Уравнение на манганова вода. Структурна химична формула на манган

Манганът е ценен метал за хората.

Химичните свойства на мангана определят широкото му използване като суровина за промишленото производство на висококачествени сплави. Съединенията на елемента намират приложение в медицината и селското стопанство.

Физични и химични свойства на метала

1. За първи път химичен елемент е открит от шведски химици в желязна руда. Извлича се чрез нагряване на смес от руден материал с въглища. В резултат на това е възстановен метален компонент, който носи името си от немската дума за "манганова руда".
2. Химическият елемент принадлежи към редица преходни и може да образува съединения, съдържащи атоми в степен на окисление 0. При нагряване той проявява свойството да измества водорода, разлагайки водата.
3. В природата този чуплив метал, характеризиращ се със сребрист цвят, се среща само в съединения. Извлича се от рудни суровини, сред които най-често се срещат следните видове: пиролузит, манганит, псиломелан, браунит.
4. Металът се намира в манганови възли, открити на дъното на океаните. Технологията за извличането им от дъното е свързана с използването на специално оборудване и няма индустриален характер.
5. Манганът лесно образува оксиди в резултат на окисление във въздуха. В зависимост от промяната на температурния градиент по време на нагряване, той реагира с азот, сяра, силиций. Когато водородът се абсорбира, манганът образува твърди разтвори.
6. Трудно се разтваря във вода при обикновена стайна температура. В концентрирани киселини се разтваря при нагряване, образувайки соли.
7. Химичен елемент № 25 се отличава с активността си в процеса на реакции на редукция на метали от оксиди. Той измества металите, образувайки съединение с кислорода.

Технология на извличане на химически елементи

Основните производители и доставчици на метал за световния пазар са Бразилия, Австралия, Южна Африка и Украйна. Именно в тези страни се намират рудни запаси, които представляват почти 73% от световните.

Производството на черни метали в промишлен мащаб започва с извличането на руди и тяхното обогатяване и зависи от метални съединения с други елементи. Например конвенционалната карбонатна руда е предварително калцинирана. В някои случаи се излугва със сярна киселина, последвано от термична редукция с кокс. Понякога за възстановяване на метала се използва алуминий или силиций.

Химични процеси за извличане на манган.

Чистият метал се извлича чрез електролиза от водни разтвори на манганов сулфат.

Използването на манган в промишленото производство

1. Основната част от метала се използва за нуждите на черната металургия като добавка, а в световен мащаб потреблението му е на 4-то място след основните суровини: желязо, алуминий и мед. Манганът е основен елемент, присъстващ във всички видове чугун и стомана. Уникалното свойство на мангана да образува сплави с повечето метали се използва за производството на:

• различни степени на манганова стомана;
• манганити (сплав, в която няма желязо).

Други метални приложения

Свойствата на химичен елемент и неговите съединения се използват в промишленото производство:

• като катализатор на органични реакции;
• за разграждане на неорганични соли;
• за производство на стъкло;
• при покриване на метални повърхности;
• в керамичната промишленост за оцветяване на глазури и емайллакове
• за адсорбция на вредни вещества;
• за избелване на естествени материали (лен, вълна).

Отпадъците, получени в резултат на преработката на метални суровини с участието на манган, се използват в селското стопанство за обогатяване на почвата за култури с ценен компонент.

Химията на този елемент играе важна роля в медицината.
Мангановите соли се използват за образуване на антисептичен воден разтвор за измиване на рани и лечение на изгаряния.

Химичен елемент № 25 е необходим за нормалното функциониране на организма, регулиране на нивата на кръвната захар, профилактика на захарен диабет и осигуряване на нормалното функциониране на панкреаса.

Липсата на манган в човешкото тяло може да причини заболяване. Дневната нужда на човека от важен микроелемент е почти 10 мг. Неговите източници за тялото са храната:

Някои видове насекоми и растения са в състояние да концентрират този химичен елемент, което осигурява активирането на ензимите, участващи в процеса на дишане и фотосинтеза.

Този елемент, под формата на пиролузит (манганов диоксид, MnO 2 ), е бил използван от праисторическите пещерни художници в пещерите Ласко, Франция, още преди 30 000 години. В по-ново време в древен Египет производителите на стъкло са използвали минерали, съдържащи този метал, за да премахнат бледозеленикавия оттенък на естественото стъкло.

Отлични рудиса открити в района на Магнезия, който е в Северна Гърция, южно от Македония, и тогава започва объркването с името. Различни руди от региона, които включват както магнезий, така и манган, се наричат ​​просто магнезий. През 17-ти век терминът магнезия алба или бял магнезий е приет за магнезиеви минерали, докато името черен магнезий се използва за по-тъмните оксиди на манган.

Между другото, известните магнитни минерали, открити в този регион, се наричаха магнезиев камък, който в крайна сметка се превърна в днешния магнит. Объркването продължава известно време, докато в края на 18 век група шведски химици заключава, че манганът е отделен елемент. През 1774 г. член на групата представя тези открития на Стокхолмската академия, а през същата година Йохан Готлиб Хан става първият човек, получил чист манган и доказва че е отделен елемент.

Манган - химичен елемент, характеристики на манган

Това е тежък, сребристо-бял метал, който бавно потъмнява на открито. По-твърд и по-крехък от желязото, той има специфично тегло 7,21 и точка на топене 1244°C. Химически символ Mn, атомно тегло 54,938, атомен номер 25. Във формулипрочетете като манган, например KMnO 4 - калиев манган около четири. Това е много често срещан елемент в скалите, количеството му се оценява на 0,085% от масата на земната кора.

Има над 300 различни минерала, съдържащ този елемент. Големи находища на сушата има в Австралия, Габон, Южна Африка, Бразилия и Русия. Но още повече се намират на океанското дъно, най-вече на дълбочини от 4 до 6 километра, така че добивът там не е икономически изгоден.

Окислените железни минерали (хематит, магнетит, лимонит и сидерит) съдържат 30% от този елемент. Друг потенциален източник са находищата на глина и червена кал, които съдържат конкреции до 25%. Най-чистият манганполучени чрез електролиза на водни разтвори.

Манганът и хлорът са в VII група на периодичната таблица, но хлорът е в основната подгрупа, а манганът е в страничната група, която включва също технеций Tc и рений Ke - пълни електронни аналози. Манган Mn, технеций Ts и рений Ke са пълни електронни аналози с конфигурация на валентни електрони.

Този елемент присъствав малки количества и в земеделски почви. В много сплави на мед, алуминий, магнезий, никел, различните му проценти им придават специфични физични и технологични свойства:

• износоустойчивост;
• топлоустойчивост;
• устойчивост на корозия;
• разтопимост;
• електрическо съпротивление и др.

Валентности на манган

Степените на окисление на мангана са от 0 до +7. В двувалентно състояние на окисление манганът има ясно изразен метален характер и висока склонност към образуване на сложни връзки. При четиривалентното окисление преобладава междинен характер между метални и неметални свойства, докато шествалентните и седемвалентните имат неметални свойства.

Оксиди:

Формула. Цвят

Биохимия и фармакология

Манганът е елемент, широко разпространен в природата, присъства в повечето тъкани на растения и животни. Най-високи концентрации се установяват:

• в портокалова кора;
• в грозде;
• в горски плодове;
• в аспержи;
• в ракообразните;
• в коремоноги;
• в двойни врати.

Една от най-важните реакции в биологията, фотосинтезата, е напълно зависима от този елемент. Той е звездният играч в реакционния център на фотосистема II, където водните молекули се превръщат в кислород. Без него фотосинтезата е невъзможна..

Той е основен елемент във всички известни живи организми. Например, ензимът, отговорен за превръщането на водните молекули в кислород по време на фотосинтеза, съдържа четири манганови атома.

Средно човешкото тяло съдържа около 12 милиграма от този метал. Получаваме около 4 милиграма всеки ден от храни като ядки, трици, зърнени храни, чай и магданоз. Този елемент прави костите на скелета по-издръжливи. Важен е и за усвояването на витамин В1.

Ползи и вредни свойства

Този микроелемент, е от голямо биологично значение: действа като катализатор в биосинтезата на порфирините, а след това и на хемоглобина при животните и хлорофила в зелените растения. Неговото присъствие също е необходимо условие за активността на различни митохондриални ензимни системи, някои ензими на липидния метаболизъм и процесите на окислително фосфорилиране.

Изпаренията или питейната вода, замърсена със соли на този метал, води до иритативни промени в дихателните пътища, хронична интоксикация с прогресивна и необратима тенденция, характеризираща се с увреждане на базалните ганглии на централната нервна система и след това нарушение от екстрапирамиден тип подобно към болестта на Паркинсон.

Такова отравяне е честопрофесионален характер. Засяга работниците, заети в обработката на този метал и неговите производни, както и работниците в химическата и металургичната промишленост. В медицината се използва под формата на калиев перманганат като стягащо, локално антисептично средство, а също и като антидот на отрови с алкалоидна природа (морфин, кодеин, атропин и др.).

Някои почви имат ниски нива на този елемент, поради което се добавя към торовете и се дава като хранителна добавка за пасищни животни.

Манган: приложение

Като чист метал, с изключение на ограничената употреба в областта на електротехниката, този елемент няма други практически приложения, като в същото време се използва широко за приготвяне на сплави, производство на стомана и др.

Когато Хенри Бесемеризобретява процеса на производство на стомана през 1856 г., неговата стомана е унищожена от горещо валцуване. Проблемът беше решен през същата година, когато беше открито, че добавянето на малки количества от този елемент към разтопеното желязо решава проблема. Днес всъщност около 90% от целия манган се използва за производството на стомана.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Мангане двадесет и петият елемент от периодичната система. Обозначение - Mn от латинското "manganum". Намира се в четвърти период, група VIB. Отнася се за метали. Основният заряд е 25.

Манганът принадлежи към доста общи елементи, съставляващи 0,1% (маса) от земната кора. От съединенията, съдържащи манган, най-често срещаният минерал е пиролузитът, който е манганов диоксид MnO 2 . Минералите хаусманит Mn 3 O 4 и браунит Mn 2 O 3 също са от голямо значение.

Под формата на просто вещество манганът е сребристо-бял (фиг. 1) твърд, чуплив метал. Плътността му е 7,44 g / cm 3, точка на топене 1245 o C.

Ориз. 1. Манган. Външен вид.

Атомно и молекулно тегло на манган

Относително молекулно тегло на веществото(M r) е число, показващо колко пъти масата на дадена молекула е по-голяма от 1/12 от масата на въглероден атом и относителна атомна маса на даден елемент(A r) - колко пъти средната маса на атомите на химичен елемент е по-голяма от 1/12 от масата на въглероден атом.

Тъй като в свободно състояние манганът съществува под формата на моноатомни Mn молекули, стойностите на неговите атомни и молекулни маси съвпадат. Те са равни на 54,9380.

Алотропия и алотропни модификации на манган

Известни са четири кристални модификации на мангана, всяка от които е термодинамично стабилна в определен температурен диапазон. Под 707 o C α-манганът е стабилен, има сложна структура – ​​елементарната му клетка включва 58 атома. Сложността на структурата на мангана при температури под 707 o С причинява неговата крехкост.

Изотопи на манган

Известно е, че манганът може да се среща в природата под формата на единствения стабилен изотоп 55 Mn. Масовото число е 55, ядрото на атома съдържа двадесет и пет протона и тридесет неутрона.

Има изкуствени изотопи на манган с масови числа от 44 до 69, както и седем изомерни състояния на ядрата. Най-дългоживеещият изотоп сред горните е 53 Mn с период на полуразпад от 3,74 милиона години.

манганови йони

На външното енергийно ниво на мангановия атом има седем валентни електрона:

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

В резултат на химично взаимодействие манганът отдава своите валентни електрони, т.е. е техен донор и се превръща в положително зареден йон:

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+.

Молекула и атом на манган

В свободно състояние манганът съществува под формата на моноатомни Mn молекули. Ето някои свойства, които характеризират атома и молекулата на мангана:

манганови сплави

Манганът се използва главно в производството на легирани стомани. Манганова стомана, съдържаща до 15% Mn, има висока твърдост и якост. От него се изработват работни части на трошачни машини, топкови мелници, железопътни релси. В допълнение, манганът е съставна част на сплави на магнезиева основа; повишава тяхната устойчивост на корозия. Сплав от мед с манган и никел - манганин има нисък температурен коефициент на електрическо съпротивление. Манганът се намира в малки количества в много алуминиеви сплави.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Манганът се получава чрез редукция на манганов (III) оксид със силиций. Технически оксид с тегло 20 g (масовата част на примесите е 5,2%) се редуцира до метал. Изчислява се масата на получения манган.
Решение	Записваме уравнението за редукцията на манганов (III) оксид със силиций до манган: 2Mn 2 O 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4Mn. Изчислете масата на манганов (III) оксид без примеси: ω чист (Mn 2 O 3) \u003d 100% - ω примес; ω чист (Mn 2 O 3) \u003d 100% - 5,2 \u003d 94,8% \u003d 0,984. m чист (Mn 2 O 3) = m примес (Mn 2 O 3) × ω чист (Mn 2 O 3) / 100%; m чист (Mn 2 O 3) \u003d 20 × 0,984 \u003d 19,68 g. Да определим количеството вещество на манганов (III) оксид (моларна маса - 158 g / mol): n (Mn 2 O 3) \u003d m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3); n (Mn 2 O 3) \u003d 19,68 / 158 \u003d 0,12 mol. Според уравнението на реакцията n (Mn 2 O 3) : n (Si) \u003d 2: 3, което означава, че n(Si) \u003d 3/2 × n (Mn 2 O 3) = 3/2 × 0,12 = 0,2 mol. Тогава масата на силиция ще бъде равна на (моларна маса - 28 g / mol): m (Si) = n (Si) × M (Si); m(Si) = 0,2 × 28 = 5,6 g.
Отговор	Маса на силиция 5,6 g

ПРИМЕР 2

Упражнение	Изчислете масата калиев перманганат, необходима за окисляване на 7,9 g калиев сулфит в неутрална среда.
Решение	Записваме уравнението за окисление на калиев сулфит с калиев перманганат в неутрална среда: 2KMnO 4 + 3K 2 SO 3 + H 2 O \u003d 2MnO 2 + 3K 2 SO 4 + 2KOH. Изчислете броя на моловете калиев сулфит (моларна маса - 158 g / mol): n (K 2 SO 3) \u003d m (K 2 SO 3) / M (K 2 SO 3); n (K 2 SO 3) \u003d 7,9 / 158 \u003d 0,05 mol. Според уравнението на реакцията n (K 2 SO 3): n (KMnO 4) \u003d 3: 2, което означава, че n (KMnO 4) \u003d 2/3 × n (K 2 SO 3) = 2/3 × 0,05 = 0,03 mol. Масата на калиевия перманганат, необходима за окисляването на калиев сулфит в неутрална среда, е (моларна маса - 158 g / mol): m (KMnO 4) \u003d n (KMnO 4) × M (KMnO 4); m (KMnO 4) \u003d 0,03 × 158 \u003d 4,74 g.
Отговор	Масата на калиев перманганат е 4,74 g

Манганът е химичен елемент, разположен в периодичната система на Менделеев с атомен номер 25. Неговите съседи са хром и желязо, което определя сходството на физичните и химичните свойства на тези три метала. Ядрото му съдържа 25 протона и 30 неутрона. Атомната маса на елемента е 54,938.

свойства на мангана

Манганът е преходен метал от d-семейството. Електронната му формула е следната: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Твърдостта на мангана по скалата на Моос се оценява на 4. Металът е доста твърд, но в същото време е крехък. Неговата топлопроводимост е 0,0782 W / cm * K. Елементът се характеризира със сребристо-бял цвят.

Има четири модификации на метала, известни на човека. Всеки от тях се характеризира с термодинамична стабилност при определени температурни условия. И така, а-манганът има доста сложна структура и показва своята стабилност при температури под 707 0 C, което определя неговата крехкост. Тази модификация на метала в елементарната си клетка съдържа 58 атома.

Манганът може да има напълно различни степени на окисление - от 0 до +7, докато +1 и +5 са изключително редки. Когато металът взаимодейства с въздуха, той се пасивира. Манганът на прах изгаря в кислород:

Mn+O2=MnO2

Ако металът е изложен на повишена температура, т.е. нагрят, тогава той ще се разложи във вода с изместване на водород:

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

Трябва да се отбележи, че мангановият хидроксид, чийто слой се образува в резултат на реакцията, забавя реакционния процес.

Водородът се абсорбира от метала. Колкото по-високо се повишава температурата, толкова по-висока става неговата разтворимост в манган. Ако температурата се превиши с 12000C, тогава манганът реагира с азота, в резултат на което се образуват нитрити, които имат различен състав.

Металът също взаимодейства с въглерода. Резултатът от тази реакция е образуването на карбиди, както и силициди, бориди, фосфиди.

Металът е устойчив на алкални разтвори.

Способен е да образува следните оксиди: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, последният от които не е изолиран в свободно състояние, както и манганов анхидрид Mn 2 O 7. При нормални условия на съществуване мангановият анхидрид е течно маслено вещество с тъмнозелен цвят, което няма голяма стабилност. Ако температурата се повиши до 90 0 С, тогава разлагането на анхидрида е придружено от експлозия. Сред оксидите, които показват най-голяма стабилност, се отличават Mn 2 O 3 и MnO 2, както и комбинираният оксид Mn 3 O 4 (2MnO · MnO 2 или сол Mn 2 MnO 4).

Манганови оксиди:

По време на сливането на пиролузит и основи в присъствието на кислород протича реакция с образуването на манганати:

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

Манганатният разтвор се характеризира с тъмнозелен цвят. Ако се подкисли, тогава реакцията протича с оцветяване на разтвора в пурпурен цвят. Това се дължи на образуването на MnO 4 − анион, от който се утаява утайка от манганов оксид-хидроксид, която има кафяв цвят.

Пермангановата киселина е силна, но не показва особена стабилност и следователно максималната й допустима концентрация е не повече от 20%. Самата киселина, подобно на нейните соли, действа като силен окислител.

Солите на манган не показват стабилност. Неговите хидроксиди имат характерен основен характер. Мангановият хлорид се разлага при излагане на високи температури. Именно тази схема се използва за получаване на хлор.

Приложение на манган

Този метал не е дефицит - той принадлежи към обикновените елементи: съдържанието му в земната кора е 0,03% от общия брой атоми. Той принадлежи към третото място в класацията сред тежките метали, които включват всички елементи от преходната серия, изпреварвайки желязото и титана. Тежките метали са тези, чието атомно тегло надвишава 40.

Манганът може да се намери в малки количества в някои скали. По принцип възниква локализиране на неговите кислородни съединения под формата на минерал пиролузит - MnO 2.

Манганът има много приложения. Той е от съществено значение за производството на много сплави и химикали. Без манган съществуването на живи организми е невъзможно, тъй като той действа като активен микроелемент и присъства в почти всички живи и растителни организми. Манганът има положителен ефект върху процесите на хемопоеза в живите организми. Среща се и в много храни.

Металът е незаменим елемент в металургията. Именно манганът се използва за отстраняване на сярата и кислорода от стоманата по време на нейното производство. Този процес изисква големи количества метал. Но си струва да се каже, че към стопилката не се добавя чист манган, а неговата сплав с желязо, наречена фероманган. Получава се в процеса на редукционна реакция на пиролузит с въглища. Манганът също действа като легиращ елемент за стоманите. Благодарение на добавянето на манган към стоманите, тяхната устойчивост на износване се увеличава значително и те също стават по-малко податливи на механични натоварвания. Наличието на манган в състава на цветните метали значително повишава тяхната здравина и устойчивост на корозия.

Металният диоксид е намерил приложение при окисляването на амоняк, а също така е участник в органични реакции и реакции на разлагане на неорганични соли. В този случай мангановият диоксид действа като катализатор.

Керамичната промишленост също не се справя без използването на манган, където MnO 2 се използва като черно и тъмно кафяво багрило за емайли и глазури. Мангановият оксид е силно диспергиран. Има добра адсорбираща способност, поради което става възможно отстраняването на вредни примеси от въздуха.

Манганът се въвежда в бронз и месинг. Някои метални съединения се използват във финия органичен синтез и промишления органичен синтез. Мангановият арсенид се характеризира с гигантски магнитокалоричен ефект, който става много по-силен, когато е подложен на високо налягане. Мангановият телурид действа като обещаващ термоелектричен материал.

В медицината също е подходящо да се използва манган или по-скоро неговите соли. И така, воден разтвор на калиев перманганат се използва като антисептик, а също така могат да се измиват рани, да се прави гаргара, да се смазват язви и изгаряния. При някои отравяния с алкалоиди и цианиди неговият разтвор дори е показан за перорално приложение.

Важно:Въпреки огромния брой положителни аспекти на употребата на манган, в някои случаи неговите съединения могат да повлияят неблагоприятно на човешкото тяло и дори да имат токсичен ефект. Така максимално допустимата концентрация на манган във въздуха е 0,3 mg/m 3 . В случай на изразено отравяне с вещество, човешката нервна система е засегната, за която е характерен синдромът на манганов паркинсонизъм.

Получаване на манган

Металът може да се получи по няколко начина. Сред най-популярните методи са следните:

• алуминотермичен. Манганът се получава от неговия оксид Mn 2 O 3 чрез реакция на редукция. Оксидът от своя страна се образува по време на калциниране на пиролузит:

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

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

• възстановителен. Манганът се получава чрез редуциране на метала с кокс от манганови руди, което води до образуването на фероманган (сплав от манган и желязо). Този метод е най-често срещаният, тъй като по-голямата част от общото производство на метал се използва при производството на различни сплави, чийто основен компонент е желязото, във връзка с това манганът се извлича от руди не в чиста форма, а в сплав с него;
• електролиза. Металът в неговата чиста форма се получава по този метод от неговите соли.

Минералите от манган, по-специално пиролузит, са били известни в древността. Пиролузитът се смяташе за вид магнитна желязна руда и се използваше при топене на стъкло - за избистряне. Фактът, че минералът, за разлика от истинската магнитна желязна руда, не се привлича от магнит, беше обяснен доста забавно: смяташе се, че пиролузитът е женски минерал и е безразличен към магнита.

През 18 век манганът е изолиран в чист вид. И днес ще говорим за това подробно. Така че, нека обсъдим дали манганът е вреден, къде можете да го купите, как да получите манган и дали се подчинява на GOST.

Манганът принадлежи към подобна група 7 група 4 период. Елементът е общ - заема 14-то място.

Елементът принадлежи към тежките метали - атомната маса е повече от 40. Той се пасивира на въздух - покрит е с плътен оксиден филм, който предотвратява по-нататъшна реакция с кислород. Благодарение на този филм той е неактивен при нормални условия.

При нагряване манганът реагира с много прости вещества, киселини и основи, образувайки съединения с много различни степени на окисление: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Металът принадлежи към преходния метал, следователно проявява както редуциращи, така и окислителни свойства с еднаква лекота. С метали, например с, образува твърди разтвори, без да реагира.

Това видео ще ви каже какво е манган:

Характеристики и разлики от други материали

Манганът е сребристо-бял метал, плътен, твърд - с необичайно сложна структура. Последното е причината за крехкостта на веществото. Известни са четири модификации на мангана. Сплавите с метал позволяват да се стабилизира всяка от тях и да се получат твърди разтвори с много различни свойства.

• Манганът е един от жизненоважните микроелементи. Това се отнася еднакво както за растенията, така и за животните. Елементът участва във фотосинтезата, в процеса на дишане, активира редица ензими, е незаменим участник в мускулния метаболизъм и т.н. Дневната доза манган за човека е 2–9 mg. Както дефицитът, така и излишъкът на даден елемент са еднакво опасни.
• Металът е по-тежък и по-твърд от желязото, но няма практическо приложение в чист вид поради високата си чупливост. Но неговите сплави и съединения са от необичайно голямо значение за националната икономика. Използва се в черната и цветната металургия, в производството на торове, в електротехниката, във финия органичен синтез и др.
• Манганът е доста различен от металите от собствената си подгрупа. Технеций е радиоактивен елемент, получен по изкуствен път. Рений се отнася до микроелементи и редки елементи. Борът също може да се получи само изкуствено и не се среща в природата. Химическата активност както на технеция, така и на рения е много по-ниска от тази на мангана. Практическо приложение, с изключение на ядрения синтез, намира само манган.

Манган (снимка)

Предимства и недостатъци

Физическите и химичните свойства на метала са такива, че на практика те се занимават не със самия манган, а с неговите многобройни съединения и сплави, така че предимствата и недостатъците на материала трябва да се разглеждат от тази гледна точка.

• Манганът образува голямо разнообразие от сплави с почти всички метали, което е определено предимство.
• напълно взаимно разтворими, т.е. те образуват твърди разтвори с всяко съотношение на елемента, хомогенни по свойства. В този случай сплавта ще има много по-ниска точка на кипене от мангана.
• Най-голямо практическо значение имат сплавите на елемента с въглерод и . И двете сплави са от голямо значение за стоманодобивната промишленост.
• Многобройни и разнообразни манганови съединения се използват в химическата, текстилната, стъкларската промишленост, в производството на торове и др. Основата на това разнообразие е химическата активност на веществото.

Недостатъците на метала са свързани с особеностите на неговата структура, които не позволяват използването на самия метал като конструктивен материал.

• Основната е крехкостта при висока твърдост. Mn до +707 C кристализира в структура, в която клетката включва 58 атома.
• Доста висока точка на кипене, трудно е да се работи с метал с толкова високи скорости.
• Електрическата проводимост на мангана е много ниска, така че използването му в електротехниката също е ограничено.

Ще говорим за химичните и физичните свойства на мангана по-нататък.

Свойства и характеристики

Физическите характеристики на метала зависят значително от температурата. Като се има предвид наличието на цели 4 модификации, това не е изненадващо.

Основните характеристики на веществото са както следва:

• плътност - при нормална температура е 7,45 g / cu. вижте Тази стойност слабо зависи от температурата: например, когато се нагрява до 600 ° С, плътността намалява само със 7%;
• точка на топене - 1244 С;
• точка на кипене - 2095 С;
• топлопроводимостта при 25 ° C е 66,57 W / (m K), което е нисък показател за метал;
• специфичен топлинен капацитет - 0,478 kJ / (kg K);
• коефициентът на линейно разширение, измерен при 20 С, е равен на 22,3 10 -6 deg -1 - ; Топлинният капацитет и топлопроводимостта на веществото нарастват линейно с повишаване на температурата;
• специфично електрическо съпротивление - 1,5–2,6 μm m, само малко по-високо от това на оловото.

Манганът е парамагнетичен, тоест той се магнетизира във външно магнитно поле и се привлича от магнит. Металът преминава в антиферомагнитно състояние при ниски температури и температурата на прехода за всяка модификация е различна.

Структурата и съставът на мангана са описани по-долу.

Манганът и неговите съединения са темата на видеоклипа по-долу:

Структура и състав

Описани са четири структурни модификации на веществото, всяка от които е стабилна в определен температурен диапазон. Топенето с определени метали може да стабилизира всяка фаза.

• До 707 С a-модификацията е стабилна. – кубична тялоцентрирана решетка, чиято елементарна клетка включва 58 атома. Такава структура е много сложна и причинява висока крехкост на веществото. Неговите показатели - топлоемкост, топлопроводимост, плътност, са дадени като свойства на дадено вещество.
• При 700–1079 Сстабилна е b-фазата със същия тип решетка, но с по-проста структура: клетката е от 20 атома. В тази фаза манганът проявява известна пластичност. Плътността на b-модификацията е 7,26 g / cu. виж Фазата е лесна за фиксиране - чрез охлаждане на веществото при температура над температурата на фазовия преход.
• При температури от 1079 С до 1143 G-фазата е стабилна. Характеризира се с кубична лицево-центрирана решетка с клетка от 4 атома. Модификацията е пластмасова. Не е възможно обаче фазата да се фиксира напълно при охлаждане. При температурата на прехода плътността на метала е 6,37 g/cu. cm, при нормално - 7, 21 g / cu. см.
• Над температура 1143 С и до кипенестабилизира се d-фазата с обемно-центрирана кубична решетка, клетката на която включва 2 атома. Плътността на модификацията е 6,28 g/cu. вижте Интересно е, че d-Mn може да премине в антиферомагнитно състояние при висока температура - 303 C.

Фазовите преходи са от голямо значение при получаването на различни сплави, особено след като физическите характеристики на структурните модификации са различни.

Производството на манган е описано по-долу.

производство

Основно, но има и независими депозити. Така до 40% от световните запаси на манганови руди са концентрирани на територията на находището Чиатура.

Елементът е разпръснат в почти всички скали и лесно се отмива. Съдържанието му в морската вода е ниско, но на дъното на океаните заедно с желязото образува конкременти, в които съдържанието на елемента достига 45%. Тези находища се считат за обещаващи за по-нататъшно развитие.

На територията на Русия има малко големи находища на манган, поради което за Руската федерация това е остро дефицитна суровина.

Най-известните минерали са пиролузит, магнетит, браунит, манганов шпат и др. Съдържанието на елемента в тях варира от 62 до 69%. Те се добиват в кариера или минен метод. По правило рудата е предварително измита.

Получаването на манган е пряко свързано с неговото използване. Основният му потребител е стоманодобивната промишленост, като за нейните нужди не е необходим самият метал, а комбинацията му с желязо - фероманган. Следователно, когато говорим за производството на манган, те често имат предвид съединение, необходимо в черната металургия.

Преди това фероманганът се произвеждаше в доменни пещи. Но поради недостига на кокс и необходимостта от използване на бедни манганови руди, производителите преминаха към топене в електрически пещи.

За топене се използват отворени и затворени пещи, облицовани с въглища - по този начин се получава въглероден фероманган. Топенето се извършва при напрежение 110-160 V, като се използват два метода - поток и без поток. Вторият метод е по-икономичен, тъй като позволява по-пълното извличане на елемента, но с високо съдържание на силициев диоксид в рудата е възможен само методът на потока.

• Метод без поток- непрекъснат процес. Сместа от манганова руда, кокс и железни стърготини се зарежда, докато се претопява. Важно е да се гарантира, че количеството редуциращ агент е достатъчно. Фероманганът и шлаката се произвеждат едновременно 5–6 пъти на смяна.
• силикоманганпроизведени по подобен метод в електрическа топилна пещ. Шихтът, освен руда, включва манганова шлака - без фосфор, кварцит и кокс.
• Метален манганполучава се подобно на топенето на фероманган. Суровината е отпадък от леене и рязане на сплавта. След разтопяването на сплавта и сместа се добавя силикоманган и 30 минути преди края на топенето се продухва със сгъстен въздух.
• Получава се химически чисто вещество електролиза.

Приложение

90% от световното производство на манган отива в стоманодобивната промишленост. Освен това повечето метали не са задължени да получават сами манганови сплави, а за и включват 1% от елемента. Освен това той може напълно да замести никела, ако съдържанието му се увеличи до 4–16%. Факт е, че манганът, както и стабилизира аустенитната фаза в стоманата.

Манганът може значително да понижи температурата на преход от аустенит към ферит, което предотвратява утаяването на железен карбид. Така готовият продукт придобива по-голяма твърдост и здравина.

Мангановият елемент се използва за получаване на устойчиви на корозия - от 1%. Такъв материал се използва в хранително-вкусовата промишленост при производството на различни контейнери. Металните сплави с - се използват в производството на морски витла, лагери, зъбни колела и други части в контакт с морска вода.

Неговите съединения намират много широко приложение в неметалургичната промишленост - в медицината, селското стопанство, химическата промишленост.

Манганът е метал, който е интересен не толкова сам по себе си, колкото със свойствата на множеството си съединения. Въпреки това е трудно да се надцени значението му като легиращ елемент.

Реакцията на манганов оксид с алуминий е демонстрирана в това видео: