Mangaani vee võrrand. Mangaani struktuurne keemiline valem

Mangaan on inimese jaoks väärtuslik metall.

Mangaani keemilised omadused määravad selle laialdase kasutamise toorainena kvaliteetsete sulamite tööstuslikuks tootmiseks. Elemendi ühendeid kasutatakse meditsiinis ja põllumajanduses.

Metalli füüsikalised ja keemilised omadused

Rootsi keemikud avastasid rauamaagist esimest korda keemilise elemendi. Seda ekstraheeriti maagimaterjali segu söega kuumutamisel. Selle tulemusena saadi kätte metallkomponent, mis sai oma nime saksakeelsest sõnast "mangaanimaak".
Keemiline element kuulub mitmete üleminekuelementide hulka ja võib moodustada ühendeid, mis sisaldavad aatomeid oksüdatsiooniastmes 0. Kuumutamisel avaldab see vesinikku väljatõrjumise omadust, mis lagundab vett.
Looduses leidub seda hõbedase värvusega rabedat metalli ainult ühendites. Seda ekstraheeritakse maagi toorainest, mille hulgas on kõige levinumad järgmised tüübid: pürolusiit, manganiit, psilomelaan, browniit.
Metalli leidub ookeanide põhjas leiduvates mangaani sõlmedes. Nende põhjast väljavõtmise tehnoloogia on seotud spetsiaalsete seadmete kasutamisega ega ole tööstusliku iseloomuga.
Mangaan moodustab õhus oksüdeerumisel kergesti oksiide. Sõltuvalt temperatuurigradiendi muutusest kuumutamisel reageerib see lämmastiku, väävli, räniga. Vesiniku neeldumisel moodustab mangaan tahkeid lahuseid.
Tavalisel toatemperatuuril on seda raske vees lahustada. Kontsentreeritud hapetes lahustub see kuumutamisel, moodustades soolad.
Keemiline element nr 25 eristub selle aktiivsuse poolest oksiididest metallide redutseerimisreaktsioonide protsessis. See tõrjub välja metallid, moodustades hapnikuga ühendi.

Keemiliste elementide ekstraheerimise tehnoloogia

Peamised metallitootjad ja tarnijad maailmaturule on Brasiilia, Austraalia, Lõuna-Aafrika ja Ukraina. Just nendes riikides asuvad maagivarud, mis moodustavad peaaegu 73% maailmast.

Mustmetalli tootmine tööstuslikus mastaabis algab maakide kaevandamisest ja nende rikastamisest ning sõltub metalliühenditest teiste elementidega. Näiteks tavalist karbonaadimaaki eelkaltsineeritakse. Mõnel juhul leostatakse see väävelhappega, millele järgneb termiline redutseerimine koksiga. Mõnikord kasutatakse metalli taastamiseks alumiiniumi või räni.

Keemilised protsessid mangaani ekstraheerimiseks.

Puhas metall ekstraheeritakse elektrolüüsi teel mangaansulfaadi vesilahustest.

Mangaani kasutamine tööstuslikus tootmises

Põhiosa metallist kasutatakse lisandina mustmetallurgia vajadusteks ning maailma mastaabis on selle tarbimine põhiliste toorainete: raua, alumiiniumi ja vase järel 4. kohal. Mangaan on igat tüüpi malmi ja terase oluline element. Mangaani ainulaadset omadust moodustada enamiku metallidega sulameid kasutatakse järgmiste toodete valmistamiseks:

mangaanterasest erinevad klassid;
manganiidid (sulam, milles pole rauda).

Muud metallirakendused

Tööstuslikus tootmises kasutatakse keemilise elemendi ja selle ühendite omadusi:

orgaaniliste reaktsioonide katalüsaatorina;
anorgaaniliste soolade lagundamiseks;
klaasi tootmiseks;
metallpindade katmisel;
keraamikatööstuses glasuuride ja emailide värvimiseks
kahjulike ainete adsorptsiooniks;
looduslike materjalide (lina, vill) pleegitamiseks.

Mangaani osalusega metallitoorainete töötlemisel saadud jäätmeid kasutatakse põllumajanduses põllukultuuride pinnase rikastamiseks väärtusliku komponendiga.

Selle elemendi keemia mängib meditsiinis olulist rolli.
Mangaanisooli kasutatakse haavade pesemiseks ja põletuste raviks antiseptilise vesilahuse moodustamiseks.

Keemiline element nr 25 on vajalik organismi normaalseks talitluseks, vere glükoositaseme reguleerimiseks, suhkurtõve ennetamiseks, kõhunäärme normaalse talitluse tagamiseks.

Mangaani puudus inimkehas võib põhjustada haigusi. Inimese päevane vajadus olulise mikroelemendi järele on ligi 10 mg. Selle allikad kehale on toit:

Mõned putuka- ja taimeliigid suudavad seda keemilist elementi kontsentreerida, mis tagab hingamis- ja fotosünteesiprotsessis osalevate ensüümide aktiveerimise.

Seda pürolusiidi (mangaandioksiid, MnO 2 ) kujul olevat elementi kasutasid eelajaloolised koopakunstnikud Prantsusmaal Lascaux koobastes juba 30 000 aastat tagasi. Vana-Egiptuses kasutasid klaasitootjad seda metalli sisaldavaid mineraale, et eemaldada looduslikust klaasist kahvatu rohekas toon.

Suurepärased maagid leiti Magnesia piirkonnast, mis asub Põhja-Kreekas, Makedooniast lõunas, ja sealt sai alguse segadus nimega. Erinevaid piirkonnast pärit maake, mis sisaldasid nii magneesiumi kui ka mangaani, nimetati lihtsalt magneesiumiks. 17. sajandil võeti magneesiumimineraalide kohta kasutusele termin magneesia alba ehk valge magneesia, mangaani tumedamate oksiidide kohta aga nimetust must magneesium.

Muide, selles piirkonnas leitud kuulsaid magnetilisi mineraale nimetati magneesiakiviks, millest sai lõpuks tänapäeva magnet. Segadus jätkus veel mõnda aega, kuni 18. sajandi lõpus jõudis grupp Rootsi keemikuid järeldusele, et mangaan on omaette element. 1774. aastal esitas rühma liige need leiud Stockholmi Akadeemiale ja samal aastal sai Johan Gottlieb Hahn esimese inimesena puhta mangaani hankijaks ja tõestas et see on eraldiseisev element.

Mangaan – keemiline element, mangaani omadused

See on raske hõbevalge metall, mis vabas õhus aeglaselt tumeneb. Rauast kõvem ja rabedam, selle erikaal on 7,21 ja sulamistemperatuur 1244 °C. Keemiline sümbol Mn, aatommass 54,938, aatomnumber 25. Valemites lugeda mangaaniks, näiteks KMnO 4 - kaaliummangaani umbes neli. See on kivimites väga levinud element, selle koguseks hinnatakse 0,085% maakoore massist.

Seal on üle 300 erineva mineraali, mis sisaldab seda elementi. Suuri maapealseid maardlaid leidub Austraalias, Gabonis, Lõuna-Aafrikas, Brasiilias ja Venemaal. Kuid veelgi rohkem leidub neid ookeanipõhjas, enamasti 4–6 kilomeetri sügavusel, seega ei ole seal kaevandamine majanduslikult tasuv.

Oksüdeeritud raua mineraalid (hematiit, magnetiit, limoniit ja sideriit) sisaldavad 30% seda elementi. Teine potentsiaalne allikas on savi ja punase muda ladestused, mis sisaldavad mügarikke kuni 25%. Kõige puhtam mangaan saadakse vesilahuste elektrolüüsil.

Mangaan ja kloor on perioodilisuse tabeli VII rühmas, kuid kloor on põhialarühmas ja mangaan kõrvalrühmas, kuhu kuuluvad ka tehneetsium Tc ja reenium Ke - täielikud elektroonilised analoogid. Mangaan Mn, tehneetsium Ts ja reenium Ke on valentselektronide konfiguratsiooniga täielikud elektroonilised analoogid.

See element on olemas väikestes kogustes ja põllumuldadel. Paljudes vase, alumiiniumi, magneesiumi ja nikli sulamites annavad selle erinevad protsendid neile spetsiifilised füüsikalised ja tehnoloogilised omadused:

kulumiskindlus;
kuumakindlus;
vastupidavus korrosioonile;
sulavus;
elektritakistus jne.

Mangaani valentsid

Mangaani oksüdatsiooniaste on 0 kuni +7. Kahevalentses oksüdatsiooni olekus on mangaan selgelt metalliline ja kalduvus moodustada keerulisi sidemeid. Neljavalentses oksüdatsioonis domineerib metalliliste ja mittemetalliliste omaduste vahepealne iseloom, samas kui kuuevalentsel ja heptavalentsel on mittemetallilised omadused.

Oksiidid:

Valem. Värv

Biokeemia ja farmakoloogia

Mangaan on looduses laialt levinud element, seda leidub enamikus taimede ja loomade kudedes. Suurimad kontsentratsioonid on leitud:

apelsinikoores;
viinamarjades;
marjades;
sparglis;
koorikloomadel;
magude puhul;
kahekordsetes ustes.

Bioloogia üks olulisemaid reaktsioone, fotosüntees, on sellest elemendist täielikult sõltuv. See on tähtmängija fotosüsteemi II reaktsioonikeskuses, kus veemolekulid muudetakse hapnikuks. Ilma selleta on fotosüntees võimatu..

See on kõigi teadaolevate elusorganismide oluline element. Näiteks ensüüm, mis vastutab veemolekulide hapnikuks muutmise eest fotosünteesi käigus, sisaldab nelja mangaani aatomit.

Keskmine inimkeha sisaldab seda metalli umbes 12 milligrammi. Iga päev saame umbes 4 milligrammi toitudest nagu pähklid, kliid, teraviljad, tee ja petersell. See element muudab luustiku luud vastupidavamaks. See on oluline ka B1-vitamiini imendumiseks.

Kasu ja kahjulikud omadused

See mikroelement, on suure bioloogilise tähtsusega: see toimib katalüsaatorina porfüriinide ja seejärel loomadel hemoglobiini ja roheliste taimede klorofülli biosünteesis. Selle olemasolu on vajalik tingimus ka erinevate mitokondriaalsete ensüümsüsteemide, mõnede lipiidide metabolismi ensüümide ja oksüdatiivsete fosforüülimisprotsesside toimimiseks.

Selle metalli sooladega saastunud aurud või joogivesi põhjustavad ärritavaid muutusi hingamisteedes, kroonilist mürgistust koos progresseeruva ja pöördumatu tendentsiga, mida iseloomustab kesknärvisüsteemi basaalganglionide kahjustus ja seejärel sarnase ekstrapüramidaalse tüübi rikkumine. Parkinsoni tõve vastu.

Selline mürgistus on sageli professionaalne iseloom. See mõjutab töötajaid, kes töötavad selle metalli ja selle derivaatide töötlemisel, samuti keemia- ja metallurgiatööstuse töötajaid. Meditsiinis kasutatakse seda kaaliumpermanganaadi kujul kokkutõmbava, lokaalse antiseptikuna ja ka alkaloidsete loodusmürkide (morfiin, kodeiin, atropiin jne) vastumürgina.

Mõnel pinnasel on seda elementi vähe, seetõttu lisatakse seda väetistele ja antakse toidulisandina loomade karjatamisel.

Mangaan: rakendus

Puhta metallina, välja arvatud piiratud kasutus elektrotehnika valdkonnas, pole sellel elemendil muid praktilisi rakendusi, samas kasutatakse seda laialdaselt sulamite valmistamiseks, terase tootmiseks jne.

Kui Henry Bessemer leiutas 1856. aastal terase valmistamise protsessi, tema teras hävis kuumvaltsimisel. Probleem lahenes samal aastal, kui avastati, et selle elemendi väikeste koguste lisamine sularauale lahendas probleemi. Tänapäeval kasutatakse terase tootmiseks umbes 90% kogu mangaanist.

MÄÄRATLUS

Mangaan on perioodilise tabeli kahekümne viies element. Nimetus - Mn ladinakeelsest sõnast "manganum". Asub neljandal perioodil, rühm VIB. Viitab metallidele. Põhitasu on 25.

Mangaan kuulub üsna levinud elementide hulka, moodustades 0,1% (massist) maakoorest. Mangaani sisaldavatest ühenditest on enimlevinud mineraal pürolusiit, milleks on mangaandioksiid MnO 2 . Suur tähtsus on ka mineraalidel hausmaniit Mn 3 O 4 ja browniit Mn 2 O 3.

Lihtaine kujul on mangaan hõbevalge (joon. 1) kõva rabe metall. Selle tihedus on 7,44 g / cm 3, sulamistemperatuur 1245 o C.

Riis. 1. Mangaan. Välimus.

Mangaani aatom- ja molekulmass

Aine suhteline molekulmass(M r) on arv, mis näitab, mitu korda on antud molekuli mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist ja elemendi suhteline aatommass(A r) - mitu korda on keemilise elemendi aatomite keskmine mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist.

Kuna vabas olekus mangaan eksisteerib monatoomiliste Mn-molekulide kujul, langevad selle aatom- ja molekulmassi väärtused kokku. Need on võrdsed 54,9380-ga.

Mangaani allotroopia ja allotroopsed modifikatsioonid

Tuntud on neli mangaani kristalset modifikatsiooni, millest igaüks on teatud temperatuurivahemikus termodünaamiliselt stabiilne. Alla 707 o C on α-mangaan stabiilne, keerulise struktuuriga – selle rakus on 58 aatomit. Mangaani struktuuri keerukus temperatuuril alla 707 o põhjustab selle haprust.

Mangaani isotoobid

Teada on, et mangaan võib looduses esineda ainsa stabiilse isotoobi 55 Mn kujul. Massiarv on 55, aatomi tuum sisaldab kakskümmend viis prootonit ja kolmkümmend neutronit.

Seal on mangaani tehisisotoope massinumbritega 44–69, samuti seitse tuumade isomeerset olekut. Kõige pikema elueaga isotoop ülalnimetatute hulgas on 53 Mn, poolestusajaga 3,74 miljonit aastat.

mangaaniioonid

Mangaani aatomi välisenergia tasemel on seitse valentsi elektroni:

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

Keemilise vastasmõju tulemusena loovutab mangaan oma valentselektronid, s.o. on nende doonor ja muutub positiivselt laetud iooniks:

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+.

Mangaani molekul ja aatom

Vabas olekus mangaan eksisteerib monatoomiliste Mn-molekulide kujul. Siin on mõned omadused, mis iseloomustavad mangaani aatomit ja molekuli:

mangaani sulamid

Mangaani kasutatakse peamiselt legeerteraste tootmisel. Mangaanterasel, mis sisaldab kuni 15% Mn, on kõrge kõvadus ja tugevus. Sellest valmistatakse purustusmasinate, kuulveskite, raudteerööbaste tööosad. Lisaks on mangaan magneesiumipõhiste sulamite koostisosa; see suurendab nende vastupidavust korrosioonile. Vase sulam mangaani ja nikliga - manganiiniga on madala temperatuuriga elektritakistuse koefitsient. Mangaani leidub väikestes kogustes paljudes alumiiniumisulamites.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Harjutus

Mangaani saadakse mangaan(III)oksiidi redutseerimisel räniga. Tehniline oksiid massiga 20 g (lisandite massiosa on 5,2%) redutseeriti metalliks. Arvutage saadud mangaani mass.

Otsus

Kirjutame võrrandi mangaan(III)oksiidi redutseerimiseks räniga mangaaniks:

2Mn2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4Mn.

Arvutage mangaan(III)oksiidi mass ilma lisanditeta:

ω puhas (Mn 2 O 3) \u003d 100% - ω lisand;

ω puhas (Mn 2 O 3) \u003d 100% - 5,2 \u003d 94,8% \u003d 0,984.

m puhast (Mn 2 O 3) = m lisandit (Mn 2 O 3) × ω puhas (Mn 2 O 3) / 100%;

m puhas (Mn 2 O 3) \u003d 20 × 0,984 \u003d 19,68 g.

Määrame mangaan (III) oksiidi aine koguse (moolmass - 158 g / mol):

n (Mn2O3) \u003d m (Mn2O3) / M (Mn2O3);

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

Vastavalt reaktsioonivõrrandile n (Mn 2 O 3) : n (Si) \u003d 2: 3, mis tähendab, et

n (Si) \u003d 3/2 × n (Mn 2 O 3) \u003d 3/2 × 0,12 \u003d 0,2 mol.

Siis on räni mass võrdne (moolmass - 28 g / mol):

m (Si) = n (Si) × M (Si);

m(Si) = 0,2 × 28 = 5,6 g.

Vastus

Räni mass 5,6 g

NÄIDE 2

Harjutus

Arvutage kaaliumpermanganaadi mass, mis on vajalik 7,9 g kaaliumsulfiti oksüdeerimiseks neutraalses keskkonnas.

Otsus

Kirjutame kaaliumsulfiti oksüdeerimise võrrandi kaaliumpermanganaadiga neutraalses keskkonnas:

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH.

Arvutage kaaliumsulfiti moolide arv (moolmass - 158 g / mol):

n (K2SO3) = m (K2SO3) / M (K2SO3);

n (K 2 SO 3) \u003d 7,9 / 158 \u003d 0,05 mol.

Vastavalt reaktsioonivõrrandile n (K 2 SO 3): n (KMnO 4) \u003d 3: 2, mis tähendab, et

n (KMnO 4) = 2/3 × n (K 2 SO 3) \u003d 2/3 × 0,05 \u003d 0,03 mol.

Kaaliumpermanganaadi mass, mis on vajalik kaaliumsulfiti oksüdeerimiseks neutraalses keskkonnas, on (moolmass - 158 g / mol):

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

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

Vastus

Kaaliumpermanganaadi mass on 4,74 g

Mangaan on keemiline element, mis asub Mendelejevi perioodilises süsteemis aatomnumbriga 25. Selle naabriteks on kroom ja raud, mis määrab nende kolme metalli füüsikaliste ja keemiliste omaduste sarnasuse. Selle tuum sisaldab 25 prootonit ja 30 neutronit. Elemendi aatommass on 54,938.

mangaani omadused

Mangaan on d-perekonna siirdemetall. Selle elektrooniline valem on järgmine: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Mangaani kõvadus Mohsi skaalal on hinnanguliselt 4. Metall on üsna kõva, kuid samas rabe. Selle soojusjuhtivus on 0,0782 W / cm * K. Elementi iseloomustab hõbevalge värvus.

Inimesele on teada neli metalli modifikatsiooni. Igaüht neist iseloomustab termodünaamiline stabiilsus teatud temperatuuritingimustes. Niisiis on a-mangaan üsna keeruka struktuuriga ja näitab selle stabiilsust temperatuuril alla 707 0 C, mis määrab selle hapruse. See metalli modifikatsioon selle elementaarrakus sisaldab 58 aatomit.

Mangaanil võib olla täiesti erinev oksüdatsiooniaste - 0 kuni +7, samas kui +1 ja +5 on äärmiselt haruldased. Kui metall interakteerub õhuga, siis see passiveerub. Pulbermangaan põleb hapnikus:

Mn+O2=MnO2

Kui metall puutub kokku kõrgendatud temperatuuriga, s.t. kuumutamisel laguneb see vesiniku väljatõrjumisel veeks:

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

Tuleb märkida, et mangaanhüdroksiid, mille kiht tekib reaktsiooni tulemusena, aeglustab reaktsiooniprotsessi.

Vesinik neeldub metallist. Mida kõrgemale temperatuur tõuseb, seda suurem on selle lahustuvus mangaanis. Temperatuuri ületamisel 12000C, siis mangaan reageerib lämmastikuga, mille tulemusena tekivad nitritid, mis on erineva koostisega.

Metall suhtleb ka süsinikuga. Selle reaktsiooni tulemusena tekivad karbiidid, aga ka silitsiidid, boriidid, fosfiidid.

Metall on leeliseliste lahuste suhtes vastupidav.

See on võimeline moodustama järgmisi oksiide: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, millest viimast pole vabas olekus eraldatud, samuti mangaanhüdriidi Mn 2 O 7 . Tavalistes eksisteerimistingimustes on mangaanhüdriid tumerohelist värvi vedel õline aine, millel pole palju stabiilsust. Kui temperatuur tõsta 90 0 C-ni, siis kaasneb anhüdriidi lagunemisega plahvatus. Suurima stabiilsusega oksiididest eristuvad Mn 2 O 3 ja MnO 2, samuti kombineeritud oksiid Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2 või sool Mn 2 MnO 4).

Mangaanoksiidid:

Pürolusiidi ja leeliste liitmisel hapniku juuresolekul toimub reaktsioon manganaatide moodustumisega:

2MnO2 + 2KOH + O2 \u003d 2K 2MnO4 + 2H2O

Manganaadi lahust iseloomustab tumeroheline värvus. Kui see on hapestatud, kulgeb reaktsioon lahuse toonimisega karmiinpunaseks. Selle põhjuseks on MnO 4 -aniooni moodustumine, millest sadestub mangaanoksiidhüdroksiidi sade, mis on pruuni värvi.

Permangaanhape on tugev, kuid ei näita erilist stabiilsust ja seetõttu on selle maksimaalne lubatud kontsentratsioon kuni 20%. Hape ise, nagu ka selle soolad, toimib tugeva oksüdeeriva ainena.

Mangaani soolad ei näita stabiilsust. Selle hüdroksiididel on iseloomulik põhiomadus. Mangaankloriid laguneb kõrgete temperatuuride mõjul. Seda skeemi kasutatakse kloori saamiseks.

Mangaani kasutamine

Sellest metallist pole puudust – see kuulub tavaliste elementide hulka: selle sisaldus maakoores on 0,03% aatomite koguarvust. Kõiki üleminekusarja elemente hõlmavate raskemetallide edetabelis kuulub ta kolmandale kohale, jättes vahele raua ja titaani. Raskmetallid on need, mille aatommass ületab 40.

Mõnedes kivimites võib mangaani leida väikestes kogustes. Põhimõtteliselt lokaliseeritakse selle hapnikuühendid pürolusiitmineraalina - MnO 2.

Mangaanil on palju kasutusvõimalusi. See on oluline paljude sulamite ja kemikaalide tootmiseks. Ilma mangaanita on elusorganismide olemasolu võimatu, kuna see toimib aktiivse mikroelemendina, samuti esineb seda peaaegu kõigis elus- ja taimeorganismides. Mangaan avaldab positiivset mõju elusorganismide vereloome protsessidele. Seda leidub ka paljudes toiduainetes.

Metall on metallurgias asendamatu element. Just mangaani kasutatakse terasest väävli ja hapniku eemaldamiseks selle tootmisel. See protsess nõuab suures koguses metalli. Kuid tasub öelda, et sulatisele ei lisata puhast mangaani, vaid selle sulamit rauaga, mida nimetatakse ferromangaaniks. See saadakse pürolusiidi redutseerimisreaktsiooni käigus kivisöega. Mangaan toimib ka teraste legeeriva elemendina. Tänu mangaani lisamisele terastele suureneb oluliselt nende kulumiskindlus, samuti muutuvad need vähem vastuvõtlikuks mehaanilisele pingele. Mangaani olemasolu värviliste metallide koostises suurendab oluliselt nende tugevust ja korrosioonikindlust.

Metalldioksiid on leidnud rakendust ammoniaagi oksüdeerimisel, samuti on ta osaline orgaanilistes reaktsioonides ja anorgaaniliste soolade lagunemisreaktsioonides. Sel juhul toimib katalüsaatorina mangaandioksiid.

Mangaani kasutamiseta ei tule läbi ka keraamikatööstus, kus MnO 2 kasutatakse emailide ja glasuuride musta ja tumepruuni värvainena. Mangaanoksiid on väga hajutatud. Sellel on hea adsorbeerimisvõime, tänu millele on võimalik kahjulikke lisandeid õhust eemaldada.

Mangaani lisatakse pronksi ja messingi. Mõnda metalliühendit kasutatakse peenorgaanilises sünteesis ja tööstuslikus orgaanilises sünteesis. Mangaanarseniidi iseloomustab hiiglaslik magnetokaloriefekt, mis tugevneb palju tugevamaks, kui sellele avaldada survet. Mangaantelluriid toimib paljulubava termoelektrilise materjalina.

Meditsiinis on kohane kasutada ka mangaani, õigemini selle sooli. Niisiis kasutatakse antiseptikuna kaaliumpermanganaadi vesilahust, mis võivad ka haavu pesta, kuristada, haavandeid ja põletusi määrida. Mõne alkaloidide ja tsüaniididega mürgistuse korral on selle lahus näidustatud isegi suukaudseks manustamiseks.

Tähtis: Vaatamata mangaani kasutamise suurele hulgale positiivsetele külgedele, võivad selle ühendid mõnel juhul inimkehale kahjulikult mõjuda ja isegi toksilist mõju avaldada. Seega on mangaani maksimaalne lubatud kontsentratsioon õhus 0,3 mg/m 3 . Ainega väljendunud mürgistuse korral on mõjutatud inimese närvisüsteem, millele on iseloomulik mangaanparkinsonismi sündroom.

Mangaani saamine

Metalli saab hankida mitmel viisil. Kõige populaarsemate meetodite hulgas on järgmised:

aluminotermiline. Mangaan saadakse selle oksiidist Mn 2 O 3 redutseerimisreaktsiooni teel. Oksiid omakorda moodustub pürolusiidi kaltsineerimisel:

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

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

taastav. Mangaani saadakse metalli redutseerimisel mangaanimaakide koksiga, mille tulemusena moodustub ferromangaan (mangaani ja raua sulam). See meetod on kõige levinum, kuna suurem osa kogu metallitoodangust kasutatakse erinevate sulamite tootmisel, mille põhikomponendiks on raud, sellega seoses ekstraheeritakse maakidest mangaani mitte puhtal kujul, vaid sulam sellega;
elektrolüüs. Metall puhtal kujul saadakse selle meetodi abil selle sooladest.

Mangaani mineraalid, eriti püroluliit, olid tuntud iidsetel aegadel. Pürolusiiti peeti omamoodi magnetiliseks rauamaagiks ja seda kasutati klaasi sulatamisel – selgitamiseks. Asjaolu, et mineraali, erinevalt tõelisest magnetilisest rauamaagist, magnet ei tõmba, selgitati üsna lõbusalt: usuti, et pürolusiit on emane mineraal ja on magneti suhtes ükskõikne.

18. sajandil eraldati mangaan puhtal kujul. Ja täna räägime sellest üksikasjalikult. Niisiis, arutame, kas mangaan on kahjulik, kust seda osta, kuidas mangaani saada ja kas see järgib GOST-i.

Mangaan kuulub sarnasesse rühma 7 rühma 4 perioodi. Element on tavaline - see võtab 14. koha.

Element kuulub raskmetallide hulka – aatommass on üle 40. Õhus passiveeritakse – see on kaetud tiheda oksiidkilega, mis takistab edasist reaktsiooni hapnikuga. Tänu sellele filmile on see tavatingimustes passiivne.

Mangaan reageerib kuumutamisel paljude lihtainete, hapete ja alustega, moodustades väga erineva oksüdatsiooniastmega ühendeid: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Metall kuulub siirdemetalli hulka, seetõttu on sellel võrdselt nii redutseerivad kui ka oksüdeerivad omadused. Moodustab näiteks metallidega tahkeid lahuseid ilma reageerimata.

See video räägib teile, mis on mangaan:

Omadused ja erinevused teistest materjalidest

Mangaan on hõbevalge metall, tihe, kõva – ebatavaliselt keerulise struktuuriga. Viimane on aine hapruse põhjus. Tuntud on neli mangaani modifikatsiooni. Metalliga sulamid võimaldavad stabiliseerida ükskõik millist neist ja saada väga erinevate omadustega tahkeid lahuseid.

Mangaan on üks olulisemaid mikroelemente. See kehtib võrdselt taimede ja loomade kohta. Element osaleb fotosünteesis, hingamisprotsessis, aktiveerib mitmeid ensüüme, on asendamatu osaline lihaste ainevahetuses jne. Mangaani ööpäevane annus inimesele on 2–9 mg. Nii elemendi puudus kui ka liig on võrdselt ohtlikud.
Metall on raskem ja kõvem kui raud, kuid sellel pole puhtal kujul praktilist rakendust selle suure rabeduse tõttu. Kuid selle sulamid ja ühendid on rahvamajanduses ebatavaliselt suure tähtsusega. Seda kasutatakse musta ja värvilise metalli metallurgias, väetiste tootmisel, elektrotehnikas, peenorgaanilises sünteesis jne.
Mangaan on üsna erinev oma alarühma metallidest. Tehneetsium on kunstlikult saadud radioaktiivne element. Reenium viitab mikro- ja haruldastele elementidele. Boori saab ka ainult kunstlikult ja seda looduses ei esine. Nii tehneetsiumi kui ka reeniumi keemiline aktiivsus on palju madalam kui mangaanil. Praktiline rakendus, välja arvatud tuumasünteesi puhul, leiab ainult mangaani.

Mangaan (foto)

Eelised ja miinused

Metalli füüsikalised ja keemilised omadused on sellised, et praktikas ei käsitle need mitte mangaani ennast, vaid selle arvukaid ühendeid ja sulameid, mistõttu tuleks materjali eeliseid ja miinuseid käsitleda just sellest vaatenurgast.

Mangaan moodustab peaaegu kõigi metallidega mitmesuguseid sulameid, mis on kindel pluss.
täielikult vastastikku lahustuvad, see tähendab, et nad moodustavad elemendi mis tahes suhtega tahkeid lahuseid, mis on omadustelt homogeensed. Sel juhul on sulamil palju madalam keemispunkt kui mangaanil.
Elemendi sulamid süsinikuga ja on suurima praktilise tähtsusega. Mõlemad sulamid on terasetööstuse jaoks väga olulised.
Arvukalt ja mitmekesiseid mangaaniühendeid kasutatakse keemia-, tekstiili-, klaasitööstuses, väetiste tootmisel jne. Selle mitmekesisuse aluseks on aine keemiline aktiivsus.

Metalli puudused on seotud selle struktuuri iseärasustega, mis ei võimalda metalli enda kasutamist konstruktsioonimaterjalina.

Peamine on rabedus suure kõvaduse korral. Mn kuni +707 C kristalliseerub struktuuris, kus rakk sisaldab 58 aatomit.
Üsna kõrge keemistemperatuur, nii kõrgete kiirustega metalliga on raske töötada.
Mangaani elektrijuhtivus on väga madal, mistõttu on selle kasutamine ka elektrotehnikas piiratud.

Edasi räägime mangaani keemilistest ja füüsikalistest omadustest.

Omadused ja omadused

Metalli füüsikalised omadused sõltuvad märkimisväärselt temperatuurist. Arvestades koguni 4 modifikatsiooni olemasolu, pole see üllatav.

Aine peamised omadused on järgmised:

tihedus - normaaltemperatuuril on 7,45 g / cu. vt Just see väärtus sõltub nõrgalt temperatuurist: näiteks temperatuurini 600 C kuumutamisel väheneb tihedus vaid 7% võrra;
sulamistemperatuur - 1244 C;
keemistemperatuur - 2095 C;
soojusjuhtivus 25 C juures on 66,57 W / (m K), mis on metalli jaoks madal näitaja;
erisoojusvõimsus - 0,478 kJ / (kg K);
lineaarpaisumise koefitsient, mõõdetuna 20 C juures, on võrdne 22,3 10 -6 kraadi -1 - ; Aine soojusmahtuvus ja soojusjuhtivus suurenevad lineaarselt temperatuuri tõustes;
elektriline eritakistus - 1,5–2,6 μm m, ainult veidi kõrgem kui plii oma.

Mangaan on paramagnetiline, see tähendab, et see magnetiseerub välises magnetväljas ja tõmbub magneti poole. Metall läheb madalatel temperatuuridel antiferromagnetilisse olekusse ja iga modifikatsiooni üleminekutemperatuur on erinev.

Mangaani struktuuri ja koostist kirjeldatakse allpool.

Mangaan ja selle ühendid on alloleva video teema:

Struktuur ja koostis

Kirjeldatakse nelja aine struktuurimuutust, millest igaüks on teatud temperatuurivahemikus stabiilne. Sulandumine teatud metallidega võib stabiliseerida mis tahes faasi.

Kuni 707 C a-modifikatsioon on stabiilne. – kuupkehakeskne võre, mille ühikrakk sisaldab 58 aatomit. Selline struktuur on väga keeruline ja põhjustab aine suurt haprust. Selle näitajad - soojusmahtuvus, soojusjuhtivus, tihedus - on toodud aine omadustena.
Temperatuuril 700–1079 C stabiilne on sama tüüpi võrega, kuid lihtsama struktuuriga b-faas: rakus on 20 aatomit. Selles faasis on mangaanil teatud plastilisus. B-modifikatsiooni tihedus on 7,26 g / cu. vt.Faasi on lihtne fikseerida – kustutades aine faasisiirdetemperatuurist kõrgemal temperatuuril.
Temperatuuridel 1079 kuni 1143 kraadi G-faas on stabiilne. Seda iseloomustab kuubikujuline näokeskne võre, mille rakk koosneb 4 aatomist. Modifikatsioon on plastiline. Küll aga ei ole võimalik faasi jahutamisel täielikult fikseerida. Üleminekutemperatuuril on metalli tihedus 6,37 g/cu. cm, normaalselt - 7, 21 g / cu. cm.
Üle 1143 C ja keemiseni stabiliseerub kehakeskse kuupvõrega d-faas, mille rakk sisaldab 2 aatomit. Modifikatsioonitihedus on 6,28 g/cu. vt Huvitaval kombel võib d-Mn minna antiferromagnetilisse olekusse kõrgel temperatuuril – 303 C.

Faasiüleminekutel on suur tähtsus erinevate sulamite saamisel, seda enam, et struktuurimuutuste füüsikalised omadused on erinevad.

Mangaani tootmist kirjeldatakse allpool.

Tootmine

Põhimõtteliselt, kuid on ka iseseisvaid hoiuseid. Seega on Chiatura maardla territooriumile koondunud kuni 40% maailma mangaanimaakide varudest.

Element on hajutatud peaaegu kõigis kivimites ja on kergesti väljapestav. Selle sisaldus merevees on madal, kuid ookeanide põhjas moodustab see koos rauaga sõlmekesed, milles elemendi sisaldus ulatub 45%-ni. Neid hoiuseid peetakse edasiseks arendamiseks paljulubavaks.

Venemaa territooriumil on vähe suuri mangaani leiukohti, seetõttu on see Venemaa Föderatsiooni jaoks teravalt defitsiitne tooraine.

Tuntuimad mineraalid on pürolusiit, magnetiit, browniit, mangaani sparv ja nii edasi. Elemendi sisaldus neis varieerub vahemikus 62–69%. Neid kaevandatakse karjääris või kaevandusmeetodil. Reeglina on maak eelnevalt pestud.

Mangaani saamine on otseselt seotud selle kasutamisega. Selle peamine tarbija on terasetööstus ja selle vajadusteks pole vaja metalli ennast, vaid selle kombinatsiooni raua - ferromangaaniga. Seetõttu peavad nad mangaani tootmisest rääkides sageli silmas musta metallurgias vajalikku ühendit.

Varem toodeti ferromangaani kõrgahjudes. Kuid koksi nappuse ja kehvade mangaanimaakide kasutamise vajaduse tõttu läksid tootjad üle elektriahjudes sulatamisele.

Sulatamiseks kasutatakse söega vooderdatud avatud ja suletud ahjusid - nii saadakse süsinikferromangaani. Sulatamine toimub pingel 110-160 V, kasutades kahte meetodit - voogu ja voovaba. Teine meetod on säästlikum, kuna see võimaldab elementi täielikumalt ekstraheerida, kuid suure ränidioksiidi sisaldusega maagis on võimalik ainult räbusti meetod.

Vooluvaba meetod- pidev protsess. Mangaanimaagi, koksi ja raua laastude segu laaditakse ümbersulatamisel. Oluline on tagada, et redutseerija kogus oleks piisav. Ferromangaani ja räbu toodetakse korraga 5–6 korda vahetuses.
Silikomangaan toodetakse sarnasel meetodil elektrisulatusahjus. Laeng sisaldab lisaks maagile ka mangaani räbu – ilma fosforita, kvartsiiti ja koksita.
Metallist mangaan saadakse sarnaselt ferromangaani sulatamisega. Tooraineks on sulami valamisel ja lõikamisel tekkinud jäätmed. Pärast sulami ja segu sulamist lisatakse silikomangaan ja 30 minutit enne sulamise lõppu puhutakse see suruõhuga läbi.
Saadakse keemiliselt puhas aine elektrolüüs.

Rakendus

90% maailma mangaanitoodangust läheb terasetööstusele. Pealegi ei nõuta enamik metalle mitte mangaanisulamite endi saamiseks, vaid 1% elemendi jaoks ja sisaldama seda. Lisaks võib see nikli täielikult asendada, kui selle sisaldust suurendatakse 4–16% -ni. Fakt on see, et mangaan, samuti stabiliseerib austeniidi faasi terases.

Mangaan võib oluliselt alandada austeniidi üleminekutemperatuuri ferriidiks, mis takistab raudkarbiidi sadenemist. Seega omandab valmistoode suurema jäikuse ja tugevuse.

Mangaani elementi kasutatakse korrosioonikindluse saamiseks - alates 1%. Sellist materjali kasutatakse toiduainetööstuses mitmesuguste mahutite valmistamisel. --ga metallisulameid kasutatakse merepropellerite, laagrite, hammasrataste ja muude mereveega kokkupuutuvate osade valmistamisel.

Selle ühendeid kasutatakse väga laialdaselt mittemetallurgiatööstuses – meditsiinis, põllumajanduses ja keemiatööstuses.

Mangaan on metall, mis pole huvitav mitte niivõrd iseenesest, kuivõrd selle paljude ühendite omaduste poolest. Selle tähtsust legeeriva elemendina on aga raske üle hinnata.

Selles videos on näidatud mangaanoksiidi reaktsiooni alumiiniumiga: