معادلة ماء المنغنيز. الصيغة الكيميائية الإنشائية للمنغنيز

المنغنيز معدن ثمين للبشر.

تحدد الخصائص الكيميائية للمنغنيز استخدامه على نطاق واسع كمواد خام للإنتاج الصناعي للسبائك عالية الجودة. تستخدم مركبات العنصر في الطب والزراعة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن

لأول مرة ، اكتشف الكيميائيون السويديون عنصرًا كيميائيًا في خام الحديد. تم استخراجه عن طريق تسخين خليط من مادة خام بالفحم. ونتيجة لذلك ، تم استرداد مكون معدني ، أخذ اسمه من الكلمة الألمانية التي تعني "خام المنغنيز".
ينتمي العنصر الكيميائي إلى عدد من العناصر الانتقالية ويمكن أن يشكل مركبات تحتوي على ذرات في حالة الأكسدة 0. عند تسخينه ، فإنه يُظهر خاصية إزاحة الهيدروجين ، وتحلل الماء.
في الطبيعة ، يوجد هذا المعدن الهش ، الذي يتميز باللون الفضي ، في المركبات فقط. يتم استخراجه من المواد الخام الخام ، ومن بينها الأنواع التالية الأكثر شيوعًا: بيرولوزيت ، منجانيت ، سيلوميلان ، براونيت.
تم العثور على المعدن في عقيدات المنغنيز الموجودة في قاع المحيطات. ترتبط تقنية استخلاصها من القاع باستخدام معدات خاصة وليست ذات طبيعة صناعية.
يشكل المنغنيز أكاسيدًا بسهولة نتيجة الأكسدة في الهواء. اعتمادًا على التغيير في تدرج درجة الحرارة أثناء التسخين ، يتفاعل مع النيتروجين والكبريت والسيليكون. عندما يتم امتصاص الهيدروجين ، يشكل المنغنيز محاليل صلبة.
من الصعب إذابة في الماء في درجة حرارة الغرفة العادية. في الأحماض المركزة ، يذوب عند تسخينه مكونًا الأملاح.
يتميز العنصر الكيميائي رقم 25 بنشاطه في عملية تفاعلات اختزال المعادن من الأكاسيد. يزيح المعادن ، مكونًا مركبًا بالأكسجين.

تكنولوجيا استخلاص العنصر الكيميائي

المنتجون والموردون الرئيسيون للمعادن في السوق العالمية هم البرازيل وأستراليا وجنوب إفريقيا وأوكرانيا. توجد في هذه البلدان احتياطيات خام ، تمثل ما يقرب من 73 ٪ من العالم.

يبدأ إنتاج المعادن الحديدية على نطاق صناعي باستخراج الخامات وإثرائها ، ويعتمد على المركبات المعدنية بعناصر أخرى. على سبيل المثال ، خام الكربونات التقليدي مكلس مسبقًا. في بعض الحالات ، يتم ترشيحها باستخدام حامض الكبريتيك ، يليها الاختزال الحراري بفحم الكوك. في بعض الأحيان يتم استخدام الألومنيوم أو السيليكون لاستعادة المعدن.

العمليات الكيميائية لاستخراج المنجنيز.

يتم استخلاص المعدن النقي بالتحليل الكهربائي من المحاليل المائية لكبريتات المنغنيز.

استخدام المنجنيز في الإنتاج الصناعي

يستخدم الجزء الرئيسي من المعدن لاحتياجات المعادن الحديدية كمادة مضافة ، وعلى نطاق عالمي يحتل استهلاكه المرتبة الرابعة بعد المواد الخام الرئيسية: الحديد والألمنيوم والنحاس. المنغنيز عنصر أساسي موجود في جميع أنواع الحديد الزهر والفولاذ. تُستخدم الخاصية الفريدة للمنغنيز لتشكيل السبائك مع معظم المعادن في صنع:

درجات مختلفة من فولاذ المنغنيز ؛
المنجانيت (سبيكة لا يوجد فيها حديد).

تطبيقات معدنية أخرى

تستخدم خصائص العنصر الكيميائي ومركباته في الإنتاج الصناعي:

كمحفز للتفاعلات العضوية ؛
لتحلل الأملاح غير العضوية.
لإنتاج الزجاج
عند طلاء الأسطح المعدنية.
في صناعة السيراميك لتلوين الطلاء الزجاجي والمينا
لامتصاص المواد الضارة.
لتبييض المواد الطبيعية (الكتان والصوف).

تستخدم النفايات الناتجة عن معالجة المواد الخام المعدنية بمشاركة المنغنيز في الزراعة لإثراء التربة للمحاصيل ذات المكون القيّم.

تلعب كيمياء هذا العنصر دورًا مهمًا في الطب.
تستخدم أملاح المنغنيز لتشكيل محلول مائي مطهر لغسل الجروح وعلاج الحروق.

العنصر الكيميائي رقم 25 ضروري لسير وظائف الجسم بشكل طبيعي ، وتنظيم مستويات الجلوكوز في الدم ، والوقاية من داء السكري ، وضمان الأداء الطبيعي للبنكرياس.

يمكن أن يسبب نقص المنجنيز في جسم الإنسان المرض. إن احتياج الإنسان اليومي لعنصر أثر مهم هو ما يقرب من 10 مجم. مصادره للجسم الغذاء:

بعض أنواع الحشرات والنباتات قادرة على تركيز هذا العنصر الكيميائي ، مما يضمن تنشيط الإنزيمات المشاركة في عملية التنفس والتمثيل الضوئي.

تم استخدام هذا العنصر ، على شكل بيرولوزيت (ثاني أكسيد المنغنيز ، MnO 2) من قبل فناني الكهوف في عصور ما قبل التاريخ في كهوف لاسكو بفرنسا منذ 30000 عام. في الآونة الأخيرة في مصر القديمة ، استخدم صانعو الزجاج المعادن التي تحتوي على هذا المعدن لإزالة الصبغة الخضراء الباهتة من الزجاج الطبيعي.

خامات ممتازةتم العثور عليها في منطقة Magnesia ، الواقعة في شمال اليونان ، جنوب مقدونيا ، وذلك عندما بدأ الخلط مع الاسم. تمت الإشارة ببساطة إلى خامات مختلفة من المنطقة التي تضمنت المغنيسيوم والمنغنيز باسم المغنيسيا. في القرن السابع عشر ، تم استخدام مصطلح المغنيسيا ألبا أو المغنيسيا البيضاء للإشارة إلى معادن المغنيسيوم ، بينما استخدم اسم المغنيسيا السوداء للتعبير عن أكاسيد المنغنيز الداكنة.

بالمناسبة ، كانت المعادن المغناطيسية الشهيرة الموجودة في هذه المنطقة تسمى حجر المغنيسيا ، والتي أصبحت في النهاية مغناطيس اليوم. استمر الارتباك لبعض الوقت حتى نهاية القرن الثامن عشر ، خلصت مجموعة من الكيميائيين السويديين إلى أن المنغنيز عنصر منفصل. في عام 1774 ، قدم أحد أعضاء المجموعة هذه النتائج إلى أكاديمية ستوكهولم ، وفي نفس العام ، أصبح يوهان جوتليب هان أول شخص يحصل على منجنيز نقي وأثبت أنه عنصر منفصل.

المنغنيز - عنصر كيميائي ، خصائص المنغنيز

إنه معدن ثقيل أبيض فضي يغمق ببطء في الهواء الطلق. إنه أكثر صلابة وهشاشة من الحديد ، وله ثقل نوعي قدره 7.21 ونقطة انصهار تبلغ 1244 درجة مئوية. الرمز الكيميائي Mn ، الوزن الذري 54.938 ، العدد الذري 25. في الصيغاقرأ كمنجنيز ، على سبيل المثال KMnO 4 - منجنيز البوتاسيوم حوالي أربعة. هذا عنصر شائع جدًا في الصخور ، تقدر قيمته بـ 0.085٪ من كتلة قشرة الأرض.

هناك أكثر من 300 نوع من المعادن المختلفة، التي تحتوي على هذا العنصر. توجد رواسب أرضية كبيرة في أستراليا والجابون وجنوب إفريقيا والبرازيل وروسيا. ولكن يوجد المزيد في قاع المحيط ، معظمها على أعماق تتراوح بين 4 و 6 كيلومترات ، لذا فإن التعدين هناك ليس مجديًا تجاريًا.

تحتوي معادن الحديد المؤكسد (الهيماتيت والمغنتيت والليمونيت والسيدريت) على 30٪ من هذا العنصر. مصدر آخر محتمل هو الطين ورواسب الطين الأحمر ، والتي تحتوي على عقيدات تصل إلى 25 ٪. أنقى المنغنيزتم الحصول عليها عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية.

المنغنيز والكلور في المجموعة السابعة من الجدول الدوري ، ولكن الكلور في المجموعة الفرعية الرئيسية ، والمنغنيز في المجموعة الجانبية ، والتي تشمل أيضًا التكنيشيوم Tc و rhenium Ke - النظائر الإلكترونية الكاملة. المنغنيز Mn و technetium Ts و rhenium Ke نظائر إلكترونية كاملة بتكوين إلكترونات التكافؤ.

هذا العنصر موجودبكميات صغيرة وفي التربة الزراعية. في العديد من سبائك النحاس والألمنيوم والمغنيسيوم والنيكل ، تمنحها النسب المئوية المختلفة خصائص فيزيائية وتكنولوجية محددة:

ارتداء المقاومة؛
مقاوم للحرارة؛
مقاومة التآكل
انصهار؛
المقاومة الكهربائية ، إلخ.

التكافؤ من المنغنيز

تتراوح حالات أكسدة المنغنيز من 0 إلى +7. في حالة الأكسدة ثنائية التكافؤ ، يتميز المنغنيز بطابع معدني مميز وميل كبير لتكوين روابط معقدة. في الأكسدة الرباعية التكافؤ ، تسود خاصية وسيطة بين الخصائص المعدنية وغير المعدنية ، في حين أن سداسي التكافؤ وسباعي التكافؤ لهما خصائص غير معدنية.

أكاسيد:

معادلة. اللون

الكيمياء الحيوية والصيدلة

المنغنيز عنصر منتشر على نطاق واسع في الطبيعة ، وهو موجود في معظم أنسجة النباتات والحيوانات. تم العثور على أعلى تركيزات:

في قشر البرتقال
في العنب
في التوت
في الهليون
في القشريات
في بطنيات الأقدام
في أبواب مزدوجة.

أحد أهم التفاعلات في علم الأحياء ، وهو التمثيل الضوئي ، يعتمد كليًا على هذا العنصر. إنه اللاعب النجمي في مركز تفاعل النظام الضوئي الثاني ، حيث يتم تحويل جزيئات الماء إلى أكسجين. بدون ذلك ، يكون التمثيل الضوئي مستحيلًا..

إنه عنصر أساسي في جميع الكائنات الحية المعروفة. على سبيل المثال ، يحتوي الإنزيم المسؤول عن تحويل جزيئات الماء إلى أكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي على أربع ذرات منجنيز.

يحتوي جسم الإنسان المتوسط على حوالي 12 ملليجرام من هذا المعدن. نحصل على حوالي 4 ملليجرام يوميًا من الأطعمة مثل المكسرات والنخالة والحبوب والشاي والبقدونس. هذا العنصر يجعل عظام الهيكل العظمي أكثر متانة. كما أنه مهم لامتصاص فيتامين ب 1.

الفوائد والخصائص الضارة

هذا عنصر التتبع، له أهمية بيولوجية كبيرة: فهو يعمل كمحفز في التخليق الحيوي للبورفيرينات ، ثم الهيموجلوبين في الحيوانات والكلوروفيل في النباتات الخضراء. يعد وجودها أيضًا شرطًا ضروريًا لنشاط أنظمة إنزيمات الميتوكوندريا المختلفة ، وبعض إنزيمات استقلاب الدهون ، وعمليات الفسفرة المؤكسدة.

تؤدي الأبخرة أو مياه الشرب الملوثة بأملاح هذا المعدن إلى تغيرات تهيجية في الجهاز التنفسي ، وتسمم مزمن مع ميل تدريجي لا رجعة فيه ، يتميز بتلف العقد القاعدية للجهاز العصبي المركزي ، ومن ثم انتهاك لنوع خارج هرمي مشابه لمرض باركنسون.

مثل هذا التسمم في كثير من الأحيانالشخصية المهنية. ويؤثر على العاملين في معالجة هذا المعدن ومشتقاته وكذلك العاملين في الصناعات الكيماوية والمعدنية. في الطب ، يتم استخدامه في شكل برمنجنات البوتاسيوم كعقار ، مطهر محلي ، وكذلك كمضاد للسموم القلوية الطبيعية (المورفين ، الكوديين ، الأتروبين ، إلخ).

تحتوي بعض أنواع التربة على مستويات منخفضة من هذا العنصر ، لذلك يضاف إلى الأسمدة ويعطى كمكمل غذائي لحيوانات الرعي.

المنغنيز: تطبيق

بصفته معدنًا نقيًا ، باستثناء الاستخدام المحدود في مجال الهندسة الكهربائية ، فإن هذا العنصر ليس له تطبيقات عملية أخرى ، بينما يستخدم في نفس الوقت على نطاق واسع في تحضير السبائك ، وإنتاج الفولاذ ، وما إلى ذلك.

عندما هنري بسمراخترع عملية صنع الفولاذ في عام 1856 ، وتم تدمير فولاذه عن طريق الدرفلة على الساخن. تم حل المشكلة في نفس العام عندما تم اكتشاف أن إضافة كميات صغيرة من هذا العنصر إلى الحديد المنصهر حل المشكلة. اليوم ، في الواقع ، يتم استخدام حوالي 90 ٪ من إجمالي المنجنيز في إنتاج الصلب.

تعريف

المنغنيزهو العنصر الخامس والعشرون من الجدول الدوري. التسمية - Mn من اللاتينية "manganum". تقع في الفترة الرابعة ، مجموعة VIB. يشير إلى المعادن. الشحنة الأساسية هي 25.

ينتمي المنغنيز إلى عناصر شائعة إلى حد ما ، حيث يشكل 0.1٪ (كتلة) من قشرة الأرض. من المركبات التي تحتوي على المنجنيز ، أكثر المعادن شيوعًا هو البيرولوزيت ، وهو ثاني أكسيد المنجنيز MnO 2. المعادن hausmanite Mn 3 O 4 والبراونايت Mn 2 O 3 هي أيضا ذات أهمية كبيرة.

في شكل مادة بسيطة ، المنغنيز هو معدن أبيض فضي (الشكل 1) صلب هش. كثافته 7.44 جم / سم 3 ، نقطة انصهار 1245 درجة مئوية.

أرز. 1. المنغنيز. مظهر.

الوزن الذري والجزيئي للمنغنيز

الوزن الجزيئي النسبي للمادة(M r) هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 من كتلة ذرة كربون ، و الكتلة الذرية النسبية للعنصر(أ ص) - كم مرة يكون متوسط كتلة ذرات عنصر كيميائي أكبر من 1/12 من كتلة ذرة كربون.

نظرًا لأن المنغنيز في الحالة الحرة موجود في شكل جزيئات Mn أحادية الذرة ، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. إنها تساوي 54.9380.

التآصل والتعديلات المتآصلة من المنغنيز

من المعروف أن أربعة تعديلات بلورية من المنجنيز ، كل منها مستقر ديناميكيًا حراريًا في نطاق درجة حرارة معينة. تحت 707 درجة مئوية ، يكون المنغنيز ألفا مستقرًا وله بنية معقدة - تشتمل خليته على 58 ذرة. تعقيد بنية المنجنيز عند درجات حرارة أقل من 707 درجة مئوية يسبب هشاشتها.

نظائر المنغنيز

من المعروف أن المنغنيز يمكن أن يحدث في الطبيعة على شكل النظير المستقر الوحيد 55 Mn. العدد الكتلي هو 55 ، ونواة الذرة تحتوي على 25 بروتونًا وثلاثين نيوترونًا.

هناك نظائر اصطناعية للمنغنيز بأعداد كتلتها من 44 إلى 69 ، بالإضافة إلى سبع حالات متساوية للنواة. أطول النظائر عمرا من بين النظائر المذكورة أعلاه هو 53 مليون مع نصف عمر 3.74 مليون سنة.

أيونات المنغنيز

على مستوى الطاقة الخارجية لذرة المنغنيز ، هناك سبعة إلكترونات تكافؤ:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2.

نتيجة للتفاعل الكيميائي ، يتخلى المنغنيز عن إلكترونات التكافؤ ، أي هو المتبرع بهم ، ويتحول إلى أيون موجب الشحنة:

Mn 0 -2e → Mn 2+ ؛

Mn 0 -3e → Mn 3+ ؛

Mn 0 -4e → Mn 4+ ؛

Mn 0 -6e → Mn 6+ ؛

Mn 0 -7e → Mn 7+.

جزيء وذرة المنغنيز

في الحالة الحرة ، يوجد المنغنيز في شكل جزيئات Mn أحادية الذرة. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء المنغنيز:

سبائك المنغنيز

يستخدم المنغنيز بشكل رئيسي في إنتاج سبائك الفولاذ. يحتوي فولاذ المنغنيز الذي يحتوي على ما يصل إلى 15٪ Mn على صلابة وقوة عالية. أجزاء العمل من آلات التكسير ، المطاحن الكروية ، قضبان السكك الحديدية مصنوعة منها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المنغنيز هو أحد مكونات سبائك المغنيسيوم. يزيد من مقاومتها للتآكل. سبيكة من النحاس مع المنغنيز والنيكل - المنجنيز لها معامل درجة حرارة منخفض للمقاومة الكهربائية. يوجد المنغنيز بكميات صغيرة في العديد من سبائك الألومنيوم.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

ممارسه الرياضه

يتم إنتاج المنغنيز عن طريق اختزال أكسيد المنجنيز (III) بالسيليكون. أكسيد تقني يزن 20 جم (جزء كتلة من الشوائب يساوي 5.2٪) تم اختزاله إلى معدن. احسب كتلة المنجنيز الناتج.

المحلول

نكتب معادلة اختزال أكسيد المنجنيز (III) بالسيليكون إلى المنغنيز:

2Mn 2 O 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4Mn.

احسب كتلة أكسيد المنغنيز (III) بدون شوائب:

ω نقي (Mn 2 O 3) \ u003d 100٪ - شوائب ؛

ω نقي (Mn 2 O 3) \ u003d 100٪ - 5.2 \ u003d 94.8٪ \ u003d 0.984.

م نقي (Mn 2 O 3) = m شوائب (Mn 2 O 3) × ω نقي (Mn 2 O 3) / 100٪ ؛

م نقي (Mn 2 O 3) = 20 × 0.984 = 19.68 جم.

دعونا نحدد كمية مادة أكسيد المنغنيز (III) (الكتلة المولية - 158 جم / مول):

n (Mn 2 O 3) \ u003d m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3) ؛

ن (Mn 2 O 3) = 19.68 / 158 = 0.12 مول.

وفقًا لمعادلة التفاعل n (Mn 2 O 3): n (Si) \ u003d 2: 3 ، مما يعني أن

n (Si) \ u003d 3/2 × n (Mn 2 O 3) \ u003d 3/2 × 0.12 \ u003d 0.2 مول.

ثم كتلة السيليكون تساوي (الكتلة المولية - 28 جم / مول):

م (سي) = ن (سي) × م (سي) ؛

م (سي) = 0.2 × 28 = 5.6 جرام.

إجابه

كتلة السيليكون 5.6 جم

مثال 2

ممارسه الرياضه

احسب كتلة برمنجنات البوتاسيوم المطلوبة لأكسدة 7.9 جم من كبريتيت البوتاسيوم في وسط متعادل.

المحلول

نكتب معادلة أكسدة كبريتات البوتاسيوم مع برمنجنات البوتاسيوم في وسط محايد:

2KMnO 4 + 3K 2 SO 3 + H 2 O \ u003d 2MnO 2 + 3K 2 SO 4 + 2KOH.

احسب عدد مولات كبريتات البوتاسيوم (الكتلة المولية - 158 جم / مول):

ن (K 2 SO 3) \ u003d م (K 2 SO 3) / M (K 2 SO 3) ؛

ن (K 2 SO 3) = 7.9 / 158 = 0.05 مول.

وفقًا لمعادلة التفاعل n (K 2 SO 3): n (KMnO 4) \ u003d 3: 2 ، مما يعني ذلك

ن (KMnO 4) \ u003d 2/3 × n (K 2 SO 3) \ u003d 2/3 × 0.05 \ u003d 0.03 مول.

كتلة برمنجنات البوتاسيوم اللازمة لأكسدة كبريتيت البوتاسيوم في وسط محايد هي (الكتلة المولية - 158 جم / مول):

م (KMnO 4) \ u003d n (KMnO 4) × M (KMnO 4) ؛

م (KMnO 4) = 0.03 × 158 = 4.74 جم.

إجابه

كتلة برمنجنات البوتاسيوم 4.74 جم

المنغنيز عنصر كيميائي موجود في النظام الدوري لمندلييف عند العدد الذري 25. جيرانه هم الكروم والحديد ، مما يحدد تشابه الخصائص الفيزيائية والكيميائية لهذه المعادن الثلاثة. تحتوي نواتها على 25 بروتونا و 30 نيوترونا. الكتلة الذرية للعنصر هي 54.938.

خصائص المنغنيز

المنغنيز هو معدن انتقالي من عائلة د. صيغته الإلكترونية هي كما يلي: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. تُقدَّر صلابة المنغنيز على مقياس موس بـ 4. المعدن صعب جدًا ، ولكنه هش في نفس الوقت. الموصلية الحرارية لها هي 0.0782 واط / سم * ك. يتميز العنصر بلون أبيض فضي.

هناك أربعة تعديلات على المعدن معروفة للإنسان. يتميز كل واحد منهم بالاستقرار الديناميكي الحراري في ظل ظروف درجة حرارة معينة. لذلك ، يحتوي المنغنيز على هيكل معقد إلى حد ما ويظهر ثباته عند درجات حرارة أقل من 707 درجة مئوية ، مما يحدد هشاشته. يحتوي هذا التعديل للمعدن في خليته الأولية على 58 ذرة.

يمكن أن يكون للمنغنيز حالات أكسدة مختلفة تمامًا - من 0 إلى +7 ، بينما +1 و +5 نادرة للغاية. عندما يتفاعل المعدن مع الهواء ، يتم تخميله. مسحوق المنغنيز يحترق في الأكسجين:

Mn + O2 = MnO2

إذا تعرض المعدن لدرجة حرارة مرتفعة ، أي يسخن ، ثم يتحلل إلى ماء مع إزاحة الهيدروجين:

Mn + 2H0O = Mn (OH) 2 + H2

وتجدر الإشارة إلى أن هيدروكسيد المنغنيز ، الذي تتكون طبقته نتيجة التفاعل ، يبطئ عملية التفاعل.

يمتص المعدن الهيدروجين. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت قابليتها للذوبان في المنغنيز. إذا تم تجاوز درجة الحرارة بمقدار 12000 درجة مئوية ، فإن المنغنيز يتفاعل مع النيتروجين ، ونتيجة لذلك تتشكل النيتريت ، والتي لها تركيبة مختلفة.

يتفاعل المعدن أيضًا مع الكربون. نتيجة هذا التفاعل هي تكوين الكربيدات ، وكذلك مبيدات السيليكات ، البوريدات ، الفوسفيدات.

المعدن مقاوم للمحاليل القلوية.

إنه قادر على تكوين الأكاسيد التالية: MnO ، Mn 2 O 3 ، MnO 2 ، MnO 3 ، وآخرها لم يتم عزله في الحالة الحرة ، وكذلك أنهيدريد المنغنيز Mn 2 O 7. في ظل ظروف الوجود العادية ، يعتبر أنهيدريد المنغنيز مادة زيتية سائلة ذات لون أخضر غامق ، والتي لا تتمتع بقدر كبير من الثبات. إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 90 درجة مئوية ، فإن تحلل أنهيدريد يكون مصحوبًا بانفجار. من بين الأكاسيد التي تظهر أكبر قدر من الثبات ، يتم تمييز Mn 2 O 3 و MnO 2 ، بالإضافة إلى أكسيد مركب Mn 3 O 4 (2MnO · MnO 2 ، أو ملح Mn 2 MnO 4).

أكاسيد المنغنيز:

أثناء اندماج البيرولوزيت والقلويات مع وجود الأكسجين ، يحدث تفاعل مع تكوين المنغنات:

2MnO 2 + 2KOH + O 2 \ u003d 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

يتميز محلول المنغنات باللون الأخضر الداكن. إذا تم تحمضه ، فسيتم التفاعل مع صبغ المحلول بلون قرمزي. ويرجع ذلك إلى تكوين MnO 4 - الأنيون ، والذي يترسب منه راسب من أكسيد المنغنيز - هيدروكسيد ، والذي له لون بني.

حمض البرمنجانيك قوي ، لكنه لا يظهر ثباتًا معينًا ، وبالتالي ، فإن تركيزه الأقصى المسموح به لا يزيد عن 20 ٪. يعمل الحمض نفسه ، مثل أملاحه ، كعامل مؤكسد قوي.

أملاح المنغنيز لا تظهر الاستقرار. هيدروكسيداتها لها طابع أساسي مميز. يتحلل كلوريد المنغنيز عند تعرضه لدرجات حرارة عالية. يستخدم هذا المخطط للحصول على الكلور.

تطبيق المنغنيز

هذا المعدن ليس نقصًا - إنه ينتمي إلى عناصر مشتركة: محتواه في قشرة الأرض هو 0.03٪ من إجمالي عدد الذرات. إنه يحتل المرتبة الثالثة في الترتيب بين المعادن الثقيلة ، والتي تشمل جميع عناصر السلسلة الانتقالية ، متجاوزًا الحديد والتيتانيوم. المعادن الثقيلة هي تلك التي يزيد وزنها الذري عن 40.

يمكن العثور على المنغنيز بكميات صغيرة في بعض الصخور. في الأساس ، يحدث توطين مركبات الأكسجين الخاصة به في شكل معدن بيرولوزيت - MnO 2.

المنغنيز له استخدامات عديدة. إنه ضروري لإنتاج العديد من السبائك والمواد الكيميائية. بدون المنغنيز ، يكون وجود الكائنات الحية أمرًا مستحيلًا ، لأنه يعمل كعنصر تتبع نشط ، كما أنه موجود أيضًا في جميع الكائنات الحية والنباتية تقريبًا. المنغنيز له تأثير إيجابي على عمليات تكون الدم في الكائنات الحية. يوجد أيضًا في العديد من الأطعمة.

المعدن عنصر لا غنى عنه في علم المعادن. منجنيز يستخدم لإزالة الكبريت والأكسجين من الفولاذ أثناء إنتاجه. تتطلب هذه العملية كميات كبيرة من المعدن. ولكن تجدر الإشارة إلى أنه لا يضاف المنجنيز النقي إلى الذوبان ، ولكن سبائكه بالحديد تسمى المنغنيز الحديدي. يتم الحصول عليها في عملية تفاعل اختزال بيرولوزيت مع الفحم. يعمل المنغنيز أيضًا كعنصر صناعة السبائك للفولاذ. بفضل إضافة المنجنيز إلى الفولاذ ، تزداد مقاومة التآكل بشكل كبير ، كما أنها تصبح أقل عرضة للإجهاد الميكانيكي. إن وجود المنغنيز في تركيبة المعادن غير الحديدية يزيد بشكل كبير من قوتها ومقاومتها للتآكل.

وجد ثنائي أكسيد المعادن تطبيقه في أكسدة الأمونيا ، وهو أيضًا مشارك في التفاعلات العضوية وتفاعلات تحلل الأملاح غير العضوية. في هذه الحالة ، يعمل ثاني أكسيد المنغنيز كعامل مساعد.

كما أن صناعة السيراميك لا تستغني عن استخدام المنغنيز ، حيث يستخدم MnO 2 كصبغة سوداء وبنية داكنة للمينا والزجاج. أكسيد المنغنيز مشتت للغاية. لديها قدرة امتصاص جيدة ، مما يجعل من الممكن إزالة الشوائب الضارة من الهواء.

يدخل المنغنيز إلى البرونز والنحاس الأصفر. تستخدم بعض المركبات المعدنية في التخليق العضوي الدقيق والتخليق العضوي الصناعي. يتميز زرنيخ المنغنيز بتأثير مغناطيسي هائل ، والذي يصبح أقوى بكثير عند تعرضه لضغط عالٍ. يعمل تيلورايد المنغنيز كمواد كهروحرارية واعدة.

في الطب ، من المناسب أيضًا استخدام المنجنيز ، أو بالأحرى أملاحه. لذلك ، يتم استخدام محلول مائي من برمنجنات البوتاسيوم كمطهر ، ويمكنهم أيضًا غسل الجروح والغرغرة وتليين القرحة والحروق. في بعض حالات التسمم بالقلويدات والسيانيدات ، يشار إلى محلولها عن طريق الفم.

مهم:على الرغم من العدد الهائل من الجوانب الإيجابية لاستخدام المنجنيز ، في بعض الحالات ، يمكن لمركباته أن تؤثر سلبًا على جسم الإنسان وحتى يكون لها تأثير سام. وبالتالي ، فإن أقصى تركيز مسموح به من المنجنيز في الهواء هو 0.3 مجم / م 3. في حالة التسمم الواضح بمادة ما ، يتأثر الجهاز العصبي البشري ، والتي تتميز بمتلازمة باركنسون المنغنيز.

الحصول على المنجنيز

يمكن الحصول على المعدن بعدة طرق. من بين الطرق الأكثر شيوعًا ما يلي:

الألمنيوم. يتم الحصول على المنجنيز من أكسيده Mn 2 O 3 عن طريق تفاعل الاختزال. يتشكل الأكسيد بدوره أثناء تكليس البيرولوزيت:

4MnO 2 \ u003d 2Mn 2 O 3 + O 2

Mn 2 O 3 + 2Al \ u003d 2Mn + Al 2 O 3

التصالحية. يتم الحصول على المنجنيز عن طريق اختزال المعدن مع فحم الكوك من خامات المنغنيز ، مما يؤدي إلى تكوين المنغنيز الحديدي (سبيكة من المنغنيز والحديد). هذه الطريقة هي الأكثر شيوعًا ، حيث يتم استخدام الجزء الأكبر من إجمالي إنتاج المعدن أثناء إنتاج سبائك مختلفة ، والمكون الرئيسي منها هو الحديد ، فيما يتعلق بهذا ، يتم استخراج المنغنيز من الخامات ليس في شكل نقي ، ولكن في شكل سبيكة معها
التحليل الكهربائي. يتم الحصول على المعدن في شكله النقي بهذه الطريقة من أملاحه.

عُرفت معادن المنغنيز ، ولا سيما البيرولوزيت ، في العصور القديمة. يعتبر البيرولوزيت نوعًا من خام الحديد المغناطيسي وكان يستخدم في صهر الزجاج - للتوضيح. تم شرح حقيقة أن المعدن ، على عكس خام الحديد المغناطيسي الحقيقي ، لا ينجذب بواسطة المغناطيس بطريقة مسلية: كان يعتقد أن البيرولوزيت هو معدن أنثوي ولا يبالي بالمغناطيس.

في القرن الثامن عشر ، تم عزل المنجنيز في شكله النقي. واليوم سنتحدث عنها بالتفصيل. لذلك ، دعونا نناقش ما إذا كان المنغنيز ضارًا ، وأين يمكنك شراؤه ، وكيفية الحصول على المنغنيز وما إذا كان يطيع GOST.

المنغنيز ينتمي إلى فترة مماثلة المجموعة 7 المجموعة 4. العنصر شائع - يحتل المركز الرابع عشر.

ينتمي العنصر إلى المعادن الثقيلة - الكتلة الذرية أكثر من 40. ويتم تخميله في الهواء - وهو مغطى بغشاء أكسيد كثيف يمنع المزيد من التفاعل مع الأكسجين. بفضل هذا الفيلم ، فهو غير نشط في الظروف العادية.

عند تسخين المنجنيز ، يتفاعل مع العديد من المواد والأحماض والقواعد البسيطة ، مكونًا مركبات ذات حالات أكسدة مختلفة جدًا: -1 ، -6 ، +2 ، +3 ، +4 ، +7. ينتمي المعدن إلى المعدن الانتقالي ، وبالتالي ، فإنه يعرض خصائص الاختزال والأكسدة بسهولة متساوية. مع المعادن ، على سبيل المثال ، مع ، تشكل محاليل صلبة دون تفاعل.

سيخبرك هذا الفيديو ما هو المنجنيز:

الميزات والاختلافات عن المواد الأخرى

المنغنيز معدن أبيض فضي ، كثيف ، صلب - له هيكل معقد بشكل غير عادي. هذا الأخير هو سبب هشاشة المادة. من المعروف أن أربعة تعديلات على المنجنيز. تتيح السبائك مع المعدن تثبيت أي منها والحصول على حلول صلبة بخصائص مختلفة جدًا.

المنغنيز هو أحد العناصر النزرة الحيوية. هذا ينطبق بالتساوي على النباتات والحيوانات. يشارك العنصر في عملية التمثيل الضوئي ، في عملية التنفس ، وينشط عددًا من الإنزيمات ، وهو مشارك لا غنى عنه في عملية التمثيل الغذائي للعضلات ، وما إلى ذلك. الجرعة اليومية من المنجنيز للبشر هي 2-9 مجم. كل من النقص والزيادة في عنصر خطير بنفس القدر.
المعدن أثقل وأقوى من الحديد ، لكن ليس له تطبيق عملي في شكله النقي بسبب هشاشته العالية. لكن سبائكه ومركباته لها أهمية كبيرة بشكل غير عادي في الاقتصاد الوطني. يتم استخدامه في المعادن الحديدية وغير الحديدية ، في إنتاج الأسمدة ، في الهندسة الكهربائية ، في التخليق العضوي الدقيق ، وما إلى ذلك.
يختلف المنغنيز تمامًا عن معادن مجموعته الفرعية. التكنيشيوم عنصر مشع يتم الحصول عليه صناعيا. يشير الرينيوم إلى العناصر النادرة والنادرة. يمكن أيضًا الحصول على البوريوم بشكل مصطنع ولا يحدث في الطبيعة. النشاط الكيميائي لكل من التكنيشيوم والرينيوم أقل بكثير من نشاط المنغنيز. التطبيق العملي ، باستثناء الاندماج النووي ، يجد فقط المنغنيز.

المنغنيز (الصورة)

إيجابيات وسلبيات

إن الخواص الفيزيائية والكيميائية للمعدن لا تتعامل عمليًا مع المنجنيز نفسه ، ولكن مع العديد من مركباته وسبائكه ، لذلك يجب مراعاة مزايا وعيوب المادة من وجهة النظر هذه.

يشكل المنغنيز مجموعة متنوعة من السبائك مع جميع المعادن تقريبًا ، وهي ميزة إضافية مؤكدة.
قابلة للذوبان بشكل متبادل تمامًا ، أي أنها تشكل حلولًا صلبة مع أي نسبة من العنصر ، متجانسة في الخصائص. في هذه الحالة ، سيكون للسبيكة نقطة غليان أقل بكثير من درجة غليان المنغنيز.
تعتبر سبائك العنصر مع الكربون ذات أهمية عملية كبيرة. كلا السبيكتين لهما أهمية كبيرة في صناعة الصلب.
تُستخدم مركبات المنجنيز العديدة والمتنوعة في الصناعات الكيماوية والنسيجية والزجاجية وإنتاج الأسمدة وما إلى ذلك. أساس هذا التنوع هو النشاط الكيميائي للمادة.

ترتبط عيوب المعدن بخصائص هيكله ، والتي لا تسمح باستخدام المعدن نفسه كمواد هيكلية.

العامل الرئيسي هو هشاشة صلابة عالية. يتبلور المنغنيز حتى +707 درجة مئوية في بنية تحتوي الخلية فيها على 58 ذرة.
نقطة غليان عالية إلى حد ما ، من الصعب العمل مع المعدن بمثل هذه المعدلات المرتفعة.
الموصلية الكهربائية للمنغنيز منخفضة جدًا ، لذا فإن استخدامها في الهندسة الكهربائية محدود أيضًا.

سنتحدث عن الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمنغنيز كذلك.

الخصائص والخصائص

تعتمد الخصائص الفيزيائية للمعدن بشكل ملحوظ على درجة الحرارة. نظرًا لوجود ما يصل إلى 4 تعديلات ، فهذا ليس مفاجئًا.

الخصائص الرئيسية للمادة هي كما يلي:

الكثافة - عند درجة الحرارة العادية 7.45 جم / متر مكعب. انظر هذه هي القيمة التي تعتمد بشكل ضعيف على درجة الحرارة: على سبيل المثال ، عند تسخينها إلى 600 درجة مئوية ، تنخفض الكثافة بنسبة 7 ٪ فقط ؛
نقطة الانصهار - 1244 درجة مئوية ؛
نقطة الغليان - 2095 درجة مئوية ؛
الموصلية الحرارية عند 25 درجة مئوية هي 66.57 واط / (م · ك) ، وهو مؤشر منخفض للمعدن ؛
السعة الحرارية النوعية - 0.478 كيلو جول / (كجم · كلفن) ؛
معامل التمدد الخطي ، المقاس عند 20 درجة مئوية ، يساوي 22.3 10 -6 درجة -1 - ؛ تزداد السعة الحرارية والتوصيل الحراري للمادة خطيًا مع زيادة درجة الحرارة ؛
مقاومة كهربائية محددة - 1.5-2.6 ميكرومتر ، أعلى بقليل من الرصاص.

المنغنيز هو مغناطيسي ، أي أنه ممغنط في مجال مغناطيسي خارجي وينجذب إلى المغناطيس. يمر المعدن إلى الحالة المغناطيسية المضادة عند درجات حرارة منخفضة ، وتختلف درجة حرارة الانتقال لكل تعديل.

يتم وصف هيكل وتكوين المنغنيز أدناه.

المنجنيز ومركباته موضوع الفيديو أدناه:

الهيكل والتكوين

تم وصف أربعة تعديلات هيكلية للمادة ، كل منها مستقر في نطاق درجة حرارة معينة. يمكن أن يؤدي الاندماج مع معادن معينة إلى استقرار أي مرحلة.

تصل إلى 707 درجة مئويةتعديل a مستقر. - شعرية مكعبة مركزها الجسم ، وتضم خلية الوحدة 58 ذرة. مثل هذا الهيكل معقد للغاية ويسبب هشاشة عالية للمادة. مؤشراته - السعة الحرارية ، والتوصيل الحراري ، والكثافة ، تُعطى كخصائص لمادة.
عند 700-1079 درجة مئويةالمستقر هو الطور ب مع نفس النوع من الشبكة ، ولكن ببنية أبسط: الخلية تتكون من 20 ذرة. في هذه المرحلة ، يُظهر المنغنيز بعض اللدونة. كثافة تعديل ب 7.26 جم / مكعب. انظر المرحلة سهلة الإصلاح - عن طريق إخماد المادة عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة انتقال الطور.
في درجات حرارة من 1079 درجة مئوية إلى 1143المرحلة g مستقرة. يتميز بشبكة شعرية مكعبة الوجه مع خلية من 4 ذرات. التعديل من البلاستيك. ومع ذلك ، لا يمكن إصلاح المرحلة تمامًا عند التبريد. عند درجة حرارة التحول ، تبلغ كثافة المعدن 6.37 جم / متر مكعب. سم ، في الوضع الطبيعي - 7 ، 21 جم / متر مكعب. سم.
فوق درجة حرارة 1143 درجة مئوية ويغلياستقرت المرحلة d مع شعرية مكعبة محورها الجسم ، وتحتوي الخلية على ذرتين. كثافة التعديل 6.28 جم / متر مكعب. انظر.ومن المثير للاهتمام ، أن d-Mn يمكن أن يدخل في حالة مغناطيسية مضادة عند درجة حرارة عالية - 303 درجة مئوية.

تعتبر انتقالات الطور ذات أهمية كبيرة في الحصول على سبائك مختلفة ، خاصة وأن الخصائص الفيزيائية للتعديلات الهيكلية مختلفة.

يتم وصف إنتاج المنغنيز أدناه.

إنتاج

في الأساس ، ولكن هناك أيضًا ودائع مستقلة. وهكذا ، فإن ما يصل إلى 40٪ من احتياطيات العالم من خامات المنغنيز تتركز في أراضي ودائع شياتورا.

ينتشر العنصر في جميع الصخور تقريبًا ويمكن غسله بسهولة. محتواها في مياه البحر منخفض ، ولكن في قاع المحيطات ، مع الحديد ، تشكل خرسانات ، يصل فيها محتوى العنصر إلى 45 ٪. تعتبر هذه الودائع واعدة لمزيد من التطوير.

يوجد عدد قليل من الرواسب الكبيرة من المنغنيز على أراضي روسيا ، وبالتالي فهي مادة خام نادرة للغاية بالنسبة للاتحاد الروسي.

وأشهر المعادن هي البيرولوزيت ، والمغنتيت ، والبراونايت ، والمنغنيز ، وما إلى ذلك. محتوى العنصر فيها يختلف من 62 إلى 69٪. يتم تعدينهم في المحجر أو طريقة المناجم. كقاعدة عامة ، يتم غسل الخام مسبقًا.

يرتبط الحصول على المنجنيز ارتباطًا مباشرًا باستخدامه. المستهلك الرئيسي لها هو صناعة الصلب ، ولاحتياجاتها ليس المعدن نفسه هو المطلوب ، ولكن مزيجها مع الحديد - المنغنيز الحديدي. لذلك ، عند الحديث عن إنتاج المنغنيز ، فغالبًا ما تعني مركبًا ضروريًا في علم المعادن الحديدية.

في السابق ، كان المنغنيز الحديدي يُنتج في أفران الصهر. ولكن بسبب نقص فحم الكوك والحاجة إلى استخدام خامات المنغنيز الفقيرة ، تحول المصنعون إلى الصهر في الأفران الكهربائية.

للصهر ، يتم استخدام الأفران المفتوحة والمغلقة المبطنة بالفحم - وبهذه الطريقة يتم الحصول على الكربون الحديدي والمنغنيز. يتم الانصهار بجهد 110-160 فولت ، باستخدام طريقتين - التدفق والخالي من التدفق. الطريقة الثانية أكثر اقتصادا ، لأنها تسمح باستخراج العنصر بشكل كامل ، ومع ذلك ، مع وجود نسبة عالية من السيليكا في الخام ، فإن طريقة التدفق فقط ممكنة.

طريقة خالية من التدفق- عملية مستمرة. يتم تحميل خليط خام المنغنيز وفحم الكوك ونشارة الحديد عند إعادة صهره. من المهم التأكد من أن كمية عامل الاختزال كافية. يتم إنتاج الحديدومنجنيز والخبث في وقت واحد 5-6 مرات لكل نوبة.
سيليكومنجنيزيتم إنتاجه بطريقة مماثلة في فرن الصهر الكهربائي. تشمل الشحنة ، بالإضافة إلى الخام ، خبث المنغنيز - بدون الفوسفور والكوارتزيت وفحم الكوك.
المنغنيز المعدنيتم الحصول عليها بشكل مشابه لصهر المنغنيز الحديدي. المادة الخام عبارة عن نفايات ناتجة عن صب وقطع السبائك. بعد ذوبان السبيكة والخليط ، يضاف السليكونومنجنيز ، وقبل 30 دقيقة من نهاية الذوبان ، يتم نفخه بالهواء المضغوط.
يتم الحصول على مادة نقية كيميائيا التحليل الكهربائي.

طلب

يذهب 90٪ من إنتاج المنغنيز في العالم إلى صناعة الصلب. علاوة على ذلك ، فإن معظم المعادن لا تتطلب الحصول على سبائك المنغنيز نفسها ، ولكن لتشمل 1٪ من العنصر. علاوة على ذلك ، يمكن أن يحل محل النيكل تمامًا إذا زاد محتواه إلى 4-16٪. والحقيقة هي أن المنغنيز وكذلك يثبت مرحلة الأوستينيت في الفولاذ.

يمكن أن يخفض المنغنيز بدرجة كبيرة درجة حرارة انتقال الأوستينيت إلى الفريت ، مما يمنع ترسيب كربيد الحديد. وبالتالي ، فإن المنتج النهائي يكتسب صلابة وقوة أكبر.

يستخدم عنصر المنغنيز للحصول على مقاومة للتآكل - من 1٪. تستخدم هذه المواد في صناعة تجهيز الأغذية في تصنيع مجموعة متنوعة من الحاويات. السبائك المعدنية مع - تستخدم في تصنيع المراوح البحرية والمحامل والتروس والأجزاء الأخرى الملامسة لمياه البحر.

تستخدم مركباتها على نطاق واسع في الصناعات غير المعدنية - في الطب والزراعة والصناعات الكيماوية.

المنغنيز معدن مثير للاهتمام ليس في حد ذاته بقدر ما هو مثير للاهتمام في خصائص مركباته العديدة. ومع ذلك ، من الصعب المبالغة في تقدير أهميتها كعنصر صناعة السبائك.

يظهر تفاعل أكسيد المنغنيز مع الألومنيوم في هذا الفيديو: