Jednačina manganske vode. Strukturna hemijska formula mangana

Mangan je vrijedan metal za ljude.

Hemijska svojstva mangana određuju njegovu široku upotrebu kao sirovinu za industrijsku proizvodnju visokokvalitetnih legura. Jedinjenja ovog elementa koriste se u medicini i poljoprivredi.

Fizička i hemijska svojstva metala

Hemijski element prvi su otkrili švedski hemičari u željeznoj rudi. Izvađen je zagrijavanjem mješavine rudnog materijala i uglja. Rezultat je bila metalna komponenta koja je dobila ime po njemačkoj riječi za "manganova ruda".
Hemijski element pripada nizu prelaznih elemenata i može formirati jedinjenja koja sadrže atome u oksidacionom stanju 0. Kada se zagreje, pokazuje svojstvo istiskivanja vodonika, razgrađujući vodu.
U prirodi se ovaj krhki metal, koji se odlikuje svojom srebrnastom bojom, nalazi samo u spojevima. Dobija se iz rudnih sirovina, među kojima su najčešće vrste: piroluzit, manganit, psilomelan, braunit.
Metal se nalazi u kvržicama mangana na dnu okeana. Tehnologija njihovog vađenja sa dna uključuje upotrebu posebne opreme i nije industrijske prirode.
Mangan lako stvara okside oksidacijom u zraku. Ovisno o promjeni temperaturnog gradijenta pri zagrijavanju, reagira s dušikom, sumporom i silicijumom. Kada apsorbira vodonik, mangan stvara čvrste otopine.
Teško se rastvara u vodi na normalnoj sobnoj temperaturi. U koncentriranim kiselinama se otapa kada se zagrije, stvarajući soli.
Hemijski element br. 25 odlikuje se aktivnošću u procesu redukcijskih reakcija metala iz oksida. On istiskuje metale, formirajući spoj sa kiseonikom.

Tehnologija ekstrakcije hemijskih elemenata

Glavni proizvođači i dobavljači metala na svjetsko tržište su Brazil, Australija, Južna Afrika i Ukrajina. Upravo u tim zemljama nalaze se rezerve rude, koje čine skoro 73% svjetskih rezervi.

Proizvodnja crnih metala u industrijskim razmjerima počinje vađenjem ruda i njihovim obogaćivanjem i ovisi o spojevima metala s drugim elementima. Na primjer, obična karbonatna ruda je prethodno pržena. U nekim slučajevima se luži sumpornom kiselinom nakon čega slijedi termička redukcija koksom. Ponekad se aluminij ili silicij koristi za obnavljanje metala.

Hemijski procesi za ekstrakciju mangana.

Čisti metal se ekstrahuje elektrolizom iz vodenih rastvora mangan sulfata.

Primjena mangana u industrijskoj proizvodnji

Najveći dio metala se koristi za potrebe crne metalurgije kao aditiv, a u svjetskim razmjerima njegova potrošnja je na 4. mjestu nakon glavnih sirovina: gvožđa, aluminijuma i bakra. Mangan je esencijalni element prisutan u svim vrstama livenog gvožđa i čelika. Jedinstveno svojstvo mangana da formira legure s većinom metala koristi se za proizvodnju:

različite vrste manganskog čelika;
manganiti (legura koja ne sadrži željezo).

Druge upotrebe metala

Svojstva hemijskog elementa i njegovih spojeva koriste se u industrijskoj proizvodnji:

kao katalizator organskih reakcija;
za razgradnju anorganskih soli;
za proizvodnju stakla;
prilikom prekrivanja metalnih površina;
u keramičkoj industriji za bojenje glazura i emajla
za adsorpciju štetnih materija;
za izbjeljivanje prirodnih materijala (lan, vuna).

Otpad dobiven preradom metalnih sirovina uz učešće mangana koristi se u poljoprivredi za obogaćivanje tla za usjeve vrijednom komponentom.

Hemija ovog elementa igra važnu ulogu u medicini.
Soli mangana se koriste za formiranje antiseptičke vodene otopine za pranje rana i liječenje opekotina.

Hemijski element broj 25 je neophodan za normalno funkcionisanje organizma, regulaciju nivoa glukoze u krvi, prevenciju dijabetesa i osiguravanje normalnog funkcionisanja pankreasa.

Nedostatak mangana u ljudskom tijelu može uzrokovati bolest. Dnevna ljudska potreba za važnim mikroelementom je skoro 10 mg. Njegovi izvori za organizam su hrana:

Neke vrste insekata i biljaka sposobne su koncentrirati ovaj kemijski element, što osigurava aktivaciju enzima uključenih u proces disanja i fotosinteze.

Ovaj element, u obliku piroluzita (manganov dioksid, MnO2), koristili su praistorijski pećinski umjetnici u pećini Lascaux, Francuska, još prije 30.000 godina. U kasnijim vremenima u starom Egiptu, staklari su koristili minerale koji sadrže ovaj metal kako bi uklonili blijedo zelenkastu nijansu prirodnog stakla.

Odlične rude pronađeni su u regiji Magnezija u sjevernoj Grčkoj, južno od Makedonije, i tada je počela zabuna oko imena. Različite rude iz regiona koje su uključivale i magnezijum i mangan jednostavno su se zvale magnezijum. U 17. veku za minerale magnezijuma usvojen je termin magnesia alba ili beli magnezijum, dok se naziv crni magnezijum koristio za tamnije okside mangana.

Inače, poznati magnetni minerali otkriveni na ovim prostorima zvali su se magnezijum kamen, koji je vremenom postao današnji magnet. Zabuna se nastavila neko vrijeme sve dok, krajem 18. stoljeća, grupa švedskih hemičara nije došla do zaključka da je mangan poseban element. Godine 1774., član grupe predstavio je ove nalaze Stockholmskoj akademiji, a iste godine Johan Gottlieb Hahn je postao prva osoba koja je dobila čisti mangan i dokazala da je ovo poseban element.

Mangan - hemijski element, karakteristike mangana

To je težak, srebrno-bijeli metal koji polako tamni kada je izložen zraku. Tvrd i krhkiji od gvožđa, ima specifičnu težinu od 7,21 i tačku topljenja od 1244 °C. Hemijski simbol Mn, atomska težina 54,938, atomski broj 25. Kao dio formulačitati kao mangan, na primjer, KMnO 4 - kalijum mangan oko četiri. Vrlo je čest element u stijenama, njegova količina se procjenjuje na 0,085% mase zemljine kore.

Postoji preko 300 različitih minerala koji sadrže ovaj element. Velike kopnene naslage nalaze se u Australiji, Gabonu, Južnoj Africi, Brazilu i Rusiji. Ali još više se nalazi na dnu okeana, uglavnom na dubinama od 4 do 6 kilometara, tako da njegovo vađenje tamo nije komercijalno održivo.

Oksidirani minerali gvožđa (hematit, magnetit, limonit i siderit) sadrže 30% ovog elementa. Drugi potencijalni izvor su naslage gline i crvenog mulja, koje sadrže nodule do 25%. Najčistiji mangan dobivene elektrolizom vodenih otopina.

Mangan i hlor su u grupi VII periodnog sistema, ali je hlor u glavnoj podgrupi, a mangan u sekundarnoj podgrupi, koja takođe uključuje tehnecijum Tc i renijum Ke - potpune elektronske analoge. Mangan Mn, tehnecijum Tc i renijum Ke su potpuni elektronski analozi sa konfiguracijom valentnih elektrona.

Ovaj element je prisutan u malim količinama u poljoprivrednim zemljištima. U mnogim legurama bakra, aluminija, magnezija, nikla, njegovi različiti postoci daju im specifična fizička i tehnološka svojstva:

otpornost na habanje;
otpornost na toplinu;
otpornost na koroziju;
topljivost;
električni otpor itd.

Valencija mangana

Oksidacijska stanja mangana su od 0 do +7. U dvovalentnom oksidacionom stanju, mangan ima izrazito metalni karakter i visoku sklonost stvaranju složenih veza. Kod tetravalentne oksidacije prevladava posredni karakter između metalnih i nemetalnih svojstava, dok heksavalentne i sedmovalentne oksidacije pokazuju nemetalna svojstva.

oksidi:

Formula. Boja

Biohemija i farmakologija

Mangan je široko rasprostranjen element u prirodi i prisutan je u većini biljnih i životinjskih tkiva. Najveće koncentracije su pronađene:

u kori narandže;
u grožđu;
u bobicama;
u šparogama;
kod rakova;
kod puževa;
kod školjkaša.

Jedna od najvažnijih reakcija u biologiji, fotosinteza, u potpunosti ovisi o ovom elementu. To je zvijezda u reakcionom centru fotosistema II, gdje se molekuli vode pretvaraju u kisik. Bez toga je fotosinteza nemoguća.

Bitan je element u svim poznatim živim organizmima. Na primjer, enzim odgovoran za pretvaranje molekula vode u kisik tokom fotosinteze sadrži četiri atoma mangana.

Prosječno ljudsko tijelo sadrži oko 12 miligrama ovog metala. Svakog dana unosimo oko 4 miligrama hranom kao što su orasi, mekinje, žitarice, čaj i peršun. Ovaj element čini kosti skeleta izdržljivijim. Važan je i za apsorpciju vitamina B1.

Prednosti i štetna svojstva

Ovaj element u tragovima, ima veliki biološki značaj: djeluje kao katalizator u biosintezi porfirina, a zatim hemoglobina kod životinja i klorofila u zelenim biljkama. Njegovo prisustvo je takođe preduslov za delovanje različitih mitohondrijalnih enzimskih sistema, nekih enzima metabolizma lipida i procesa oksidativne fosforilacije.

Pare ili voda za piće kontaminirana solima ovog metala dovode do iritativnih promjena u respiratornom traktu, kronične intoksikacije s progresivnom i ireverzibilnom tendencijom, koju karakterizira oštećenje bazalnih ganglija centralnog nervnog sistema, a potom i ekstrapiramidalni poremećaj sličan Parkinsonovoj bolesti. .

Takva trovanja često ima profesionalni karakter. Pogađa radnike koji se bave preradom ovog metala i njegovih derivata, kao i radnike u hemijskoj i metalurškoj industriji. U medicini se koristi u obliku kalijevog permanganata kao adstringens, lokalni antiseptik, a također i kao protuotrov za alkaloidne otrove (morfij, kodein, atropin itd.).

Neka tla imaju nizak nivo ovog elementa, pa se dodaje u đubriva i daje kao dodatak ishrani životinjama na ispaši.

Mangan: primjena

U obliku čistog metala, s izuzetkom ograničene upotrebe u oblasti elektrotehnike, ovaj element nema druge praktične primjene, ali se u isto vrijeme široko koristi za pripremu legura, proizvodnju čelika itd.

Kada je Henry Bessemer izumio je proces proizvodnje čelika 1856. godine, njegov čelik je uništen vrućim valjanjem. Problem je riješen iste godine kada je otkriveno da dodavanje malih količina elementa u rastopljeno željezo rješava problem. Danas se, zapravo, oko 90% ukupnog mangana koristi za proizvodnju čelika.

DEFINICIJA

Mangan- dvadeset peti element periodnog sistema. Oznaka - Mn od latinskog "manganum". Nalazi se u četvrtom periodu, VIIB grupa. Odnosi se na metale. Punjenje jezgre je 25.

Mangan je prilično čest element, koji čini 0,1% (mase) zemljine kore. Od spojeva koji sadrže mangan, najčešći mineral je piroluzit, a to je mangan dioksid MnO 2. Od velikog značaja su i minerali hausmanit Mn 3 O 4 i braunit Mn 2 O 3.

U svom jednostavnom obliku, mangan je srebrno-bijeli (Sl. 1) tvrdi, krhki metal. Gustina mu je 7,44 g/cm3, tačka topljenja je 1245 o C.

Rice. 1. Mangan. Izgled.

Atomska i molekulska masa mangana

Relativna molekulska težina supstance(M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa date molekule veća od 1/12 mase atoma ugljika, i relativna atomska masa elementa(A r) - koliko je puta prosječna masa atoma nekog kemijskog elementa veća od 1/12 mase atoma ugljika.

Budući da u slobodnom stanju mangan postoji u obliku monoatomskih molekula Mn, vrijednosti njegove atomske i molekularne mase se poklapaju. One su jednake 54,9380.

Alotropija i alotropske modifikacije mangana

Postoje četiri poznate kristalne modifikacije mangana, od kojih je svaka termodinamički stabilna u određenom temperaturnom rasponu. Ispod 707 o C, α-mangan je stabilan i ima složenu strukturu – njegova jedinična ćelija sadrži 58 atoma. Složenost strukture mangana na temperaturama ispod 707 o C određuje njegovu krhkost.

Izotopi mangana

Poznato je da se u prirodi mangan može naći u obliku jedinog stabilnog izotopa 55 Mn. Maseni broj je 55, jezgro atoma sadrži dvadeset pet protona i trideset neutrona.

Postoje umjetni izotopi mangana s masenim brojevima od 44 do 69, kao i sedam izomernih stanja jezgara. Najdugovječniji izotop među gore navedenim je 53 Mn s vremenom poluraspada od 3,74 miliona godina.

Joni mangana

Na vanjskom energetskom nivou atoma mangana nalazi se sedam elektrona, koji su valentni:

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

Kao rezultat hemijske interakcije, mangan odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor, i pretvara se u pozitivno nabijeni ion:

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+ .

Molekul i atom mangana

U slobodnom stanju, mangan postoji u obliku monoatomskih molekula Mn. Evo nekih svojstava koja karakteriziraju atom i molekulu mangana:

Legure mangana

Mangan se uglavnom koristi u proizvodnji legiranih čelika. Manganski čelik, koji sadrži do 15% Mn, ima visoku tvrdoću i čvrstoću. Od njega se izrađuju radni dijelovi mašina za drobljenje, kugličnih mlinova i željezničkih šina. Pored toga, mangan je komponenta legura na bazi magnezijuma; povećava njihovu otpornost na koroziju. Legura bakra sa manganom i niklom - manganin ima nizak temperaturni koeficijent električnog otpora. Mangan se nalazi u malim količinama u mnogim aluminijskim legurama.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Mangan se dobija redukcijom mangan(III) oksida silicijumom. Tehnički oksid mase 20 g (maseni udio nečistoća je 5,2%) reduciran je u metal. Izračunajte masu dobivenog mangana.

Rješenje

Napišimo jednačinu za reakciju redukcije mangan (III) oksida sa silicijumom u mangan:

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

Izračunajmo masu mangan (III) oksida bez nečistoća:

ω čist (Mn 2 O 3) = 100% - ω nečistoća;

ω čist (Mn 2 O 3) = 100% - 5,2 = 94,8% = 0,984.

m čist (Mn 2 O 3) = m nečistoća (Mn 2 O 3) × ω čist (Mn 2 O 3) / 100%;

m čist (Mn 2 O 3) = 20 × 0,984 = 19,68 g.

Odredimo količinu supstance mangan (III) oksida (molarna masa - 158 g/mol):

n (Mn 2 O 3) = m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3);

n (Mn 2 O 3) = 19,68 / 158 = 0,12 mol.

Prema jednadžbi reakcije n(Mn 2 O 3) : n(Si) = 2:3, što znači

n(Si) = 3/2×n(Mn 2 O 3) = 3/2×0,12 = 0,2 mol.

Tada će masa silicijuma biti jednaka (molarna masa - 28 g/mol):

m (Si) = n (Si) × M (Si);

m(Si) = 0,2 × 28 = 5,6 g.

Odgovori

Masa silicijuma 5,6 g

PRIMJER 2

Vježbajte

Izračunajte masu kalij-permanganata, koja je neophodna za oksidaciju kalij-sulfita težine 7,9 g u neutralnom okruženju.

Rješenje

Napišimo jednadžbu reakcije za oksidaciju kalijevog sulfita kalijum permanganatom u neutralnom okruženju:

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

Izračunajmo broj molova kalijevog sulfita (molarna masa - 158 g/mol):

n (K 2 SO 3) = m (K 2 SO 3) / M (K 2 SO 3);

n (K 2 SO 3) = 7,9 / 158 = 0,05 mol.

Prema jednadžbi reakcije n(K 2 SO 3) : n(KMnO 4) = 3:2, što znači

n(KMnO 4) = 2/3 × n(K 2 SO 3) = 2/3 × 0,05 = 0,03 mol.

Masa kalijum permanganata neophodna za oksidaciju kalijum sulfita u neutralnom okruženju jednaka je (molarna masa - 158 g/mol):

m (KMnO 4) = n (KMnO 4) × M (KMnO 4);

m (KMnO 4) = 0,03 × 158 = 4,74 g.

Odgovori

Masa kalijum permanganata je 4,74 g

Mangan je hemijski element koji se nalazi u periodnom sistemu pod atomskim brojem 25. Njegovi susjedi su hrom i gvožđe, što uzrokuje sličnost fizičkih i hemijskih svojstava ova tri metala. Njegovo jezgro sadrži 25 protona i 30 neutrona. Atomska masa elementa je 54.938.

Svojstva mangana

Mangan je prelazni metal iz D-familije. Njegova elektronska formula je sljedeća: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Tvrdoća mangana na Mohsovoj skali je ocijenjena sa 4. Metal je prilično tvrd, ali u isto vrijeme i krhak. Njegova toplotna provodljivost je 0,0782 W/cm*K Element karakteriše srebrno-bela boja.

Čovjeku su poznate četiri modifikacije metala. Svaki od njih karakterizira termodinamička stabilnost u određenim temperaturnim uvjetima. Dakle, a-mangan ima prilično složenu strukturu i pokazuje svoju stabilnost na temperaturama ispod 707 0 C, što određuje njegovu krhkost. Ova modifikacija metala sadrži 58 atoma u svojoj elementarnoj ćeliji.

Mangan može imati potpuno različita oksidaciona stanja - od 0 do +7, dok su +1 i +5 izuzetno rijetki. Kada metal stupi u interakciju sa zrakom, on postaje pasiviziran. Mangan u prahu gori u kiseoniku:

Mn+O2=MnO2

Ako je metal izložen povišenoj temperaturi, tj. zagrijana, raspada se u vodu istiskivanjem vodonika:

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

Vrijedi napomenuti da mangan hidroksid, čiji sloj nastaje kao rezultat reakcije, usporava proces reakcije.

Vodonik apsorbuje metal. Što je temperatura veća, to je veća njegova rastvorljivost u manganu. Ako temperatura prijeđe 12000C, tada mangan reagira s dušikom, uslijed čega nastaju nitriti različitog sastava.

Metal takođe stupa u interakciju sa ugljenikom. Rezultat ove reakcije je stvaranje karbida, kao i silicida, borida i fosfida.

Metal je otporan na izlaganje alkalnim rastvorima.

Sposoban je da formira sljedeće okside: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, od kojih posljednji nije izoliran u slobodnom stanju, kao i anhidrid mangana Mn 2 O 7. U normalnim uslovima postojanja, anhidrid mangana je tečna, uljasta tvar tamnozelene boje koja nema veliku stabilnost. Ako se temperatura poveća na 90 0 C, tada je raspadanje anhidrida praćeno eksplozijom. Među oksidima koji pokazuju najveću stabilnost su Mn 2 O 3 i MnO 2, kao i kombinovani oksid Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2, ili sol Mn 2 MnO 4).

oksidi mangana:

Prilikom fuzije piroluzita i alkalija uz prisustvo kiseonika dolazi do reakcije sa stvaranjem manganata:

2MnO 2 +2KOH+O 2 =2K 2 MnO 4 +2H 2 O

Otopinu manganata karakterizira tamnozelena boja. Ako se zakiseli, dolazi do reakcije s tim da otopina postaje grimizna. To se događa zbog stvaranja anjona MnO 4 − iz kojeg se taloži talog braon mangan oksid-hidroksida.

Manganova kiselina je jaka, ali ne pokazuje posebnu stabilnost, pa stoga njena dozvoljena maksimalna koncentracija nije veća od 20%. Sama kiselina, kao i njene soli, djeluje kao jako oksidacijsko sredstvo.

Soli mangana nisu stabilne. Njegove hidrokside karakteriše bazni karakter. Mangan hlorid se raspada kada je izložen visokim temperaturama. Ova shema se koristi za proizvodnju hlora.

Primjena mangana

Ovaj metal nije rijedak - on je uobičajen element: njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,03% ukupnog broja atoma. On drži treće mjesto u rangiranju među teškim metalima, koji uključuju sve elemente prelazne serije, ostavljajući željezo i titanij ispred. Teški metali su oni čija atomska težina prelazi 40.

Mangan se može naći u malim količinama u nekim stijenama. U osnovi, lokalizacija njegovih kisikovih spojeva nalazi se u obliku minerala piroluzita - MnO 2.

Mangan ima mnogo upotreba. Neophodan je za proizvodnju mnogih legura i hemikalija. Bez mangana je nemoguće postojanje živih organizama, jer djeluje kao aktivni element u tragovima, a prisutan je i u gotovo svim živim i biljnim organizmima. Mangan ima pozitivan učinak na hematopoetske procese u živim organizmima. Takođe se nalazi u mnogim namirnicama.

Metal je nezamjenjiv element u metalurgiji. Upravo mangan se koristi za uklanjanje sumpora i kiseonika iz čelika tokom njegove proizvodnje. Ovaj proces zahtijeva velike količine metala. Ali vrijedi reći da se u taljevinu ne dodaje čisti mangan, već njegova legura sa željezom, nazvana feromangan. Dobija se reakcijom redukcije piroluzita sa ugljem. Mangan također djeluje kao legirajući element za čelike. Zahvaljujući dodatku mangana čelicima, njihova otpornost na habanje značajno se povećava, a oni također postaju manje osjetljivi na mehanička opterećenja. Prisutnost mangana u obojenim metalima značajno povećava njihovu čvrstoću i otpornost na koroziju.

Metalni dioksid je pronašao svoju primjenu u oksidaciji amonijaka, a također je učesnik u organskim reakcijama i reakcijama raspadanja neorganskih soli. U ovom slučaju, mangan dioksid djeluje kao katalizator.

Keramička industrija također ne može bez upotrebe mangana, gdje se MnO 2 koristi kao crna i tamno smeđa boja za emajle i glazure. Mangan oksid je visoko raspršen. Ima dobru adsorbirajuću sposobnost, zahvaljujući kojoj postaje moguće ukloniti štetne nečistoće iz zraka.

Mangan se uvodi u bronzu i mesing. Neki metalni spojevi se koriste u finoj organskoj sintezi i industrijskoj organskoj sintezi. Mangan arsenid karakterizira gigantski magnetnokalorični učinak, koji postaje znatno jači ako je izložen visokom pritisku. Mangan telurid djeluje kao obećavajući termoelektrični materijal.

U medicini je prikladna i upotreba mangana, odnosno njegovih soli. Tako se vodeni rastvor kalijum permanganata koristi kao antiseptik, a može se koristiti i za pranje rana, ispiranje grla i mazanje čireva i opekotina. Kod nekih trovanja alkaloidima i cijanidima njegova otopina je čak indicirana za oralnu primjenu.

Bitan: Unatoč ogromnom broju pozitivnih aspekata korištenja mangana, u nekim slučajevima njegovi spojevi mogu imati štetan učinak na ljudsko tijelo, pa čak i toksično. Tako je maksimalno dozvoljena vrijednost koncentracije mangana u zraku 0,3 mg/m3. U slučaju izraženog trovanja supstancom, zahvaćen je ljudski nervni sistem koji karakterizira sindrom manganskog parkinsonizma.

Dobijanje mangana

Metal se može dobiti na više načina. Među najpopularnijim metodama su sljedeće:

aluminotermni. Mangan se dobija iz njegovog oksida Mn 2 O 3 reakcijom redukcije. Oksid se, pak, formira tokom kalcinacije piroluzita:

4MnO 2 = 2Mn 2 O 3 +O 2

Mn 2 O 3 +2Al = 2Mn+Al 2 O 3

restorative. Mangan se dobija redukovanjem metala koksom iz ruda mangana, što rezultira stvaranjem feromangana (legura mangana i gvožđa). Ova metoda je najčešća, jer se najveći dio ukupne ekstrakcije metala koristi za proizvodnju različitih legura, čija je glavna komponenta željezo, stoga se mangan iz ruda ne ekstrahuje u čistom obliku, već u leguri s njim. ;
elektroliza. Metal u svom čistom obliku dobija se ovom metodom iz njegovih soli.

Minerali mangana, posebno piroluzit, bili su poznati još u antičko doba. Piroluzit se smatrao vrstom magnetne željezne rude i korišten je u proizvodnji stakla za bistrenje. Činjenica da mineral, za razliku od prave magnetne željezne rude, ne privlači magnet, objašnjena je na prilično zabavan način: vjerovalo se da je piroluzit ženski mineral i da je ravnodušan prema magnetima.

U 18. veku, izolovan je mangan u svom čistom obliku. A danas ćemo o tome detaljno govoriti. Dakle, hajde da razgovaramo o tome da li je mangan štetan, gde ga možete kupiti, kako nabaviti mangan i da li je u skladu sa GOST-om.

Mangan pripada sličnoj grupi 7 grupa 4 perioda. Element je uobičajen - zauzima 14. mjesto.

Element pripada teškim metalima - atomske težine više od 40. Pasivira se na vazduhu - prekriven je gustim oksidnim filmom, koji sprečava dalju reakciju sa kiseonikom. Zahvaljujući ovom filmu, on je neaktivan u normalnim uslovima.

Kada se zagrije, mangan reagira s mnogim jednostavnim supstancama, kiselinama i bazama, formirajući spojeve s vrlo različitim oksidacijskim stanjima: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Metal je prijelazni metal, stoga s jednakom lakoćom pokazuje i redukcijska i oksidirajuća svojstva. S metalima, na primjer, sa, stvara čvrste otopine bez reakcije.

Ovaj video će vam reći šta je mangan:

Karakteristike i razlike od ostalih materijala

Mangan je srebrno-bijeli metal, gust, tvrd, neobično složene strukture. Ovo posljednje je razlog krhkosti tvari. Postoje 4 poznate modifikacije mangana. Legure sa metalom omogućavaju stabilizaciju bilo koje od njih i dobijanje čvrstih rastvora sa veoma različitim svojstvima.

Mangan je jedan od vitalnih mikroelemenata. Štaviše, ovo se podjednako odnosi i na biljke i životinje. Element je uključen u fotosintezu, u procesu disanja, aktivira brojne enzime, nezamjenjiv je sudionik u mišićnom metabolizmu i tako dalje. Dnevna doza mangana za ljude je 2-9 mg. I nedostatak i višak elementa podjednako su opasni.
Metal je teži i tvrđi od željeza, ali nema praktičnu upotrebu u svom čistom obliku zbog svoje velike krhkosti. Ali njegove legure i spojevi su od neobično velike važnosti u nacionalnoj ekonomiji. Koristi se u crnoj i obojenoj metalurgiji, u proizvodnji đubriva, u elektrotehnici, u finoj organskoj sintezi i tako dalje.
Mangan se prilično razlikuje od metala svoje podgrupe. Tehnecij je radioaktivni element dobiven umjetno. Renijum je klasifikovan kao retki element u tragovima. Borijum se takođe može dobiti samo veštački i ne pojavljuje se u prirodi. Hemijska reaktivnost i tehnecijuma i renija je mnogo niža od mangana. Osim nuklearne fuzije, samo mangan ima praktičnu primjenu.

mangan (fotografija)

Prednosti i nedostaci

Fizička i hemijska svojstva metala su takva da se u praksi ne bave samim manganom, već njegovim brojnim jedinjenjima i legurama, tako da prednosti i nedostatke materijala treba posmatrati sa ove tačke gledišta.

Mangan formira širok izbor legura sa gotovo svim metalima, što je definitivno plus.
potpuno međusobno rastvorljivi, odnosno formiraju čvrste rastvore sa bilo kojim odnosom elemenata, homogenih svojstava. U ovom slučaju, legura će imati mnogo nižu tačku ključanja od mangana.
Legure elementa sa ugljikom i od najveće su praktične važnosti. Obje legure su od velikog značaja za industriju čelika.
Brojna i raznovrsna jedinjenja mangana koriste se u hemijskoj, tekstilnoj, staklarskoj industriji, u proizvodnji đubriva i tako dalje. Osnova za ovu raznolikost je hemijska aktivnost supstance.

Nedostaci metala povezani su s posebnostima njegove strukture, koje ne dopuštaju da se sam metal koristi kao konstrukcijski materijal.

Glavna je krhkost s visokom tvrdoćom. Mn do +707 C kristalizira u strukturi u kojoj ćelija sadrži 58 atoma.
Prilično visoka tačka ključanja; teško je raditi s metalom s tako visokim vrijednostima.
Električna provodljivost mangana je vrlo niska, pa je i njegova upotreba u elektrotehnici ograničena.

Sledeće ćemo govoriti o hemijskim i fizičkim svojstvima mangana.

Svojstva i karakteristike

Fizičke karakteristike metala značajno zavise od temperature. S obzirom na prisustvo čak 4 modifikacije, to nije iznenađujuće.

Glavne karakteristike tvari su sljedeće:

gustina - pri normalnoj temperaturi je 7,45 g / cu. cm To je ta vrijednost koja slabo ovisi o temperaturi: na primjer, kada se zagrije na 600 C, gustina se smanjuje za samo 7%;
tačka topljenja – 1244 C;
tačka ključanja – 2095 C;
toplotna provodljivost na 25 C je 66,57 W/(m K), što je nizak pokazatelj za metal;
specifični toplotni kapacitet – 0,478 kJ/(kg K);
koeficijent linearne ekspanzije, mjeren na 20 C, jednak je 22,3·10 -6 deg -1 - ; Toplotni kapacitet i toplotna provodljivost supstance raste linearno sa porastom temperature;
električna otpornost je 1,5–2,6 μΩ m, samo nešto veća od otpornosti olova.

Mangan je paramagnetičan, odnosno postaje magnetiziran u vanjskom magnetskom polju i privlači ga magnet. Metal prelazi u antiferomagnetno stanje na niskim temperaturama, a temperatura prijelaza je različita za svaku modifikaciju.

Struktura i sastav mangana opisani su u nastavku.

Mangan i njegova jedinjenja tema su videa u nastavku:

Struktura i sastav

Opisane su četiri strukturne modifikacije tvari, od kojih je svaka stabilna u određenom temperaturnom rasponu. Legiranje s određenim metalima može stabilizirati bilo koju fazu.

Do 707 C A-modifikacija je stabilna. – kubična rešetka usredsređena na telo, čija jedinična ćelija sadrži 58 atoma. Ova struktura je vrlo složena i uzrokuje visoku krhkost tvari. Njegovi pokazatelji - toplotni kapacitet, toplotna provodljivost, gustina - dati su kao svojstva supstance.
Na 700–1079 C B-faza sa istom vrstom rešetke, ali sa jednostavnijom strukturom je stabilna: ćelija se sastoji od 20 atoma. U ovoj fazi mangan pokazuje određenu plastičnost. Gustina b-modifikacije – 7,26 g/cu. vidi Faza se može lako fiksirati gašenjem supstance na temperaturi iznad temperature faznog prelaza.
Na temperaturama od 1079 C do 1143 C g faza je stabilna. Karakterizira ga kubična rešetka sa centrom lica sa ćelijom od 4 atoma. Modifikaciju karakterizira plastičnost. Međutim, nije moguće potpuno fiksirati fazu nakon hlađenja. Na prijelaznoj temperaturi, gustina metala je 6,37 g/kubni. cm, sa normalnim – 7,21 g/kub. cm.
Iznad 1143 C i do ključanja d-faza s kubičnom rešetkom centriranom na tijelo, čija ćelija uključuje 2 atoma, se stabilizira. Gustina modifikacije je 6,28 g/cu. vidi. Zanimljivo je da d-Mn može preći u antiferomagnetno stanje na visokim temperaturama - 303 C.

Fazni prijelazi su od velike važnosti u proizvodnji različitih legura, posebno jer se fizičke karakteristike strukturnih modifikacija razlikuju.

Proizvodnja mangana je opisana u nastavku.

Proizvodnja

Uglavnom, ali ima i samostalnih depozita. Tako je na teritoriji ležišta Chiatura koncentrisano do 40% svjetskih rezervi ruda mangana.

Element je rasut u gotovo svim stijenama i lako se ispire. Njegov sadržaj u morskoj vodi je nizak, ali na dnu okeana zajedno sa gvožđem formira nodule u kojima sadržaj elementa dostiže 45%. Ova ležišta se smatraju perspektivnim za dalji razvoj.

Na teritoriji Rusije postoji nekoliko velikih nalazišta mangana, zbog čega je on akutno deficitarna sirovina za Rusku Federaciju.

Najpoznatiji minerali: piroluzit, magnetit, braunit, manganov špart i tako dalje. Sadržaj elemenata u njima varira od 62 do 69%. Vadi se metodom u kamenolomu ili rudniku. Ruda je u pravilu prethodno obogaćena.

Proizvodnja mangana je direktno povezana s njegovom upotrebom. Njegov glavni potrošač je industrija čelika, a za njene potrebe nije potreban sam metal, već njegov spoj sa željezom - feromangan. Stoga, kada se govori o dobijanju mangana, često se misli na jedinjenje potrebno u crnoj metalurgiji.

Ranije se feromangan proizvodio u visokim pećima. Ali zbog nestašice koksa i potrebe za korištenjem siromašnih ruda mangana, proizvođači su prešli na topljenje u električnim pećima.

Za topljenje se koriste otvorene i zatvorene peći obložene ugljem - čime se proizvodi feromangan ugljik. Topljenje se vrši na naponu od 110–160 V, koristeći dvije metode - fluksno i bez fluksa. Druga metoda je ekonomičnija, jer omogućava potpunije ekstrahiranje elementa, međutim, s visokim sadržajem silicijum dioksida u rudi, moguća je samo metoda fluksa.

Metoda bez fluksa- kontinuirani proces. Šarža rude mangana, koksa i gvozdenih opiljaka se puni dok se topi. Važno je osigurati da postoji dovoljno reduktivnog sredstva. Feromangan i šljaka se oslobađaju istovremeno 5-6 puta po smjeni.
Silikomangan proizvedeno sličnom metodom u električnoj peći za topljenje. Naboj, pored rude, uključuje mangansku šljaku - bez fosfora, kvarcita i koksa.
Metalni mangan dobija se slično topljenju feromangana. Sirovina je otpad od livenja i rezanja legure. Nakon topljenja legure i punjenja dodaje se silikomangan, a 30 minuta prije kraja topljenja se upuhuje komprimiranim zrakom.
Dobija se hemijski čista supstanca elektroliza.

Aplikacija

90% svjetske proizvodnje mangana odlazi u industriju čelika. Štoviše, većina metala nije potrebna za proizvodnju samih legura mangana, već za i uključuje 1% elementa. Štoviše, može u potpunosti zamijeniti nikal ako se njegov sadržaj poveća na 4-16%. Činjenica je da mangan stabilizira austenitnu fazu u čeliku.

Mangan je u stanju značajno sniziti temperaturu prijelaza austenita u ferit, što sprječava taloženje željeznog karbida. Tako gotov proizvod dobiva veću krutost i snagu.

Element mangan se koristi za dobijanje materijala otpornih na koroziju - od 1%. Ovaj materijal se koristi u prehrambenoj industriji u proizvodnji širokog spektra kontejnera. Metalne legure sa - koriste se u proizvodnji brodskih propelera, ležajeva, zupčanika i drugih dijelova u dodiru s morskom vodom.

Njegova jedinjenja se veoma široko koriste u nemetalurškoj industriji - u medicini, poljoprivredi i hemijskoj proizvodnji.

Mangan je metal koji je zanimljiv ne toliko sam po sebi koliko po svojstvima svojih brojnih spojeva. Međutim, teško je precijeniti njegovu važnost kao legirajućeg elementa.

Reakcija mangan oksida sa aluminijumom prikazana je u ovom videu: