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 elementa se koriste u medicini i poljoprivredi.

Fizička i hemijska svojstva metala

Po prvi put su švedski hemičari otkrili hemijski element u željeznoj rudi. Izvađen je zagrijavanjem mješavine rudnog materijala sa ugljem. Kao rezultat toga, pronađena je 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, ovaj krhki metal, karakteriziran srebrnastom bojom, nalazi se samo u spojevima. Dobija se iz rudnih sirovina, među kojima su najčešće sljedeće vrste: piroluzit, manganit, psilomelan, braunit.
Metal se nalazi u kvržicama mangana koje se nalaze na dnu okeana. Tehnologija njihovog vađenja sa dna povezana je s upotrebom posebne opreme i nije industrijske prirode.
Mangan lako stvara okside kao rezultat oksidacije u zraku. U zavisnosti od promene temperaturnog gradijenta tokom zagrevanja, reaguje sa azotom, sumporom, silicijumom. Kada se vodonik apsorbira, mangan formira čvrste otopine.
Teško se rastvara u vodi na običnoj sobnoj temperaturi. U koncentriranim kiselinama se otapa kada se zagrije, stvarajući soli.
Hemijski element br. 25 odlikuje se aktivnošću u procesu reakcija redukcije 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 gotovo 73% svjetske.

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

Hemijski procesi za ekstrakciju mangana.

Čisti metal se ekstrahuje elektrolizom iz vodenih rastvora mangan sulfata.

Upotreba 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 sa većinom metala koristi se za izradu:

različite vrste manganskog čelika;
manganiti (legura u kojoj nema gvožđa).

Druge primjene metala

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

kao katalizator organskih reakcija;
za razgradnju anorganskih soli;
za proizvodnju stakla;
pri premazivanju 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 melitusa i obezbeđivanje normalnog rada pankreasa.

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

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

Ovaj element, u obliku piroluzita (mangan dioksid, MnO 2 ), koristili su praistorijski pećinski umjetnici u pećinama Lascaux, Francuska, još prije 30.000 godina. U novije vrijeme u starom Egiptu, staklari su koristili minerale koji sadrže ovaj metal kako bi uklonili blijedo zelenkastu nijansu prirodnog stakla.

Odlične rude pronađeni su u regionu Magnezije, koji se nalazi u severnoj Grčkoj, južno od Makedonije, i tada je počela zabuna sa imenom. Različite rude iz regiona koje su uključivale i magnezijum i mangan jednostavno su se nazivale magnezijumom. 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 pronađeni 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 zaključila 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 to poseban element.

Mangan - hemijski element, karakteristike mangana

To je težak, srebrno-bijeli metal koji polako tamni na otvorenom. Tvrđi 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. U formulamačitati kao mangan, na primjer, KMnO 4 - kalijum mangan oko četiri. Ovo je vrlo čest element u stijenama, njegova količina se procjenjuje na 0,085% mase zemljine kore.

Postoji preko 300 različitih minerala, koji sadrži ovaj element. Velike kopnene naslage nalaze se u Australiji, Gabonu, Južnoj Africi, Brazilu i Rusiji. Ali još više ih ima na dnu okeana, uglavnom na dubinama od 4 do 6 kilometara, tako da rudarenje 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 je u sporednoj grupi, koja uključuje i tehnecijum Tc i renijum Ke - kompletne elektronske analoge. Mangan Mn, tehnecijum Ts i renijum Ke su potpuni elektronski analozi sa konfiguracijom valentnih elektrona.

Ovaj element je prisutan u malim količinama iu 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.

Valencije mangana

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

oksidi:

Formula. Boja

Biohemija i farmakologija

Mangan je element široko rasprostranjen u prirodi, prisutan je u većini tkiva biljaka i životinja. Najveće koncentracije su pronađene:

u kori od pomorandže;
u grožđu;
u bobicama;
u šparogama;
kod rakova;
kod puževa;
u duplim vratima.

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. Svaki dan unosimo oko 4 miligrama hranom poput orašastih plodova, mekinja, žitarica, čaja i peršuna. Ovaj element čini kosti skeleta izdržljivijim. Važan je i za apsorpciju vitamina B1.

Prednosti i štetna svojstva

Ovaj element u tragovima, od velike je biološke važnosti: djeluje kao katalizator u biosintezi porfirina, a zatim hemoglobina kod životinja i klorofila u zelenim biljkama. Njegovo prisustvo je takođe neophodan uslov za aktivnost 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 zatim i kršenje ekstrapiramidnog tipa slično do Parkinsonove bolesti.

Takva trovanja su često profesionalni karakter. Pogađa radnike zaposlene u preradi ovog metala i njegovih derivata, kao i radnike u hemijskoj i metalurškoj industriji. U medicini se koristi u obliku kalijevog permanganata kao adstringent, lokalni antiseptik, a također i kao protuotrov za alkaloidne prirodne 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

Kao čisti metal, sa izuzetkom ograničene upotrebe u oblasti elektrotehnike, ovaj element nema druge praktične primene, dok se u isto vreme široko koristi za pripremu legura, proizvodnju čelika itd.

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

DEFINICIJA

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

Mangan pripada prilično uobičajenim elementima, čineći 0,1% (mas.) 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 obliku jednostavne supstance, mangan je srebrno-bijeli (Sl. 1) tvrdi krhki metal. Gustina mu je 7,44 g/cm 3, tačka topljenja 1245 o C.

Rice. 1. Mangan. Izgled.

Atomska i molekularna težina 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

Poznate su četiri kristalne modifikacije mangana, od kojih je svaka termodinamički stabilna u određenom temperaturnom rasponu. Ispod 707 o C, α-mangan je stabilan, složene strukture - njegova jedinična ćelija sadrži 58 atoma. Složenost strukture mangana na temperaturama ispod 707 o S uzrokuje njegovu krhkost.

Izotopi mangana

Poznato je da se mangan može pojaviti u prirodi 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 valentnih elektrona:

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, željezničkih šina. Osim toga, mangan je sastavni dio 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

Vježba

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

Odluka

Zapisujemo jednačinu za redukciju mangan (III) oksida silicijumom u mangan:

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

Izračunajte masu mangan (III) oksida bez nečistoća:

ω čist (Mn 2 O 3) \u003d 100% - ω nečistoća;

ω čist (Mn 2 O 3) \u003d 100% - 5,2 \u003d 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) \u003d m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3);

n (Mn 2 O 3) = 19,68 / 158 \u003d 0,12 mol.

Prema jednadžbi reakcije n (Mn 2 O 3) : n (Si) \u003d 2: 3, što znači da

n(Si) \u003d 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

Vježba

Izračunajte masu kalijevog permanganata potrebnu za oksidaciju 7,9 g kalijevog sulfita u neutralnom mediju.

Odluka

Zapisujemo jednačinu za oksidaciju kalijevog sulfita kalijum permanganatom u neutralnom mediju:

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

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

n (K 2 SO 3) \u003d 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) \u003d 3: 2, što znači da

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

Masa kalijum permanganata potrebna za oksidaciju kalijum sulfita u neutralnom mediju je (molarna masa - 158g/mol):

m (KMnO 4) \u003d n (KMnO 4) × M (KMnO 4);

m (KMnO 4) = 0,03 × 158 \u003d 4,74 g.

Odgovori

Masa kalijum permanganata je 4,74 g

Mangan je hemijski element koji se nalazi u periodičnom sistemu Mendeljejeva na atomskom broju 25. Njegovi susedi su hrom i gvožđe, što određuje 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 po Mohsovoj skali procjenjuje se na 4. Metal je prilično tvrd, ali u isto vrijeme i krt. 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 u svojoj elementarnoj ćeliji sadrži 58 atoma.

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 se pasivizira. Mangan u prahu gori u kiseoniku:

Mn+O2=MnO2

Ako je metal izložen povišenoj temperaturi, tj. zagrijano, tada će se raspasti u vodu sa istiskivanjem vodonika:

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

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

Metal se apsorbuje vodonik. Što se temperatura više povećava, to je veća njegova rastvorljivost u manganu. Ako se temperatura prekorači za 12000C, tada mangan reagira s dušikom, uslijed čega nastaju nitriti koji imaju drugačiji sastav.

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

Metal je otporan na alkalne rastvore.

U stanju je da formira sledeće okside: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, od kojih poslednji nije izolovan 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 podigne na 90 0 C, tada je raspadanje anhidrida praćeno eksplozijom. Među oksidima koji pokazuju najveću stabilnost izdvajaju se Mn 2 O 3 i MnO 2, kao i kombinovani oksid Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2, odnosno 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 \u003d 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

Otopinu manganata karakterizira tamnozelena boja. Ako se zakiseli, tada se reakcija nastavlja nijansiranjem otopine u grimiznu boju. To je zbog stvaranja anjona MnO 4 − iz kojeg se taloži precipitat mangan oksid-hidroksida koji ima smeđu boju.

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

Soli mangana ne pokazuju stabilnost. Njegovi hidroksidi imaju karakterističan bazični karakter. Mangan hlorid se raspada kada je izložen visokim temperaturama. Ova shema se koristi za dobivanje hlora.

Primjena mangana

Ovaj metal nije deficitaran - pripada uobičajenim elementima: njegov sadržaj u zemljinoj kori iznosi 0,03% od ukupnog broja atoma. On pripada trećem mestu na rang listi teških metala, koji obuhvataju sve elemente prelazne serije, preskačući ispred gvožđa i titanijuma. Teški metali su oni čija atomska težina prelazi 40.

Mangan se može naći u malim količinama u nekim stijenama. U osnovi dolazi do lokalizacije njegovih kisikovih spojeva u obliku piroluzitnog minerala - 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 procese hematopoeze u živim organizmima. Takođe se nalazi u mnogim namirnicama.

Metal je nezamjenjiv element u metalurgiji. Upravo se mangan 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, koja se zove feromangan. Dobija se u procesu redukcijske reakcije piroluzita sa ugljem. Mangan također djeluje kao legirajući element za čelike. Zahvaljujući dodatku mangana čelicima, njihova otpornost na habanje se značajno povećava, a oni također postaju manje osjetljivi na mehanička opterećenja. Prisutnost mangana u sastavu obojenih metala značajno povećava njihovu čvrstoću i otpornost na koroziju.

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

Keramička industrija također ne prolazi bez upotrebe mangana, gdje se MnO 2 koristi kao crna i tamno smeđa boja za emajle i glazure. Mangan oksid je visoko dispergovan. Ima dobar adsorbirajući kapacitet, zahvaljujući kojem 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. Manganov arsenid karakterizira gigantski magnetnokalorični efekat, koji postaje mnogo jači kada je podvrgnut visokom pritisku. Mangan telurid djeluje kao obećavajući termoelektrični materijal.

U medicini je također prikladno koristiti mangan, odnosno njegove soli. Dakle, vodeni rastvor kalijum permanganata koristi se kao antiseptik, a mogu i ispirati rane, ispirati grlo, podmazati čireve i opekotine. Kod nekih trovanja alkaloidima i cijanidima njegova otopina je čak indicirana za oralnu primjenu.

Bitan: Unatoč velikom broju pozitivnih aspekata upotrebe mangana, u nekim slučajevima njegovi spojevi mogu negativno utjecati na ljudsko tijelo, pa čak i imati toksični učinak. Tako je maksimalno dozvoljena koncentracija mangana u vazduhu 0,3 mg/m 3 . U slučaju izraženog trovanja nekom supstancom, zahvaćen je ljudski nervni sistem, za koji je karakterističan 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 zauzvrat formira tokom kalcinacije piroluzita:

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

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

restorativni. Mangan se dobiva redukcijom metala koksom iz ruda mangana, što rezultira stvaranjem feromangana (legura mangana i željeza). Ova metoda je najčešća, jer se najveći dio ukupne proizvodnje metala koristi za proizvodnju raznih legura, čija je glavna komponenta željezo, s tim u vezi, mangan se iz ruda izdvaja ne u čistom obliku, već u obliku legura s njim;
elektroliza. Metal u svom čistom obliku dobija se ovom metodom iz njegovih soli.

Minerali mangana, posebno piroluzit, bili su poznati u antičko doba. Piroluzit se smatrao vrstom magnetne željezne rude i koristio se u topljenju stakla - za bistrenje. Činjenica da mineral, za razliku od prave magnetske željezne rude, ne privlači magnet, objašnjena je prilično zabavno: vjerovalo se da je piroluzit ženski mineral i da je indiferentan prema magnetu.

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 - atomska masa je veća 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 pripada prelaznom metalu, stoga s jednakom lakoćom pokazuje i redukciona i oksidaciona svojstva. Sa 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 uzrok krhkosti tvari. Poznate su četiri modifikacije mangana. Legure sa metalom omogućavaju stabilizaciju bilo koje od njih i dobijanje čvrstih rastvora sa veoma različitim svojstvima.

Mangan je jedan od vitalnih elemenata u tragovima. Ovo se podjednako odnosi na biljke i životinje. Element je uključen u fotosintezu, u procesu disanja, aktivira brojne enzime, nezamjenjiv je sudionik u mišićnom metabolizmu itd. 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 primjenu 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. Tehnecijum je radioaktivni element, dobijen veštački. Renijum se odnosi na retke elemente u tragovima. Borijum se takođe može dobiti samo veštački i ne pojavljuje se u prirodi. Hemijska aktivnost i tehnecijuma i renija je mnogo niža od one mangana. Praktična primjena, osim za nuklearnu fuziju, nalazi samo mangan.

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 stvara širok izbor legura sa gotovo svim metalima, što je definitivno plus.
potpuno međusobno rastvorljivi, odnosno formiraju čvrste rastvore sa bilo kojim odnosom elementa, 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 itd. Osnova ove raznolikosti je hemijska aktivnost supstance.

Nedostaci metala povezani su s posebnostima njegove strukture, koje ne dopuštaju korištenje samog metala kao konstrukcijskog materijala.

Glavna je lomljivost pri visokoj tvrdoći. 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 stopama.
Električna provodljivost mangana je vrlo niska, pa je i njegova upotreba u elektrotehnici ograničena.

Dalje 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. vidi Ova vrijednost slabo ovisi o temperaturi: na primjer, kada se zagrije na 600 C, gustoća se smanjuje samo za 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;
specifični električni otpor - 1,5–2,6 μm m, samo nešto veći od otpora olova.

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

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. Fuzija s određenim metalima može stabilizirati bilo koju fazu.

Do 707 C a-modifikacija je stabilna. – kubična tjelesno centrirana rešetka, čija jedinična ćelija uključuje 58 atoma. Takva 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 stabilna je b-faza sa istom vrstom rešetke, ali sa jednostavnijom strukturom: ćelija ima 20 atoma. U ovoj fazi mangan pokazuje određenu plastičnost. Gustoća b-modifikacije je 7,26 g/cu. vidi Fazu je lako popraviti - gašenjem supstance na temperaturi iznad temperature faznog prelaza.
Na temperaturama od 1079 C do 1143 G-faza je stabilna. Karakterizira ga kubična rešetka s licem centrirana sa ćelijom od 4 atoma. Modifikacija je plastična. Međutim, nije moguće potpuno fiksirati fazu nakon hlađenja. Na prelaznoj temperaturi, gustina metala je 6,37 g/cu. cm, normalno - 7,21 g / cu. cm.
Iznad temperature od 1143 C i do ključanja stabilizirana je d-faza s kubičnom rešetkom usredsređenom na tijelo, čija ćelija uključuje 2 atoma. Gustina modifikacije je 6,28 g/cu. vidi Zanimljivo je da d-Mn može prijeći u antiferomagnetno stanje na visokoj temperaturi - 303 C.

Fazni prijelazi su od velike važnosti za dobivanje različitih legura, posebno jer su fizičke karakteristike strukturnih modifikacija različite.

Proizvodnja mangana je opisana u nastavku.

Proizvodnja

U osnovi, ali postoje i nezavisni depoziti. Tako je na teritoriji ležišta Chiatura koncentrisano do 40% svjetskih rezervi ruda mangana.

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

Na teritoriji Rusije postoji nekoliko velikih nalazišta mangana, pa je za Rusku Federaciju akutno oskudna sirovina.

Najpoznatiji minerali su piroluzit, magnetit, braunit, manganov špart i tako dalje. Sadržaj elementa u njima varira od 62 do 69%. Kopaju se u kamenolomu ili rudarskom metodom. U pravilu se ruda prethodno pere.

Dobijanje mangana je direktno povezano s njegovom upotrebom. Njegov glavni potrošač je industrija čelika, a za njene potrebe nije potreban sam metal, već njegova kombinacija sa željezom - feromanganom. Stoga se, govoreći o proizvodnji mangana, često misli na spoj neophodan u crnoj metalurgiji.

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

Za topljenje se koriste otvorene i zatvorene peći obložene ugljem - na taj način se dobija ugljični feromangan. Topljenje se vrši na naponu od 110-160 V, koristeći dvije metode - fluksno i bez fluksa. Druga metoda je ekonomičnija, jer omogućava da se element potpunije ekstrahira, međutim, s visokim sadržajem silicijum dioksida u rudi, moguća je samo metoda fluksa.

Metoda bez fluksa- kontinuirani proces. Mješavina rude mangana, koksa i željeznih strugotina se puni dok se pretopi. Važno je osigurati da je količina redukcionog sredstva dovoljna. Feromangan i šljaka se proizvode istovremeno 5-6 puta u 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 smjese dodaje se silikomangan, a 30 minuta prije završetka topljenja se upuhuje komprimiranim zrakom.
Dobija se hemijski čista supstanca elektroliza.

Aplikacija

90% svjetske proizvodnje mangana odlazi u industriju čelika. Štaviše, od većine metala se traži da ne dobijaju same legure mangana, već da sadrže 1% elementa. Štaviše, može u potpunosti zamijeniti nikal ako se njegov sadržaj poveća na 4-16%. Činjenica je da mangan, kao i stabilizira austenitnu fazu u čeliku.

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

Element mangana se koristi za dobijanje otpornosti na koroziju - od 1%. Takav materijal se koristi u prehrambenoj industriji u proizvodnji raznih kontejnera. Metalne legure sa - koriste se u proizvodnji brodskih propelera, ležajeva, zupčanika i drugih dijelova u dodiru s morskom vodom.

Njegovi spojevi se vrlo široko koriste u nemetalurškoj industriji - u medicini, poljoprivredi i hemijskoj industriji.

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

Reakcija mangan oksida sa aluminijumom prikazana je u ovom videu: