Jednadžba vode s manganom. Strukturna kemijska formula mangana

Mangan je vrijedan metal za ljude.

Kemijska svojstva mangana određuju njegovu široku upotrebu kao sirovine za industrijsku proizvodnju visokokvalitetnih legura. Spojevi elementa koriste se u medicini i poljoprivredi.

Fizikalna i kemijska svojstva metala

1. Kemijski element prvi su otkrili švedski kemičari u željeznoj rudi. Vađen je zagrijavanjem mješavine rudnog materijala i ugljena. Rezultat je bila metalna komponenta koja je dobila ime od njemačke riječi za "manganovu rudu".
2. Kemijski element pripada nizu prijelaznih elemenata i može tvoriti spojeve koji sadrže atome u oksidacijskom stanju 0. Kada se zagrijava, pokazuje svojstvo istiskivanja vodika, razgradnje vode.
3. U prirodi se ovaj krti metal, koji se ističe svojom srebrnastom bojom, nalazi samo u spojevima. Ekstrahira se iz rudnih sirovina, među kojima su najčešće vrste: piroluzit, manganit, psilomelan, braunit.
4. Metal se nalazi u kvržicama mangana pronađenim na dnu oceana. Tehnologija njihovog vađenja s dna uključuje upotrebu posebne opreme i nije industrijske prirode.
5. Mangan lako stvara okside oksidacijom na zraku. Ovisno o promjeni temperaturnog gradijenta pri zagrijavanju, reagira s dušikom, sumporom i silicijem. Pri apsorpciji vodika mangan stvara čvrste otopine.
6. Teško se otapa u vodi na normalnoj sobnoj temperaturi. U koncentriranim kiselinama otapa se zagrijavanjem, stvarajući soli.
7. Kemijski element br. 25 ističe se svojom aktivnošću u procesu reakcija redukcije metala iz oksida. Istiskuje metale, stvarajući spoj s kisikom.

Tehnologija ekstrakcije kemijskih elemenata

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

Proizvodnja željeznih 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, ispire se sumpornom kiselinom nakon čega slijedi toplinska redukcija koksom. Ponekad se za obnovu metala koristi aluminij ili silicij.

Kemijski procesi ekstrakcije mangana.

Čisti metal ekstrahira se elektrolizom iz vodenih otopina mangan sulfata.

Primjena mangana u industrijskoj proizvodnji

1. Glavnina metala koristi se za potrebe crne metalurgije kao dodatak, au svjetskim je razmjerima njegova potrošnja na 4. mjestu nakon glavnih sirovina: željeza, aluminija i bakra. Mangan je bitan element prisutan u svim vrstama lijevanog željeza i čelika. Jedinstveno svojstvo mangana da tvori legure s većinom metala koristi se za proizvodnju:

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

Ostale upotrebe metala

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

• kao katalizator organskih reakcija;
• za razgradnju anorganskih soli;
• za proizvodnju stakla;
• pri pokrivanju metalnih površina;
• u keramičkoj industriji za bojanje glazura i emajla
• za adsorpciju štetnih tvari;
• za izbjeljivanje prirodnih materijala (lan, vuna).

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

Kemija ovog elementa igra važnu ulogu u medicini.
Manganove soli se koriste za stvaranje antiseptičke vodene otopine za ispiranje rana i liječenje opeklina.

Kemijski element br. 25 neophodan je za normalno funkcioniranje organizma, regulaciju razine glukoze u krvi, prevenciju dijabetesa i osiguravanje normalnog rada gušterače.

Nedostatak mangana u ljudskom tijelu može uzrokovati bolest. Dnevna ljudska potreba za važnim mikroelementom iznosi gotovo 10 mg. Njegovi izvori za tijelo 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 prapovijesni pećinski umjetnici u špilji Lascaux u Francuskoj još prije 30 000 godina. U kasnijim vremenima u starom Egiptu, proizvođači stakla koristili su minerale koji sadrže ovaj metal kako bi uklonili blijedozelenkastu nijansu prirodnog stakla.

Izvrsne rude su pronađeni u regiji Magnesia u sjevernoj Grčkoj, južno od Makedonije, i tada je počela zbrka oko imena. Različite rude iz regije koje su uključivale i magnezij i mangan jednostavno su nazivane magnezijem. U 17. stoljeću se za minerale magnezija udomaćio naziv magnesia alba ili bijeli magnezij, a za tamnije okside mangana naziv crni magnezij.

Inače, poznati magnetski minerali otkriveni na ovim prostorima nazvani su magnezijev kamen, koji je s vremenom postao današnji magnet. Zbunjenost je trajala neko vrijeme sve dok krajem 18. stoljeća grupa švedskih kemičara nije došla do zaključka da je mangan zaseban element. Godine 1774. član skupine predstavio je ta otkrića Stockholmskoj akademiji, a iste je godine Johan Gottlieb Hahn postao prva osoba koja je dobila čisti mangan i dokazala da je ovo zaseban element.

Mangan - kemijski element, karakteristike mangana

To je težak, srebrnastobijeli metal koji polako tamni kada je izložen zraku. Tvrd i krtiji od željeza, ima specifičnu težinu od 7,21 i talište od 1244 °C. Kemijski simbol Mn, atomska težina 54,938, atomski broj 25. U sklopu formulačitati kao mangan, na primjer, KMnO 4 - kalijev 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. Velika kopnena nalazišta nalaze se u Australiji, Gabonu, Južnoj Africi, Brazilu i Rusiji. Ali još više se nalazi na dnu oceana, uglavnom na dubinama od 4 do 6 kilometara, pa njegovo vađenje tamo nije komercijalno isplativo.

Oksidirani minerali željeza (hematit, magnetit, limonit i siderit) sadrže 30% ovog elementa. Drugi potencijalni izvor su naslage gline i crvenog mulja, koji sadrže kvržice koje sadrže do 25%. Najčišći mangan dobivenih elektrolizom vodenih otopina.

Mangan i klor nalaze se u VII skupini periodnog sustava, ali je klor u glavnoj podskupini, a mangan u sekundarnoj podskupini, u koju spadaju i tehnecij Tc i renij Ke - potpuni elektronski analozi. Mangan Mn, tehnecij Tc i renij Ke potpuni su elektronski analozi s konfiguracijom valentnih elektrona.

Ovaj element je prisutan u malim količinama u poljoprivrednim tlima. U mnogim legurama bakra, aluminija, magnezija, nikla njegov različit postotak daje specifična fizikalna 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 oksidacijskom stanju mangan ima izrazito metalni karakter i veliku sklonost stvaranju složenih veza. U četverovalentnoj oksidaciji prevladava srednji karakter između metalnih i nemetalnih svojstava, dok šestovalentna i sedmerovalentna oksidacija pokazuju nemetalna svojstva.

Oksidi:

Formula. Boja

Biokemija i farmakologija

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

• u narančinoj kori;
• 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 reakcijskom centru fotosustava II, gdje se molekule vode pretvaraju u kisik. Bez njega je fotosinteza nemoguća.

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

Prosječno ljudsko tijelo sadrži oko 12 miligrama ovog metala. Svaki dan dobivamo oko 4 miligrama iz namirnica kao što su orasi, mekinje, žitarice, čaj i peršin. Ovaj element čini kosti kostura izdržljivijim. Važan je i za apsorpciju vitamina B1.

Prednosti i štetna svojstva

Ovaj element u tragovima, ima veliko biološko značenje: djeluje kao katalizator u biosintezi porfirina, a zatim hemoglobina u životinja i klorofila u zelenim biljkama. Njegova prisutnost također je preduvjet za aktivnost različitih mitohondrijskih enzimskih sustava, nekih enzima metabolizma lipida i procesa oksidativne fosforilacije.

Pare ili voda za piće kontaminirana solima ovog metala dovode do iritativnih promjena u dišnom traktu, kronične intoksikacije s progresivnom i ireverzibilnom tendencijom, karakterizirane oštećenjem bazalnih ganglija središnjeg živčanog sustava, a potom i ekstrapiramidnog poremećaja sličnog Parkinsonovoj bolesti .

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

Neka tla imaju niske razine ovog elementa, pa se dodaje u gnojiva i daje kao dodatak prehrani životinjama koje pasu.

Mangan: primjena

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

Kad je Henry Bessemer izumio proces izrade čelika 1856., njegov je čelik uništen vrućim valjanjem. Problem je riješen te iste godine kada je otkriveno da dodavanje malih količina elementa rastaljenom željezu rješava problem. Danas se zapravo oko 90% ukupnog mangana koristi za proizvodnju čelika.

DEFINICIJA

Mangan- dvadeset peti element periodnog sustava. Oznaka - Mn od latinskog "manganum". Smješten u četvrto razdoblje, VIIB grupa. Odnosi se na metale. Naboj jezgre je 25.

Mangan je prilično čest element, koji čini 0,1% (mase) zemljine kore. Od spojeva koji sadrže mangan, najčešći mineral je piroluzit, koji je manganov dioksid MnO 2. Veliku važnost imaju i minerali hausmanit Mn 3 O 4 i braunit Mn 2 O 3 .

U svom jednostavnom obliku, mangan je srebrno-bijeli (slika 1) tvrd, krt metal. Gustoća mu je 7,44 g/cm 3, talište 1245 o C.

Riža. 1. Mangan. Izgled.

Atomska i molekularna masa mangana

Relativna molekulska težina tvari(M r) je broj koji pokazuje koliko je puta masa dane molekule veća od 1/12 mase ugljikovog atoma, i relativna atomska masa elementa(A r) - koliko je puta prosječna masa atoma 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 podudaraju. Oni su jednaki 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 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 mangan u prirodi može naći u obliku jedinog stabilnog izotopa 55 Mn. Maseni broj je 55, jezgra atoma sadrži dvadeset pet protona i trideset neutrona.

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

Ioni mangana

Na vanjskoj energetskoj razini atoma mangana postoji sedam elektrona koji su valentni:

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

Kao rezultat kemijske interakcije, mangan odustaje od svojih valentnih elektrona, tj. je njihov donor i pretvara se u pozitivno nabijen 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+ .

Molekula i atom mangana

U slobodnom stanju mangan postoji u obliku jednoatomnih 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 strojeva za drobljenje, kugličnih mlinova i željezničkih tračnica. Osim toga, mangan je sastavni dio legura na bazi magnezija; povećava njihovu otpornost na koroziju. Legura bakra s manganom i niklom - manganin ima niski temperaturni koeficijent električnog otpora. Mangan se nalazi u malim količinama u mnogim aluminijskim legurama.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Mangan se dobiva redukcijom manganova(III) oksida silicijem. Tehnički oksid mase 20 g (maseni udio nečistoća je 5,2%) reduciran je u metal. Izračunaj masu dobivenog mangana.
Riješenje	Napišimo jednadžbu za reakciju redukcije mangan (III) oksida sa silicijem u mangan: 2Mn 2 O 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4Mn. Izračunajmo masu mangan (III) oksida bez primjesa: ω čisti (Mn 2 O 3) = 100% - ω nečistoća; ω čisti (Mn 2 O 3) = 100 % - 5,2 = 94,8 % = 0,984. m čisti (Mn 2 O 3) = m nečistoća (Mn 2 O 3) × ω čisti (Mn 2 O 3) / 100%; m čistoće (Mn 2 O 3) = 20 × 0,984 = 19,68 g. Odredimo količinu tvari mangan (III) oksida (molarna masa - 158 g/mol): n (Mn 2 O 3) = m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3); n (Mn2O3) = 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 silicija biti jednaka (molarna masa - 28 g/mol): m (Si) = n (Si) × M (Si); m(Si) = 0,2 × 28 = 5,6 g.
Odgovor	Masa silicija 5,6 g

PRIMJER 2

Vježbajte	Izračunajte masu kalijeva permanganata koja je potrebna za oksidaciju kalijeva sulfita mase 7,9 g u neutralnoj sredini.
Riješenje	Napišimo jednadžbu reakcije oksidacije kalijevog sulfita s kalijevim permanganatom u neutralnom mediju: 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 (K2SO3) = m (K2SO3) / M (K2SO3); n (K2SO3) = 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 kalijevog permanganata potrebna za oksidaciju kalijevog 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.
Odgovor	Masa kalijevog permanganata je 4,74 g

Mangan je kemijski element koji se u periodnom sustavu nalazi pod atomskim brojem 25. Susjedi su mu krom i željezo, što uzrokuje sličnost fizikalnih i kemijskih svojstava ova tri metala. Njegova jezgra sadrži 25 protona i 30 neutrona. Atomska masa elementa je 54,938.

Svojstva mangana

Mangan je prijelazni metal iz d-obitelji. Njegova elektronička formula je sljedeća: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Tvrdoća mangana na Mohsovoj ljestvici ocijenjena je na 4. Metal je prilično tvrd, ali u isto vrijeme, krhak. Njegova toplinska vodljivost je 0,0782 W / cm * K. Element karakterizira srebrno-bijela 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 oksidacijska stanja – od 0 do +7, dok su +1 i +5 iznimno rijetki. Kada metal stupa u interakciju sa zrakom, on se pasivizira. Mangan u prahu gori u kisiku:

Mn+O2=MnO2

Ako je metal izložen povišenoj temperaturi, tj. zagrijan, razlaže se u vodu istiskivanjem vodika:

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

Važno je napomenuti da manganov hidroksid, čiji sloj nastaje kao rezultat reakcije, usporava reakcijski proces.

Metal apsorbira vodik. Što se temperatura više diže, to je veća njegova topljivost u manganu. Ako temperatura prijeđe 12000C, tada mangan reagira s dušikom, pri čemu nastaju nitriti različitog sastava.

Metal također stupa u interakciju s ugljikom. Rezultat ove reakcije je stvaranje karbida, kao i silicida, borida i fosfida.

Metal je otporan na izlaganje alkalnim otopinama.

Sposoban je formirati 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 uvjetima postojanja anhidrid mangana je tekuća, uljasta tvar tamnozelene boje koja nema veliku stabilnost. Ako se temperatura poveća na 90 0 C, tada je raspad anhidrida popraćen eksplozijom. Među oksidima koji pokazuju najveću postojanost su Mn 2 O 3 i MnO 2, kao i spojeni oksid Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2, ili Mn 2 MnO 4 sol).

Manganovi oksidi:

Tijekom fuzije piroluzita i lužina uz prisutnost kisika dolazi do reakcije s stvaranjem manganata:

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

Otopina manganata karakterizira tamnozelena boja. Ako se zakiseli, dolazi do reakcije s grimiznom bojom otopine. To se događa zbog stvaranja aniona MnO 4 − iz kojeg se taloži talog smeđeg manganovog oksida-hidroksida.

Manganova kiselina je jaka, ali ne pokazuje osobitu stabilnost, pa stoga njezina najveća dopuštena koncentracija nije veća od 20%. Sama kiselina, kao i njezine soli, djeluje kao jako oksidacijsko sredstvo.

Manganove soli nisu stabilne. Njegove hidrokside karakterizira bazni karakter. Manganov klorid se razgrađuje kada je izložen visokim temperaturama. Upravo se ova shema koristi za proizvodnju klora.

Primjena mangana

Ovaj metal nije rijedak - to je uobičajeni element: njegov sadržaj u zemljinoj kori je 0,03% od ukupnog broja atoma. Zauzima treće mjesto na ljestvici teških metala, koji uključuju sve elemente prijelazne serije, ostavljajući željezo i titan ispred sebe. Teški metali su oni čija atomska težina prelazi 40.

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

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

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

Metalni dioksid našao je svoju primjenu u oksidaciji amonijaka, a također je sudionik u organskim reakcijama i reakcijama razgradnje anorganskih 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 tamnosmeđa boja za emajle i glazure. Manganov oksid je visoko raspršen. Ima dobru adsorpcijsku sposobnost, zahvaljujući kojoj postaje moguće ukloniti štetne nečistoće iz zraka.

Mangan se uvodi u broncu i mjed. Neki metalni spojevi koriste se u finoj organskoj sintezi i industrijskoj organskoj sintezi. Manganov arsenid karakterizira gigantski magnetokalorični učinak, koji postaje znatno jači ako se izloži visokom tlaku. Manganov telurid djeluje kao obećavajući termoelektrični materijal.

U medicini je također prikladna upotreba mangana, odnosno njegovih soli. Tako se vodena otopina kalijeva permanganata koristi kao antiseptik, a može se koristiti i za ispiranje rana, grgljanje, mazanje čireva i opeklina. Kod nekih otrovanja alkaloidima i cijanidima njegova otopina je čak indicirana za oralnu primjenu.

Važno: Unatoč ogromnom broju pozitivnih aspekata korištenja mangana, u nekim slučajevima njegovi spojevi mogu imati štetan učinak na ljudsko tijelo, pa čak i imati toksični učinak. Tako je najveća dopuštena vrijednost koncentracije mangana u zraku 0,3 mg/m3. U slučaju izraženog trovanja supstancom, zahvaćen je živčani sustav čovjeka, koji je karakteriziran sindromom manganskog parkinsonizma.

Dobivanje mangana

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

• aluminotermički. Mangan se dobiva iz njegovog oksida Mn 2 O 3 reakcijom redukcije. Oksid, pak, nastaje tijekom kalcinacije piroluzita:

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

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

• obnoviteljski. Mangan se dobiva redukcijom metala koksom iz ruda mangana, pri čemu nastaje feromangan (legura mangana i željeza). Ova metoda je najčešća, budući da se većina ukupne ekstrakcije metala koristi tijekom proizvodnje raznih legura, čija je glavna komponenta željezo, stoga se mangan ekstrahira iz ruda ne u čistom obliku, već u leguri s njim ;
• elektroliza. Metal u svom čistom obliku dobiva se ovom metodom iz njegovih soli.

Minerali mangana, posebice piroluzit, bili su poznati još u antičko doba. Piroluzit se smatrao vrstom magnetske željezne rude i koristio se u izradi stakla za bistrenje. Činjenica da mineral, za razliku od prave magnetske 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. stoljeću mangan je izoliran u svom čistom obliku. I danas ćemo o tome detaljno razgovarati. Dakle, razgovarajmo o tome je li mangan štetan, gdje ga možete kupiti, kako dobiti mangan i poštuje li GOST.

Mangan pripada sličnoj skupini 7 skupina 4 razdoblje. Element je uobičajen - zauzima 14. mjesto.

Element pripada teškim metalima - atomska težina veća od 40. Pasiviran je na zraku - prekriven gustim oksidnim filmom, koji sprječava daljnju reakciju s kisikom. Zahvaljujući ovom filmu, neaktivan je u normalnim uvjetima.

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

Ovaj video će vam reći što je mangan:

Značajke i razlike od drugih materijala

Mangan je metal srebrnastobijele boje, gust, tvrd, neobično složene strukture. Potonji je razlog krhkosti tvari. Postoje 4 poznate modifikacije mangana. Legure s metalom omogućuju stabilizaciju bilo koje od njih i dobivanje čvrstih otopina vrlo različitih svojstava.

• Mangan je jedan od vitalnih mikroelemenata. Štoviše, to se jednako odnosi na biljke i životinje. Element je uključen u fotosintezu, u proces disanja, aktivira niz enzima, nezamjenjiv je sudionik u metabolizmu mišića i tako dalje. Dnevna doza mangana za ljude je 2-9 mg. Jednako su opasni i manjak i višak nekog elementa.
• Metal je teži i tvrđi od željeza, ali nema praktičnu primjenu u svom čistom obliku zbog velike krhkosti. Ali njegove legure i spojevi imaju neobično veliku važnost u narodnom gospodarstvu. Koristi se u crnoj i obojenoj metalurgiji, u proizvodnji gnojiva, u elektrotehnici, u finoj organskoj sintezi i dr.
• Mangan se dosta razlikuje od metala svoje podskupine. Tehnecij je radioaktivni element dobiven umjetnim putem. Renij je klasificiran kao element u tragovima i rijedak. Bohrium se također može dobiti samo umjetno i ne pojavljuje se u prirodi. Kemijska reaktivnost tehnecija i renija mnogo je niža od one mangana. Osim nuklearne fuzije, samo mangan ima praktičnu primjenu.

Mangan (foto)

Prednosti i nedostatci

Fizikalna i kemijska svojstva metala takva su da se u praksi ne bave samim manganom, već njegovim brojnim spojevima i legurama, pa prednosti i nedostatke materijala treba razmotriti s ove točke gledišta.

• Mangan tvori širok izbor legura s gotovo svim metalima, što je definitivan plus.
• potpuno međusobno topljivi, odnosno tvore čvrste otopine s bilo kojim omjerom elemenata, homogenih svojstava. U tom će slučaju legura imati puno nižu točku vrelišta od mangana.
• Najveću praktičnu važnost imaju legure elementa s ugljikom i . Obje su legure od velike važnosti za industriju čelika.
• Brojni i raznoliki spojevi mangana koriste se u kemijskoj, tekstilnoj, staklarskoj industriji, u proizvodnji gnojiva i dr. Temelj za ovu raznolikost je kemijska aktivnost tvari.

Nedostaci metala povezani su s osobitostima 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 ima 58 atoma.
• Prilično visoko vrelište; rad s metalom s tako visokim vrijednostima je težak.
• Električna vodljivost mangana je vrlo niska, pa je njegova upotreba u elektrotehnici također ograničena.

Zatim ćemo govoriti o kemijskim i fizičkim svojstvima mangana.

Svojstva i karakteristike

Fizičke karakteristike metala značajno ovise o temperaturi. S obzirom na prisutnost čak 4 modifikacije, to ne čudi.

Glavne karakteristike tvari su sljedeće:

• gustoća - na normalnoj temperaturi je 7,45 g / cu. cm. Ova vrijednost slabo ovisi o temperaturi: na primjer, kada se zagrije na 600 C, gustoća se smanjuje za samo 7%;
• talište – 1244 C;
• vrelište – 2095 C;
• toplinska vodljivost pri 25 C je 66,57 W/(m K), što je nizak pokazatelj za metal;
• specifični toplinski kapacitet – 0,478 kJ/(kg K);
• koeficijent linearne ekspanzije, mjeren pri 20 C, jednak je 22,3·10 -6 deg -1 - ; Toplinski kapacitet i toplinska vodljivost tvari linearno rastu s porastom temperature;
• električni otpor je 1,5–2,6 μΩ m, samo malo veći od otpora olova.

Mangan je paramagnetik, tj. magnetizira se u vanjskom magnetskom polju i privlači ga magnet. Metal prelazi u antiferomagnetsko stanje pri niskim temperaturama, a temperatura prijelaza je različita za svaku modifikaciju.

Struktura i sastav mangana opisani su u nastavku.

Mangan i njegovi spojevi tema su videa u nastavku:

Struktura i sastav

Opisane su četiri strukturne modifikacije tvari, od kojih je svaka stabilna u određenom temperaturnom području. Legiranje 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. Ova struktura je vrlo složena i uzrokuje visoku krhkost tvari. Njegovi pokazatelji - toplinski kapacitet, toplinska vodljivost, gustoća - dati su kao svojstva tvari.
• Na 700-1079 C B-faza s istom vrstom rešetke, ali s jednostavnijom strukturom je stabilna: stanica se sastoji od 20 atoma. U ovoj fazi mangan pokazuje određenu plastičnost. Gustoća b-modifikacije - 7,26 g / cu. vidi.. Faza se može lako fiksirati gašenjem tvari na temperaturi iznad temperature faznog prijelaza.
• Na temperaturama od 1079 C do 1143 C g faza je stabilna. Karakterizira ga kubična rešetka sa središtem na površini sa ćelijom od 4 atoma. Modifikaciju karakterizira plastičnost. Međutim, nije moguće potpuno fiksirati fazu nakon hlađenja. Na prijelaznoj temperaturi gustoća metala je 6,37 g/kub. cm, s normalnim – 7,21 g/kub. cm.
• Iznad 1143 C i do vrenja stabilizira se d-faza s tjelesno centriranom kubičnom rešetkom, čija stanica uključuje 2 atoma. Gustoća modifikacije je 6,28 g / cu. vidi Zanimljivo je da d-Mn može prijeći u antiferomagnetsko stanje na visokim temperaturama - 303 C.

Fazni prijelazi od velike su važnosti u proizvodnji raznih legura, tim više što se fizikalna svojstva strukturnih modifikacija razlikuju.

Proizvodnja mangana opisana je u nastavku.

Proizvodnja

Uglavnom, ali ima i samostalnih depozita. Dakle, do 40% svjetskih rezervi manganove rude koncentrirano je na području ležišta Chiatura.

Element je raspršen u gotovo svim stijenama i lako se ispire. Njegov sadržaj u morskoj vodi je nizak, ali na dnu oceana zajedno sa željezom stvara čvoriće u kojima sadržaj elementa doseže 45%. Ova nalazišta se smatraju obećavajućim za daljnji razvoj.

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

Najpoznatiji minerali: piroluzit, magnetit, braunit, manganov spar i tako dalje. Sadržaj elemenata u njima varira od 62 do 69%. Vadi se metodom kamenoloma ili rudnika. U pravilu se ruda prethodno obogaćuje.

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

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

Za taljenje se koriste otvorene i zatvorene peći obložene ugljenom - čime se proizvodi feromanganski ugljik. Taljenje se provodi na naponu od 110–160 V, koristeći dvije metode - fluks i bez fluksa. Druga metoda je ekonomičnija, jer omogućuje potpuniju ekstrakciju elementa, međutim, s visokim sadržajem silicija u rudi moguća je samo metoda fluksa.

• Metoda bez fluksa- kontinuirani proces. Šarža manganove rude, koksa i željeznih strugotina učitava se dok se tali. Važno je osigurati dovoljnu količinu redukcijskog sredstva. Feromangan i troska se oslobađaju istovremeno 5-6 puta po smjeni.
• Silikomangan proizvedene sličnom metodom u električnoj peći za taljenje. Šarža, osim rude, sadrži mangansku trosku - bez fosfora, kvarcita i koksa.
• Metalni mangan dobiva se slično taljenju feromangana. Sirovina je otpad od lijevanja i rezanja legure. Nakon taljenja legure i šarže dodaje se silikomangan, a 30 minuta prije kraja taljenja propuhuje se komprimiranim zrakom.
• Dobiva se kemijski čista tvar elektroliza.

Primjena

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 koristi se za dobivanje materijala otpornih na koroziju - od 1%. Ovaj materijal se koristi u prehrambenoj industriji u proizvodnji raznih spremnika. Metalne legure s - koriste se u proizvodnji brodskih propelera, ležajeva, zupčanika i drugih dijelova koji su u dodiru s morskom vodom.

Njegovi spojevi imaju vrlo široku primjenu u nemetalurškoj industriji - u medicini, poljoprivredi i kemijskoj 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 manganovog oksida s aluminijem prikazana je u ovom videu: