Manganvannligning. Mangan strukturell kjemisk formel

Mangan er et verdifullt metall for mennesker.

De kjemiske egenskapene til mangan bestemmer dens utbredte bruk som råmateriale for industriell produksjon av høykvalitetslegeringer. Forbindelsene av grunnstoffet brukes i medisin og landbruk.

Fysiske og kjemiske egenskaper til metall

1. For første gang ble et kjemisk grunnstoff oppdaget av svenske kjemikere i jernmalm. Det ble utvunnet ved å varme opp en blanding av malmmateriale med kull. Som et resultat ble en metallkomponent gjenvunnet, som har fått navnet sitt fra det tyske ordet for "manganmalm".
2. Det kjemiske elementet tilhører en rekke overgangselementer og kan danne forbindelser som inneholder atomer i oksidasjonstilstanden 0. Ved oppvarming viser det egenskapen å fortrenge hydrogen, spalte vann.
3. I naturen finnes dette sprø metallet, preget av en sølvfarget farge, bare i forbindelser. Det utvinnes fra malmråvarer, blant hvilke følgende typer er mest vanlige: pyrolusitt, manganitt, psilomelane, brownitt.
4. Metallet finnes i manganknuter som finnes på bunnen av havene. Teknologien for å trekke dem ut fra bunnen er forbundet med bruk av spesialutstyr og er ikke av industriell karakter.
5. Mangan danner lett oksider som følge av oksidasjon i luft. Avhengig av endringen i temperaturgradienten under oppvarming, reagerer den med nitrogen, svovel, silisium. Når hydrogen absorberes, danner mangan faste løsninger.
6. Det er vanskelig å løse opp i vann ved vanlig romtemperatur. I konsentrerte syrer løses det opp ved oppvarming og danner salter.
7. Kjemisk element nr. 25 utmerker seg ved sin aktivitet i prosessen med metallreduksjonsreaksjoner fra oksider. Det fortrenger metaller og danner en forbindelse med oksygen.

Kjemisk elementekstraksjonsteknologi

De viktigste produsentene og leverandørene av metall til verdensmarkedet er Brasil, Australia, Sør-Afrika og Ukraina. Det er i disse landene malmreservene er lokalisert, og utgjør nesten 73 % av verden.

Produksjonen av jernholdig metall i industriell skala begynner med utvinning av malm og anrikning av dem, og er avhengig av metallforbindelser med andre grunnstoffer. For eksempel er konvensjonell karbonatmalm pre-kalsinert. I noen tilfeller utlutes det ved bruk av svovelsyre, etterfulgt av termisk reduksjon med koks. Noen ganger brukes aluminium eller silisium for å gjenopprette metallet.

Kjemiske prosesser for utvinning av mangan.

Rent metall utvinnes ved elektrolyse fra vandige løsninger av mangansulfat.

Bruken av mangan i industriell produksjon

1. Hoveddelen av metallet brukes til behovene til jernmetallurgi som et tilsetningsstoff, og på verdensbasis er forbruket på 4. plass etter de viktigste råvarene: jern, aluminium og kobber. Mangan er et viktig element som finnes i alle typer støpejern og stål. Den unike egenskapen til mangan for å danne legeringer med de fleste metaller brukes til å lage:

• forskjellige kvaliteter av mangan stål;
• manganitter (en legering der det ikke er jern).

Andre metallapplikasjoner

Egenskapene til et kjemisk element og dets forbindelser brukes i industriell produksjon:

• som en katalysator for organiske reaksjoner;
• for dekomponering av uorganiske salter;
• for glassproduksjon;
• når du belegger metalloverflater;
• i den keramiske industrien for farging av glasurer og emaljer
• for adsorpsjon av skadelige stoffer;
• for bleking av naturmaterialer (lin, ull).

Avfall oppnådd som et resultat av bearbeiding av metallråvarer med deltagelse av mangan brukes i landbruket for å berike jorda for avlinger med en verdifull komponent.

Kjemien til dette elementet spiller en viktig rolle i medisin.
Mangansalter brukes til å danne en antiseptisk vandig løsning for å vaske sår og behandle brannskader.

Kjemisk element nr. 25 er nødvendig for normal funksjon av kroppen, regulering av blodsukkernivået, forebygging av diabetes mellitus, og for å sikre normal funksjon av bukspyttkjertelen.

Mangelen på mangan i menneskekroppen kan forårsake sykdom. Menneskets daglige behov for et viktig sporstoff er nesten 10 mg. Kildene for kroppen er mat:

Noen arter av insekter og planter er i stand til å konsentrere dette kjemiske elementet, som sikrer aktivering av enzymer involvert i prosessen med respirasjon og fotosyntese.

Dette grunnstoffet, i form av pyrolusitt (mangandioksid, MnO 2 ), ble brukt av forhistoriske hulekunstnere ved Lascaux-grottene, Frankrike, så tidlig som for 30 000 år siden. I nyere tid i det gamle Egypt brukte glassprodusenter mineraler som inneholder dette metallet for å fjerne den blekgrønnaktige fargen av naturlig glass.

Utmerket malm ble funnet i regionen Magnesia, som ligger i Nord-Hellas, sør for Makedonia, og det var da forvirringen med navnet begynte. Ulike malmer fra regionen som inkluderte både magnesium og mangan ble ganske enkelt referert til som magnesia. På 1600-tallet ble begrepet magnesia alba eller hvit magnesia tatt i bruk for magnesiummineraler, mens navnet svart magnesia ble brukt om de mørkere oksidene av mangan.

De berømte magnetiske mineralene som finnes i denne regionen ble forresten kalt magnesiastein, som til slutt ble dagens magnet. Forvirringen fortsatte en stund til en gruppe svenske kjemikere på slutten av 1700-tallet konkluderte med at mangan var et eget grunnstoff. I 1774 presenterte et medlem av gruppen disse funnene for Stockholm Academy, og samme år ble Johan Gottlieb Hahn den første personen som fikk tak i rent mangan og beviste at det er et eget element.

Mangan - kjemisk element, egenskaper av mangan

Det er et tungt, sølvhvitt metall som sakte mørkner i friluft. Hardere og sprøere enn jern, den har en egenvekt på 7,21 og et smeltepunkt på 1244°C. Kjemisk symbol Mn, atomvekt 54.938, atomnummer 25. I formler leses som mangan, for eksempel KMnO 4 - kaliummangan om fire. Dette er et veldig vanlig grunnstoff i bergarter, mengden er estimert til 0,085% av massen til jordskorpen.

Det er over 300 forskjellige mineraler, som inneholder dette elementet. Store terrestriske forekomster finnes i Australia, Gabon, Sør-Afrika, Brasil og Russland. Men enda flere finnes på havbunnen, for det meste på 4 til 6 kilometers dyp, så gruvedrift der er ikke kommersielt levedyktig.

Oksiderte jernmineraler (hematitt, magnetitt, limonitt og sideritt) inneholder 30 % av dette grunnstoffet. En annen potensiell kilde er leire- og rødslamavsetninger, som inneholder knuter opp til 25 %. Den reneste mangan oppnådd ved elektrolyse av vandige løsninger.

Mangan og klor er i gruppe VII i det periodiske system, men klor er i hovedundergruppen, og mangan er i sidegruppen, som også inkluderer technetium Tc og rhenium Ke - komplette elektroniske analoger. Mangan Mn, technetium Ts og rhenium Ke er komplette elektroniske analoger med konfigurasjon av valenselektroner.

Dette elementet er tilstede i små mengder og i jordbruksjord. I mange legeringer av kobber, aluminium, magnesium, nikkel gir de forskjellige prosentene dem spesifikke fysiske og teknologiske egenskaper:

• Slitestyrke;
• Varme motstand;
• motstand mot korrosjon;
• smelteevne;
• elektrisk motstand osv.

Valens av mangan

Oksydasjonstilstandene til mangan er fra 0 til +7. I den toverdige oksidasjonstilstanden har mangan en utpreget metallisk karakter og en høy tendens til å danne komplekse bindinger. Ved tetravalent oksidasjon råder en mellomkarakter mellom metalliske og ikke-metalliske egenskaper, mens hexavalent og heptavalent har ikke-metalliske egenskaper.

Oksider:

Formel. Farge

Biokjemi og farmakologi

Mangan er et element som er vidt distribuert i naturen, det er tilstede i de fleste vev av planter og dyr. De høyeste konsentrasjonene er funnet:

• i appelsinskall;
• i druer;
• i bær;
• i asparges;
• hos krepsdyr;
• hos gastropoder;
• i doble dører.

En av de viktigste reaksjonene i biologien, fotosyntesen, er helt avhengig av dette elementet. Det er stjernespilleren i reaksjonssenteret til fotosystem II, hvor vannmolekyler omdannes til oksygen. Uten det er fotosyntese umulig..

Det er et essensielt element i alle kjente levende organismer. For eksempel inneholder enzymet som er ansvarlig for å omdanne vannmolekyler til oksygen under fotosyntesen fire manganatomer.

Den gjennomsnittlige menneskekroppen inneholder omtrent 12 milligram av dette metallet. Vi får omtrent 4 milligram hver dag fra matvarer som nøtter, kli, frokostblandinger, te og persille. Dette elementet gjør skjelettets bein mer holdbare. Det er også viktig for opptaket av vitamin B1.

Fordeler og skadelige egenskaper

Dette sporelementet, er av stor biologisk betydning: det fungerer som en katalysator i biosyntesen av porfyriner, og deretter hemoglobin hos dyr og klorofyll i grønne planter. Dens tilstedeværelse er også en nødvendig betingelse for aktiviteten til forskjellige mitokondrielle enzymsystemer, noen lipidmetabolismeenzymer og oksidative fosforyleringsprosesser.

Damp eller drikkevann forurenset med salter av dette metallet fører til irritative endringer i luftveiene, kronisk forgiftning med en progressiv og irreversibel tendens, preget av skade på basalgangliene i sentralnervesystemet, og deretter et brudd på den ekstrapyramidale typen lignende til Parkinsons sykdom.

Slik forgiftning er ofte profesjonell karakter. Det påvirker arbeidere som er ansatt i behandlingen av dette metallet og dets derivater, så vel som arbeidere i den kjemiske og metallurgiske industrien. I medisin brukes det i form av kaliumpermanganat som et snerpende, lokalt antiseptisk middel, og også som en motgift mot alkaloide naturgifter (morfin, kodein, atropin, etc.).

Noen jordarter har lave nivåer av dette elementet, så det tilsettes gjødsel og gis som et kosttilskudd for beitedyr.

Mangan: påføring

Som et rent metall, med unntak av begrenset bruk innen elektroteknikk, har dette elementet ingen andre praktiske anvendelser, samtidig som det er mye brukt til fremstilling av legeringer, stålproduksjon, etc.

Når Henry Bessemer oppfant prosessen med å lage stål i 1856, hans stål ble ødelagt av varmvalsing. Problemet ble løst samme år da det ble oppdaget at tilsetning av små mengder av dette grunnstoffet til smeltet jern løste problemet. I dag brukes faktisk omtrent 90 % av alt mangan til stålproduksjon.

DEFINISJON

Mangan er det tjuefemte elementet i det periodiske system. Betegnelse - Mn fra det latinske "manganum". Ligger i fjerde periode, gruppe VIB. Refererer til metaller. Kjerneladingen er 25.

Mangan tilhører ganske vanlige grunnstoffer, og utgjør 0,1 % (masse) av jordskorpen. Av forbindelsene som inneholder mangan er det vanligste mineralet pyrolusitt, som er mangandioksid MnO 2 . Mineralene hausmanitt Mn 3 O 4 og brownitt Mn 2 O 3 er også av stor betydning.

I form av et enkelt stoff er mangan et sølvhvitt (fig. 1) hardt sprøtt metall. Dens tetthet er 7,44 g / cm 3, smeltepunkt 1245 o C.

Ris. 1. Mangan. Utseende.

Atom- og molekylvekt av mangan

Relativ molekylvekt til et stoff(M r) er et tall som viser hvor mange ganger massen til et gitt molekyl er større enn 1/12 av massen til et karbonatom, og relativ atommasse til et grunnstoff(A r) - hvor mange ganger den gjennomsnittlige massen av atomer til et kjemisk grunnstoff er større enn 1/12 av massen til et karbonatom.

Siden mangan i den frie tilstanden eksisterer i form av monoatomiske Mn-molekyler, faller verdiene til dens atom- og molekylmasser sammen. De er lik 54,9380.

Allotropi og allotropiske modifikasjoner av mangan

Fire krystallinske modifikasjoner av mangan er kjent, som hver er termodynamisk stabil i et visst temperaturområde. Under 707 o C er α-mangan stabil, har en kompleks struktur - enhetscellen inkluderer 58 atomer. Kompleksiteten til strukturen til mangan ved temperaturer under 707 o Med årsak til dens skjørhet.

Isotoper av mangan

Det er kjent at mangan kan forekomme i naturen i form av den eneste stabile isotopen 55 Mn. Massetallet er 55, kjernen til et atom inneholder tjuefem protoner og tretti nøytroner.

Det er kunstige isotoper av mangan med massetall fra 44 til 69, samt syv isomere tilstander av kjerner. Den lengstlevende isotopen blant de ovennevnte er 53 Mn med en halveringstid på 3,74 millioner år.

manganioner

På det ytre energinivået til manganatomet er det syv elektroner som er valens:

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

Som et resultat av kjemisk interaksjon gir mangan fra seg sine valenselektroner, dvs. er deres giver, og blir til et positivt ladet ion:

Mn0-2e → Mn2+;

Mn0-3e → Mn3+;

Mn0-4e → Mn4+;

Mn0-6e → Mn6+;

Mn 0 -7e → Mn 7+.

Molekyl og atom av mangan

I fri tilstand eksisterer mangan i form av monoatomiske Mn-molekyler. Her er noen egenskaper som karakteriserer atomet og molekylet av mangan:

manganlegeringer

Mangan brukes hovedsakelig i produksjon av legert stål. Manganstål som inneholder opptil 15 % Mn har høy hardhet og styrke. Arbeidsdeler til knusemaskiner, kulemøller, jernbaneskinner er laget av det. I tillegg er mangan en bestanddel av magnesiumbaserte legeringer; det øker deres motstand mot korrosjon. En legering av kobber med mangan og nikkel - manganin har en lav temperaturkoeffisient for elektrisk motstand. Mangan finnes i små mengder i mange aluminiumslegeringer.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Trening	Mangan produseres ved reduksjon av mangan (III) oksid med silisium. Teknisk oksid som veide 20 g (massefraksjon av urenheter er lik 5,2%) ble redusert til metall. Beregn massen til det resulterende manganet.
Løsning	Vi skriver ligningen for reduksjon av mangan (III) oksid med silisium til mangan: 2Mn203 + 3Si = 3SiO2 + 4Mn. Beregn massen av mangan(III)oksid uten urenheter: ω ren (Mn 2 O 3) \u003d 100% - ω urenhet; ω ren (Mn 2 O 3) \u003d 100% - 5,2 \u003d 94,8% \u003d 0,984. m ren (Mn 2 O 3) = m urenhet (Mn 2 O 3) × ω ren (Mn 2 O 3) / 100 %; m ren (Mn 2 O 3) \u003d 20 × 0,984 \u003d 19,68 g. La oss bestemme mengden av mangan (III) oksidstoff (molar masse - 158 g / mol): n (Mn 2 O 3) \u003d m (Mn 2 O 3) / M (Mn 2 O 3); n (Mn 2 O 3) \u003d 19,68 / 158 \u003d 0,12 mol. I henhold til reaksjonsligningen n (Mn 2 O 3) : n (Si) \u003d 2: 3, som betyr at n(Si) \u003d 3/2 × n (Mn 2 O 3) \u003d 3/2 × 0,12 \u003d 0,2 mol. Da vil massen av silisium være lik (molar masse - 28 g / mol): m (Si) = n (Si) x M (Si); m(Si) = 0,2 x 28 = 5,6 g.
Svar	Masse silisium 5,6 g

EKSEMPEL 2

Trening	Beregn massen av kaliumpermanganat som kreves for å oksidere 7,9 g kaliumsulfitt i et nøytralt medium.
Løsning	Vi skriver ligningen for oksidasjon av kaliumsulfitt med kaliumpermanganat i et nøytralt medium: 2KMnO 4 + 3K 2 SO 3 + H 2 O \u003d 2MnO 2 + 3K 2 SO 4 + 2KOH. Beregn antall mol kaliumsulfitt (molar masse - 158 g / mol): n (K 2 SO 3) \u003d m (K 2 SO 3) / M (K 2 SO 3); n (K 2 SO 3) \u003d 7,9 / 158 \u003d 0,05 mol. I henhold til reaksjonsligningen n (K 2 SO 3): n (KMnO 4) \u003d 3: 2, som betyr at n (KMnO 4) \u003d 2/3 × n (K 2 SO 3) \u003d 2/3 × 0,05 \u003d 0,03 mol. Massen av kaliumpermanganat som er nødvendig for oksidasjon av kaliumsulfitt i et nøytralt medium er (molar masse - 158g / mol): m (KMnO 4) \u003d n (KMnO 4) × M (KMnO 4); m (KMnO 4) \u003d 0,03 × 158 \u003d 4,74 g.
Svar	Massen av kaliumpermanganat er 4,74 g

Mangan er et kjemisk grunnstoff som ligger i det periodiske systemet til Mendeleev ved atomnummer 25. Dets naboer er krom og jern, som bestemmer likheten mellom de fysiske og kjemiske egenskapene til disse tre metallene. Kjernen inneholder 25 protoner og 30 nøytroner. Elementets atommasse er 54,938.

egenskapene til mangan

Mangan er et overgangsmetall fra d-familien. Dens elektroniske formel er som følger: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 . Hardheten til mangan på Mohs-skalaen er estimert til 4. Metallet er ganske hardt, men samtidig sprøtt. Dens varmeledningsevne er 0,0782 W / cm * K. Elementet er preget av en sølvhvit farge.

Det er fire modifikasjoner av metall kjent for mennesker. Hver av dem er preget av termodynamisk stabilitet under visse temperaturforhold. Så a-mangan har en ganske kompleks struktur og viser sin stabilitet ved temperaturer under 707 0 C, noe som bestemmer dens skjørhet. Denne modifikasjonen av metallet i sin elementære celle inneholder 58 atomer.

Mangan kan ha helt forskjellige oksidasjonstilstander - fra 0 til +7, mens +1 og +5 er ekstremt sjeldne. Når metallet samhandler med luft, passiveres det. Mangan i pulverform brenner i oksygen:

Mn+O2=MnO2

Dersom metallet utsettes for forhøyet temperatur, dvs. oppvarmet, så vil det dekomponere til vann med fortrengning av hydrogen:

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

Det skal bemerkes at manganhydroksid, hvis lag dannes som et resultat av reaksjonen, bremser reaksjonsprosessen.

Hydrogen absorberes av metallet. Jo høyere temperaturen stiger, desto høyere blir dens løselighet i mangan. Hvis temperaturen overskrides med 12000C, reagerer mangan med nitrogen, som et resultat av at det dannes nitritter, som har en annen sammensetning.

Metallet samhandler også med karbon. Resultatet av denne reaksjonen er dannelsen av karbider, så vel som silicider, borider, fosfider.

Metallet er motstandsdyktig mot alkaliske løsninger.

Den er i stand til å danne følgende oksider: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, hvorav den siste ikke er isolert i fri tilstand, samt mangananhydrid Mn 2 O 7. Under normale eksistensforhold er mangananhydrid et flytende oljeaktig stoff av en mørkegrønn farge, som ikke har mye stabilitet. Hvis temperaturen heves til 90 0 C, er anhydridnedbrytningen ledsaget av en eksplosjon. Blant oksidene som viser størst stabilitet, skilles Mn 2 O 3 og MnO 2, samt det kombinerte oksidet Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2, eller salt Mn 2 MnO 4).

Manganoksider:

Under fusjonen av pyrolusitt og alkalier med tilstedeværelse av oksygen, oppstår en reaksjon med dannelsen av manganater:

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

Manganatløsningen er preget av en mørkegrønn farge. Hvis den er surgjort, fortsetter reaksjonen med å tone løsningen i en rød farge. Dette skyldes dannelsen av MnO 4 − anion, hvorfra et bunnfall av manganoksid-hydroksid utfelles, som har en brun farge.

Permangansyre er sterk, men viser ikke spesiell stabilitet, og derfor er dens maksimalt tillatte konsentrasjon ikke mer enn 20%. Syren i seg selv, som dens salter, fungerer som et sterkt oksidasjonsmiddel.

Salter av mangan viser ikke stabilitet. Dens hydroksyder har en karakteristisk grunnkarakter. Manganklorid brytes ned når det utsettes for høye temperaturer. Det er denne ordningen som brukes for å få klor.

Påføring av mangan

Dette metallet er ikke mangelvare - det tilhører vanlige elementer: innholdet i jordskorpen er 0,03% av det totale antallet atomer. Han tilhører tredjeplassen i rangeringen blant tungmetaller, som inkluderer alle elementer i overgangsserien, og hopper foran jern og titan. Tungmetaller er de hvis atomvekt overstiger 40.

Mangan kan finnes i små mengder i enkelte bergarter. I utgangspunktet forekommer lokalisering av oksygenforbindelsene i form av pyrolusittmineral - MnO 2.

Mangan har mange bruksområder. Det er avgjørende for produksjon av mange legeringer og kjemikalier. Uten mangan er eksistensen av levende organismer umulig, da det fungerer som et aktivt sporelement, og er også tilstede i nesten alle levende og planteorganismer. Mangan har en positiv effekt på prosessene med hematopoiesis i levende organismer. Det finnes også i mange matvarer.

Metall er et uunnværlig element i metallurgi. Det er mangan som brukes til å fjerne svovel og oksygen fra stål under produksjonen. Denne prosessen krever store mengder metall. Men det er verdt å si at det ikke tilsettes rent mangan til smelten, men dens legering med jern, kalt ferromangan. Det oppnås i prosessen med reduksjonsreaksjonen av pyrolusitt med kull. Mangan fungerer også som et legeringselement for stål. Takket være tilsetningen av mangan til stål øker deres slitestyrke betydelig, og de blir også mindre utsatt for mekanisk påkjenning. Tilstedeværelsen av mangan i sammensetningen av ikke-jernholdige metaller øker deres styrke og motstand mot korrosjon betydelig.

Metalldioksid har funnet sin anvendelse i oksidasjon av ammoniakk, og det er også en deltaker i organiske reaksjoner og nedbrytningsreaksjoner av uorganiske salter. I dette tilfellet fungerer mangandioksid som en katalysator.

Den keramiske industrien klarer seg heller ikke uten bruk av mangan, hvor MnO 2 brukes som sort og mørkebrunt fargestoff for emaljer og glasurer. Manganoksid er svært spredt. Den har en god adsorberende kapasitet, på grunn av hvilken det blir mulig å fjerne skadelige urenheter fra luften.

Mangan introduseres i bronse og messing. Noen metallforbindelser brukes i fin organisk syntese og industriell organisk syntese. Manganarsenid er preget av en gigantisk magnetokalorisk effekt, som blir mye sterkere når den utsettes for høyt trykk. Mangan tellurid fungerer som et lovende termoelektrisk materiale.

I medisin er det også hensiktsmessig å bruke mangan, eller rettere sagt dets salter. Så, en vandig løsning av kaliumpermanganat brukes som et antiseptisk middel, og de kan også vaske sår, gurgle, smøre sår og brannskader. I noen forgiftninger med alkaloider og cyanider er løsningen til og med indisert for oral administrering.

Viktig: Til tross for det store antallet positive aspekter ved bruken av mangan, kan forbindelsene i noen tilfeller påvirke menneskekroppen negativt og til og med ha en giftig effekt. Dermed er den maksimalt tillatte konsentrasjonen av mangan i luften 0,3 mg/m 3 . Ved uttalt forgiftning med et stoff påvirkes det menneskelige nervesystemet, for hvilket syndromet med manganparkinsonisme er karakteristisk.

Innhenting av mangan

Metall kan fås på flere måter. Blant de mest populære metodene er følgende:

• aluminotermisk. Mangan oppnås fra dets oksid Mn 2 O 3 ved en reduksjonsreaksjon. Oksydet dannes på sin side under pyrolusittkalsinering:

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

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

• gjenopprettende. Mangan oppnås ved å redusere metallet med koks fra manganmalm, noe som resulterer i dannelsen av ferromangan (en legering av mangan og jern). Denne metoden er den vanligste, siden hoveddelen av den totale metallproduksjonen brukes under produksjon av forskjellige legeringer, hvor hovedkomponenten er jern, i forbindelse med dette utvinnes mangan fra malm ikke i ren form, men i en legering med det;
• elektrolyse. Metallet i sin rene form oppnås ved hjelp av denne metoden fra dets salter.

Mineraler av mangan, spesielt pyrolusitt, var kjent i antikken. Pyrolusitt ble ansett som en slags magnetisk jernmalm og ble brukt i glasssmelting – for klaring. Det faktum at et mineral, i motsetning til ekte magnetisk jernmalm, ikke tiltrekkes av en magnet, ble forklart ganske morsomt: det ble antatt at pyrolusitt er et kvinnelig mineral og er likegyldig til en magnet.

På 1700-tallet ble mangan isolert i sin rene form. Og i dag vil vi snakke om det i detalj. Så la oss diskutere om mangan er skadelig, hvor du kan kjøpe det, hvordan du får mangan og om det adlyder GOST.

Mangan tilhører en lignende gruppe 7 gruppe 4 periode. Elementet er felles - det tar 14. plass.

Grunnstoffet tilhører tungmetaller - atommassen er mer enn 40. Det passiveres i luft - det er dekket med en tett oksidfilm som forhindrer videre reaksjon med oksygen. Takket være denne filmen er den inaktiv under normale forhold.

Ved oppvarming reagerer mangan med mange enkle stoffer, syrer og baser, og danner forbindelser med svært forskjellige oksidasjonstilstander: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Metallet tilhører overgangsmetallet, derfor viser det både reduserende og oksiderende egenskaper like lett. Med metaller, for eksempel med, danner faste løsninger uten å reagere.

Denne videoen vil fortelle deg hva mangan er:

Egenskaper og forskjeller fra andre materialer

Mangan er et sølvhvitt metall, tett, hardt - med en uvanlig kompleks struktur. Sistnevnte er årsaken til stoffets skjørhet. Fire modifikasjoner av mangan er kjent. Legeringer med metall gjør det mulig å stabilisere noen av dem og få faste løsninger med svært forskjellige egenskaper.

• Mangan er et av de vitale sporstoffene. Dette gjelder både for planter og dyr. Elementet er involvert i fotosyntese, i respirasjonsprosessen, aktiverer en rekke enzymer, er en uunnværlig deltaker i muskelmetabolisme, og så videre. Den daglige dosen av mangan for mennesker er 2–9 mg. Både en mangel og et overskudd av et element er like farlige.
• Metallet er tyngre og hardere enn jern, men det har ingen praktisk anvendelse i sin rene form på grunn av sin høye sprøhet. Men dens legeringer og forbindelser er av uvanlig stor betydning i den nasjonale økonomien. Det brukes i jernholdig og ikke-jernholdig metallurgi, i produksjon av gjødsel, i elektroteknikk, i fin organisk syntese, og så videre.
• Mangan er ganske forskjellig fra metallene i sin egen undergruppe. Teknetium er et radioaktivt grunnstoff, oppnådd kunstig. Rhenium refererer til spor og sjeldne grunnstoffer. Borium kan også kun fås kunstig og forekommer ikke i naturen. Den kjemiske aktiviteten til både technetium og rhenium er mye lavere enn for mangan. Praktisk anvendelse, bortsett fra kjernefysisk fusjon, finner bare mangan.

Mangan (bilde)

Fordeler og ulemper

De fysiske og kjemiske egenskapene til metallet er slik at de i praksis ikke handler om mangan i seg selv, men med dets mange forbindelser og legeringer, så fordelene og ulempene ved materialet bør vurderes fra dette synspunktet.

• Mangan danner et bredt utvalg av legeringer med nesten alle metaller, noe som er et klart pluss.
• fullstendig gjensidig løselig, det vil si at de danner faste løsninger med et hvilket som helst forhold mellom elementet, homogene egenskaper. I dette tilfellet vil legeringen ha et mye lavere kokepunkt enn mangan.
• Legeringene av elementet med karbon og er av størst praktisk betydning. Begge legeringene er av stor betydning for stålindustrien.
• Tallrike og forskjellige manganforbindelser brukes i kjemisk industri, tekstilindustri, glassindustri, i produksjon av gjødsel og så videre. Grunnlaget for dette mangfoldet er den kjemiske aktiviteten til stoffet.

Ulempene med metallet er forbundet med særegenhetene ved strukturen, som ikke tillater bruk av selve metallet som et strukturelt materiale.

• Den viktigste er sprøhet ved høy hardhet. Mn opp til +707 C krystalliserer i en struktur hvor cellen inkluderer 58 atomer.
• Et ganske høyt kokepunkt, det er vanskelig å jobbe med metall med så høye hastigheter.
• Den elektriske ledningsevnen til mangan er svært lav, så bruken i elektroteknikk er også begrenset.

Vi vil snakke om de kjemiske og fysiske egenskapene til mangan videre.

Egenskaper og egenskaper

De fysiske egenskapene til metallet avhenger markant av temperaturen. Gitt tilstedeværelsen av så mange som 4 modifikasjoner, er dette ikke overraskende.

Hovedegenskapene til stoffet er som følger:

• tetthet - ved normal temperatur er 7,45 g / cu. se Det er denne verdien som svakt avhenger av temperaturen: for eksempel når den varmes opp til 600 C, synker tettheten bare med 7%;
• smeltepunkt - 1244 C;
• kokepunkt - 2095 C;
• termisk ledningsevne ved 25 C er 66,57 W / (m K), som er en lav indikator for et metall;
• spesifikk varmekapasitet - 0,478 kJ / (kg K);
• koeffisienten for lineær ekspansjon, målt ved 20 C, er lik 22,3 10 -6 grader -1 - ; Varmekapasiteten og varmeledningsevnen til et stoff øker lineært med økende temperatur;
• spesifikk elektrisk motstand - 1,5–2,6 μm m, bare litt høyere enn bly.

Mangan er paramagnetisk, det vil si at det magnetiseres i et eksternt magnetfelt og tiltrekkes av en magnet. Metallet går over i den antiferromagnetiske tilstanden ved lave temperaturer, og overgangstemperaturen for hver modifikasjon er forskjellig.

Strukturen og sammensetningen av mangan er beskrevet nedenfor.

Mangan og dets forbindelser er temaet for videoen nedenfor:

Struktur og komposisjon

Fire strukturelle modifikasjoner av stoffet er beskrevet, som hver er stabil i et visst temperaturområde. Fusjon med visse metaller kan stabilisere enhver fase.

• Opp til 707 C a-modifikasjonen er stabil. – kubisk kroppssentrert gitter, hvis enhetscelle inkluderer 58 atomer. En slik struktur er veldig kompleks og forårsaker en høy skjørhet av stoffet. Dens indikatorer - varmekapasitet, termisk ledningsevne, tetthet, er gitt som egenskaper til et stoff.
• Ved 700–1079 C stabil er b-fasen med samme type gitter, men med en enklere struktur: cellen er 20 atomer. I denne fasen viser mangan en viss plastisitet. Tettheten til b-modifikasjonen er 7,26 g / cu. se. Fasen er lett å fikse - ved å bråkjøle stoffet ved en temperatur over faseovergangstemperaturen.
• Ved temperaturer fra 1079 C til 1143 G-fasen er stabil. Det er preget av et kubisk ansiktssentrert gitter med en celle på 4 atomer. Modifikasjon er plastikk. Det er imidlertid ikke mulig å fikse fasen helt ved avkjøling. Ved overgangstemperaturen er metallets tetthet 6,37 g/cu. cm, ved normal - 7, 21 g / cu. cm.
• Over en temperatur på 1143 C og kok opp d-fasen med et kroppssentrert kubisk gitter er stabilisert, cellen som inkluderer 2 atomer. Modifikasjonstettheten er 6,28 g/cu. se. Interessant nok kan d-Mn gå inn i en antiferromagnetisk tilstand ved høy temperatur - 303 C.

Faseoverganger er av stor betydning for å oppnå ulike legeringer, spesielt siden de fysiske egenskapene til strukturelle modifikasjoner er forskjellige.

Manganproduksjon er beskrevet nedenfor.

Produksjon

I utgangspunktet, men det er også uavhengige innskudd. Dermed er opptil 40 % av verdens reserver av manganmalm konsentrert på territoriet til Chiatura-forekomsten.

Elementet er spredt i nesten alle bergarter og vaskes lett ut. Innholdet i sjøvann er lavt, men på bunnen av havene, sammen med jern, danner det konkresjoner, der innholdet av grunnstoffet når 45%. Disse forekomstene anses som lovende for videre utvikling.

Det er få store forekomster av mangan på Russlands territorium, derfor er det for den russiske føderasjonen et akutt lite råstoff.

De mest kjente mineralene er pyrolusitt, magnetitt, brownitt, mangan spar og så videre. Innholdet av elementet i dem varierer fra 62 til 69%. De utvinnes i et steinbrudd eller gruvemetode. Som regel er malmen forvasket.

Å skaffe mangan er direkte relatert til bruken. Dens hovedforbruker er stålindustrien, og for dens behov er det ikke selve metallet som kreves, men dets kombinasjon med jern - ferromangan. Derfor, når vi snakker om produksjon av mangan, betyr de ofte en forbindelse som er nødvendig i jernmetallurgi.

Tidligere ble ferromangan produsert i masovner. Men på grunn av mangel på koks og behovet for å bruke dårlige manganmalmer, gikk produsentene over til smelting i elektriske ovner.

For smelting brukes åpne og lukkede ovner foret med kull - på denne måten oppnås karbonferromangan. Smelting utføres ved en spenning på 110-160 V, ved bruk av to metoder - fluks og fluksfri. Den andre metoden er mer økonomisk, siden den gjør det mulig å ekstrahere elementet mer fullstendig, men med et høyt innhold av silika i malmen er bare fluksmetoden mulig.

• Fluxfri metode- kontinuerlig prosess. Blandingen av manganmalm, koks og jernspon lastes mens den omsmeltes. Det er viktig å sikre at mengden reduksjonsmiddel er tilstrekkelig. Ferromangan og slagg produseres samtidig 5–6 ganger per skift.
• Silikonmangan produsert ved en lignende metode i en elektrisk smelteovn. Ladningen omfatter i tillegg til malm manganslagg - uten fosfor, kvartsitt og koks.
• Metall mangan oppnådd på samme måte som smelting av ferromangan. Råstoffet er avfall fra støping og skjæring av legeringen. Etter smelting av legeringen og blandingen tilsettes silikonmangan, og 30 minutter før slutten av smeltingen blåses det med trykkluft.
• Det oppnås et kjemisk rent stoff elektrolyse.

applikasjon

90 % av verdens manganproduksjon går til stålindustrien. Dessuten kreves det at de fleste metaller ikke får manganlegeringer selv, men for og inkluderer 1 % av grunnstoffet. Dessuten kan den erstatte nikkel fullstendig hvis innholdet økes til 4–16 %. Faktum er at mangan, samt stabiliserer austenittfasen i stål.

Mangan kan redusere overgangstemperaturen av austenitt til ferritt betydelig, noe som forhindrer utfelling av jernkarbid. Dermed får det ferdige produktet større stivhet og styrke.

Manganelementet brukes til å oppnå korrosjonsbestandig - fra 1%. Slikt materiale brukes i næringsmiddelindustrien til fremstilling av en rekke beholdere. Metalllegeringer med - brukes til fremstilling av marine propeller, lagre, gir og andre deler i kontakt med sjøvann.

Dets forbindelser er svært mye brukt i den ikke-metallurgiske industrien - i medisin, landbruk og kjemisk industri.

Mangan er et metall som er interessant ikke så mye i seg selv som i egenskapene til dets mange forbindelser. Det er imidlertid vanskelig å overvurdere betydningen som legeringselement.

Reaksjonen av manganoksid med aluminium er demonstrert i denne videoen: