільному вигляді не існує внаслідок нестійкості до процесів окислення - відновлення. Заміна протона в кислоті на катіон металу призводить до стійкості манганатов, але їх здатність до процесів окислення - восствновленія зберігається. Розчини манганатов пофарбовані в зелений колір. При їх подкислении утворюється марганцеватая кислота, розкладається до соедіненіймарганца четирехвалентного і семивалентного.
Сильні окислювачі переводять марганець шестивалентний в семивалентного.
2K2 MnO4 + Cl222KMnO4 + 2KCl
З'єднання семивалентного марганцю.
У семивалентном стані марганець виявляє тільки окисні властивості. Серед застосовуваних в лабораторній практиці і в промисловості окислювачів широко застосовується перманганат каліяKMnO2, в побуті званий марганцівкою. Перманганат калію є кристали чорно-фіолетового кольору. Водні розчини забарвлені у фіолетовий колір, характерний для іонаMnO4 -.
Перманганати є солями марганцевої кислоти, яка стійка тільки в розведених розчинах (до 20%). Ці розчини можуть бути отримані дією сильних окислювачів на з'єднання марганцю двовалентного:
2Mn (NO3) 2 + PbO2 + 6HNO32HMnO4 + 5Pb (NO3) 2 + 2H2O
При концентрацііHMnO4више 20% відбувається розкладання її по рівняння:
4HMnO44MnO + 3O2 + 2H2O
Відповідний марганцевої кислоті марганцевий ангідрид, або оксид марганцю (VII), Mn2O7может бути отриманий шляхом впливу концентрованої сірчаної кислоти на перманганат калію. Цей оксид є ще більш сильним окислювачем, чемHMnO4іKMnO4. Органічні сполуки при з Mn2O2самовоспламеняются. При растворенііMn2O2в воді утворюється марганцева кислота. Через нестійкості і вкрай високою реакційною способностіMn2O2не застосовують, а замість нього використовують тверді перманганати.
Залежно від середовища перманганат калію може відновлюватися до різних сполук.
При нагріванні сухого перманганату калію до температури вище 200 Про С він розкладається.
2KMnO4 K2 MnO4 + MnO2 + O2
Цією реакцією в лабораторії іноді користуються для отримання кисню.
Найбільш чистий марганець отримують в промисловості, за способом радянського електрохіміка Р. І. Агладзе (1939), електролізом водних растворовMnSO4с добавкою (NH4) 2 SO4пріpH = 8.0 - 8.5. Процес ведуть з анодами зі свинцю і катодами з титанового сплаву АТ-3 або нержавіючої сталі. Луска марганцю знімають з катодів і якщо треба переплавляють.
Менш чистий марганець отримують алюминотермии, а також ЕЛЕКТРОТЕРМ.
Видобуток марганцевої руди в СРСР.
Застосування марганцю та його сполук.
Марганець у великій кількості застосовується в металургії в процесі отримання сталей для видалення з них сірки і кисню. Однак в розплав додавати не марганець, а справ заліза з марганцем - феромарганець, який отримують відновленням пиролюзита вугіллям. Добавки марганцю до сталей підвищують їх стійкість до зношування та механічних напруг. У сплавах кольорових металів марганець збільшує їх міцність і стійкість до корозії.
Діоксид марганцю використовують як каталізатора в процесах окислення аміаку, органічних реакціях і реакціях розкладання неорганічних солей. У керамічної промишленностіMnO2іспользуют для фарбування емалей і глазурі в чорний і темно-коричневий колір. ВисокодісперснийMnO2обладает хорошою адсорбирующей здатністю і застосовується для очищення повітря від шкідливих домішок.
Перманганат калію застосовують для відбілювання льону і вовни, знебарвлення технологічних розчинів, як окислювач органічних речовин.
У медицині застосовують деякі солі марганцю. Наприклад, перманганат калію застосовують як антисептичний засіб у вигляді водного розчину, для промивання ран, полоскання горла, змазування виразок та опіків. РастворKMnO4пріменяют і всередину при деяких випадках отруєння алкалоїдами і ціанідами. Марганець є одним з найактивніших мікроелементів і зустрічається майже у всіх рослинних і живих організмах. Він покращує процеси кровотворення в організмах.
Не варто забувати, що сполуки марганцю можуть надавати токсичну дію на організм людини. Гранично допустима концентрація марганцю в повітрі 0,3 мг / м 3. При вираженому отруєнні спостерігається ураження нервової системи з характерним синдромом марганцевого парксінсонізма.
1.Большая радянська енциклопедія.
2.Ю.М.Шілов, Ю.І.Смушкевіч, П.М.Чукуров, М.І.Тарасенко, "Загальна хімія", М., 1983р.