Phương trình nước mangan. Công thức hóa học cấu trúc mangan

Mangan là một kim loại quý đối với con người.

Các tính chất hóa học của mangan quyết định việc sử dụng rộng rãi nó như một nguyên liệu thô để sản xuất công nghiệp các hợp kim chất lượng cao. Các hợp chất của nguyên tố được sử dụng trong y học và nông nghiệp.

Tính chất vật lý và hóa học của kim loại

Lần đầu tiên, một nguyên tố hóa học được các nhà hóa học Thụy Điển phát hiện trong quặng sắt. Nó được chiết xuất bằng cách nung hỗn hợp quặng nguyên liệu với than. Kết quả là, một thành phần kim loại đã được thu hồi, lấy tên của nó từ tiếng Đức có nghĩa là "quặng mangan".
Nguyên tố hóa học thuộc một số đơn vị chuyển tiếp và có thể tạo thành hợp chất chứa nguyên tử ở trạng thái oxi hóa 0. Khi đun nóng, nó thể hiện tính chất nhường chỗ của hiđro, phân hủy nước.
Trong tự nhiên, kim loại giòn này, có đặc điểm là màu bạc, chỉ có trong các hợp chất. Nó được khai thác từ nguyên liệu quặng, trong đó phổ biến nhất là các loại sau: pyrolusite, manganite, psilomelane, brownite.
Kim loại này được tìm thấy trong các nốt mangan ở đáy đại dương. Công nghệ chiết xuất chúng từ đáy gắn liền với việc sử dụng các thiết bị đặc biệt và không mang tính chất công nghiệp.
Mangan dễ dàng tạo thành oxit do quá trình oxi hóa trong không khí. Tùy thuộc vào sự thay đổi của gradien nhiệt độ trong quá trình đun nóng, nó phản ứng với nitơ, lưu huỳnh, silic. Khi hydro bị hấp thụ, mangan tạo thành các dung dịch rắn.
Nó khó hòa tan trong nước ở nhiệt độ phòng thông thường. Trong axit đặc, nó tan khi đun nóng, tạo thành muối.
Nguyên tố hóa học số 25 được phân biệt bởi hoạt động của nó trong quá trình phản ứng khử kim loại khỏi oxit. Nó thay thế kim loại, tạo thành một hợp chất với oxy.

Công nghệ chiết xuất nguyên tố hóa học

Các nhà sản xuất và cung cấp kim loại chính cho thị trường thế giới là Brazil, Australia, Nam Phi và Ukraine. Chính ở các nước này, trữ lượng quặng chiếm gần 73% thế giới.

Việc sản xuất kim loại đen ở quy mô công nghiệp bắt đầu bằng việc khai thác quặng và làm giàu chúng, và phụ thuộc vào các hợp chất kim loại với các nguyên tố khác. Ví dụ, quặng cacbonat thông thường được nung trước. Trong một số trường hợp, nó được lọc bằng cách sử dụng axit sulfuric, sau đó là quá trình khử nhiệt với than cốc. Đôi khi nhôm hoặc silicon được sử dụng để khôi phục kim loại.

Quy trình hóa học để khai thác mangan.

Kim loại tinh khiết được chiết xuất bằng cách điện phân từ dung dịch nước của mangan sunfat.

Việc sử dụng mangan trong sản xuất công nghiệp

Phần chính của kim loại được sử dụng cho nhu cầu luyện kim đen như một chất phụ gia, và trên quy mô toàn cầu, lượng tiêu thụ của nó đứng thứ 4 sau các nguyên liệu chính: sắt, nhôm và đồng. Mangan là một nguyên tố thiết yếu có trong tất cả các loại gang và thép. Tính chất độc đáo của mangan để tạo hợp kim với hầu hết các kim loại được sử dụng để chế tạo:

các loại thép mangan khác nhau;
Manganites (một hợp kim không có sắt).

Các ứng dụng kim loại khác

Các tính chất của một nguyên tố hóa học và các hợp chất của nó được sử dụng trong sản xuất công nghiệp:

làm chất xúc tác cho các phản ứng hữu cơ;
để phân hủy các muối vô cơ;
để sản xuất thủy tinh;
khi sơn phủ bề mặt kim loại;
trong ngành công nghiệp gốm sứ để tạo màu men và tráng men
để hấp phụ các chất độc hại;
để tẩy trắng các vật liệu tự nhiên (vải lanh, len).

Chất thải thu được từ quá trình xử lý nguyên liệu kim loại với sự tham gia của mangan được sử dụng trong nông nghiệp để làm giàu đất cho cây trồng với một thành phần có giá trị.

Hóa học của nguyên tố này đóng một vai trò quan trọng trong y học.
Muối mangan được sử dụng để tạo thành dung dịch nước sát trùng để rửa vết thương và điều trị bỏng.

Nguyên tố hóa học số 25 cần thiết cho hoạt động bình thường của cơ thể, điều chỉnh lượng đường trong máu, ngăn ngừa bệnh đái tháo đường và đảm bảo hoạt động bình thường của tuyến tụy.

Cơ thể người thiếu mangan có thể gây bệnh. Nhu cầu hàng ngày của con người đối với một nguyên tố vi lượng quan trọng là gần 10 mg. Các nguồn cung cấp cho cơ thể là thức ăn:

Một số loài côn trùng và thực vật có thể tập trung nguyên tố hóa học này, đảm bảo kích hoạt các enzym tham gia vào quá trình hô hấp và quang hợp.

Nguyên tố này, ở dạng pyrolusit (mangan đioxit, MnO 2), đã được sử dụng bởi các nghệ sĩ hang động thời tiền sử tại hang động Lascaux, Pháp, sớm nhất là 30.000 năm trước. Trong thời gian gần đây hơn ở Ai Cập cổ đại, các nhà sản xuất thủy tinh đã sử dụng khoáng chất có chứa kim loại này để loại bỏ màu xanh lục nhạt của thủy tinh tự nhiên.

Quặng tuyệt vờiđược tìm thấy ở vùng Magnesia, phía bắc Hy Lạp, phía nam Macedonia, và đó là khi sự nhầm lẫn với tên gọi bắt đầu. Nhiều loại quặng khác nhau từ khu vực bao gồm cả magiê và mangan được gọi đơn giản là magie. Vào thế kỷ 17, thuật ngữ magnesia alba hoặc magnesia trắng được sử dụng cho các khoáng chất magie, trong khi tên gọi magnesia đen được sử dụng cho các oxit sẫm màu của mangan.

Nhân tiện, các khoáng chất từ tính nổi tiếng được tìm thấy ở vùng này được gọi là đá magie, cuối cùng trở thành nam châm ngày nay. Sự nhầm lẫn tiếp tục kéo dài cho đến khi, vào cuối thế kỷ 18, một nhóm các nhà hóa học Thụy Điển kết luận rằng mangan là một nguyên tố riêng biệt. Năm 1774, một thành viên của nhóm đã trình bày những phát hiện này cho Học viện Stockholm, và cùng năm đó, Johan Gottlieb Hahn, trở thành người đầu tiên có được mangan tinh khiết và đã chứng minh rằng nó là một phần tử riêng biệt.

Mangan - nguyên tố hóa học, đặc điểm của mangan

Nó là một kim loại nặng, màu trắng bạc, từ từ tối dần trong không khí. Cứng hơn và giòn hơn sắt, nó có trọng lượng riêng là 7,21 và điểm nóng chảy là 1244 ° C. Kí hiệu hóa học Mn, khối lượng nguyên tử 54,938, số hiệu nguyên tử 25. Trong công thứcđọc là mangan, ví dụ, KMnO 4 - kali mangan khoảng bốn. Đây là một nguyên tố rất phổ biến trong các loại đá, số lượng của nó ước tính khoảng 0,085% khối lượng của vỏ trái đất.

Có hơn 300 khoáng chất khác nhau, có chứa phần tử này. Các mỏ lớn trên cạn được tìm thấy ở Úc, Gabon, Nam Phi, Brazil và Nga. Nhưng thậm chí còn nhiều hơn được tìm thấy dưới đáy đại dương, hầu hết ở độ sâu từ 4 đến 6 km, vì vậy việc khai thác ở đó không khả thi về mặt thương mại.

Các khoáng chất sắt bị oxy hóa (hematit, magnetit, limonite và siderite) chứa 30% nguyên tố này. Một nguồn tiềm năng khác là đất sét và trầm tích bùn đỏ, chứa các nốt sần lên đến 25%. Mangan tinh khiết nhất thu được bằng cách điện phân dung dịch nước.

Mangan và clo nằm trong nhóm VII của bảng tuần hoàn, nhưng clo nằm trong phân nhóm chính, và mangan nằm trong nhóm phụ, cũng bao gồm tecneti Tc và rheni Ke - các chất tương tự điện tử hoàn chỉnh. Mangan Mn, tecnetium Ts và Ernium Ke là các chất tương tự điện tử hoàn chỉnh với cấu hình của các electron hóa trị.

Yếu tố này hiện diện với số lượng nhỏ và trong đất nông nghiệp. Trong nhiều hợp kim của đồng, nhôm, magiê, niken, các tỷ lệ phần trăm khác nhau của nó mang lại cho chúng các tính chất vật lý và công nghệ cụ thể:

hao mòn điện trở;
khả năng chịu nhiệt;
Chống ăn mòn;
khả năng nóng chảy;
điện trở, v.v.

Giá trị của mangan

Các trạng thái oxy hóa của mangan là từ 0 đến +7. Ở trạng thái oxy hóa hóa trị hai, mangan có đặc tính kim loại rõ rệt và xu hướng tạo liên kết phức tạp cao. Trong quá trình oxy hóa hóa trị bốn, tính chất trung gian giữa các tính chất kim loại và phi kim loại chiếm ưu thế, trong khi chất hóa trị sáu và heptavalent có tính chất phi kim loại.

Ôxít:

Công thức. Màu sắc

Hóa sinh và dược lý

Mangan là một nguyên tố phân bố rộng rãi trong tự nhiên, nó có mặt trong hầu hết các mô của động thực vật. Nồng độ cao nhất được tìm thấy:

trong vỏ cam;
trong nho;
trong quả mọng;
trong măng tây;
ở động vật giáp xác;
ở động vật chân bụng;
trong cửa đôi.

Một trong những phản ứng quan trọng nhất trong sinh học, quang hợp, hoàn toàn phụ thuộc vào nguyên tố này. Nó là đầu phát sao ở trung tâm phản ứng của hệ thống quang II, nơi các phân tử nước được chuyển hóa thành oxy. Không có nó, quang hợp là không thể..

Nó là một yếu tố cần thiết trong tất cả các sinh vật sống được biết đến. Ví dụ, enzyme chịu trách nhiệm chuyển đổi các phân tử nước thành oxy trong quá trình quang hợp chứa bốn nguyên tử mangan.

Cơ thể con người trung bình chứa khoảng 12 miligam kim loại này. Chúng ta nhận được khoảng 4 miligam mỗi ngày từ các loại thực phẩm như các loại hạt, cám, ngũ cốc, trà và mùi tây. Yếu tố này giúp cho xương của khung xương bền hơn. Nó cũng quan trọng đối với sự hấp thụ vitamin B1.

Lợi ích và đặc tính có hại

Nguyên tố vi lượng này, có tầm quan trọng sinh học lớn: nó hoạt động như một chất xúc tác trong quá trình sinh tổng hợp porphyrin, sau đó là hemoglobin ở động vật và chất diệp lục trong cây xanh. Sự hiện diện của nó cũng là điều kiện cần thiết cho hoạt động của các hệ thống enzym ti thể khác nhau, một số enzym chuyển hóa lipid và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Hơi hoặc nước uống bị nhiễm muối của kim loại này dẫn đến những thay đổi kích thích ở đường hô hấp, nhiễm độc mãn tính với xu hướng tiến triển và không thể phục hồi, được đặc trưng bởi tổn thương hạch nền của hệ thần kinh trung ương, và sau đó vi phạm kiểu ngoại tháp tương tự. bệnh Parkinson.

Ngộ độc như vậy thường nhân vật chuyên nghiệp. Nó ảnh hưởng đến công nhân làm việc trong quá trình xử lý kim loại này và các dẫn xuất của nó, cũng như công nhân trong các ngành công nghiệp hóa chất và luyện kim. Trong y học, nó được sử dụng dưới dạng thuốc tím như một chất làm se, sát trùng cục bộ, và cũng như một thuốc giải độc cho các chất độc có bản chất alkaloid (morphin, codein, atropin, v.v.).

Một số loại đất có hàm lượng nguyên tố này thấp, vì vậy nó được thêm vào phân bón và được dùng làm thức ăn bổ sung cho động vật ăn cỏ.

Mangan: ứng dụng

Là một kim loại nguyên chất, ngoại trừ việc sử dụng hạn chế trong lĩnh vực kỹ thuật điện, nguyên tố này không có ứng dụng thực tế nào khác, đồng thời nó được sử dụng rộng rãi để điều chế hợp kim, sản xuất thép, v.v.

Khi Henry Bessemer phát minh ra quy trình luyện thép vào năm 1856, thép của ông đã bị phá hủy bằng cách cán nóng. Vấn đề đã được giải quyết trong cùng năm khi người ta phát hiện ra rằng việc thêm một lượng nhỏ nguyên tố này vào sắt nóng chảy đã giải quyết được vấn đề. Ngày nay, trên thực tế, khoảng 90% tổng lượng mangan được sử dụng để sản xuất thép.

ĐỊNH NGHĨA

Mangan là phần tử thứ hai mươi lăm của Bảng tuần hoàn. Tên gọi - Mn từ tiếng Latinh "manganum". Nằm ở thời kỳ thứ tư, tập đoàn VIB. Đề cập đến kim loại. Điện tích lõi là 25.

Mangan thuộc về các nguyên tố khá phổ biến, chiếm 0,1% (khối lượng) của vỏ trái đất. Trong các hợp chất có chứa mangan, khoáng chất phổ biến nhất là pyrolusit, là mangan đioxit MnO 2. Các khoáng chất hausmanite Mn 3 O 4 và nâunit Mn 2 O 3 cũng rất quan trọng.

Ở dạng một chất đơn giản, mangan là một kim loại cứng, giòn màu trắng bạc (Hình 1). Khối lượng riêng của nó là 7,44 g / cm 3, điểm nóng chảy 1245 o C.

Cơm. 1. Mangan. Vẻ bề ngoài.

Nguyên tử và trọng lượng phân tử của mangan

Khối lượng phân tử tương đối của một chất(M r) là một số cho biết khối lượng của một phân tử nhất định lớn hơn 1/12 khối lượng của một nguyên tử cacbon bao nhiêu lần, và khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố(A r) - khối lượng trung bình của nguyên tử của một nguyên tố hóa học lớn hơn 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon bao nhiêu lần.

Vì ở trạng thái tự do mangan tồn tại ở dạng phân tử Mn đơn nguyên nên giá trị nguyên tử và khối lượng phân tử của nó trùng nhau. Chúng bằng 54,9380.

Các biến đổi dị hướng và dị hướng của mangan

Bốn biến đổi tinh thể của mangan đã được biết đến, mỗi biến đổi đều ổn định về mặt nhiệt động lực học trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Dưới 707 o C, α-mangan ổn định, có cấu trúc phức tạp - ô đơn vị của nó bao gồm 58 nguyên tử. Sự phức tạp trong cấu trúc của mangan ở nhiệt độ dưới 707 o Với nguyên nhân là tính dễ vỡ của nó.

Đồng vị của mangan

Người ta biết rằng mangan có thể xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng đồng vị bền duy nhất 55 Mn. Số khối là 55, hạt nhân của một nguyên tử chứa hai mươi lăm proton và ba mươi nơtron.

Có những đồng vị nhân tạo của mangan với số khối từ 44 đến 69, cũng như bảy trạng thái đồng phân của hạt nhân. Đồng vị tồn tại lâu nhất trong số các đồng vị trên là 53 Mn với chu kỳ bán rã 3,74 triệu năm.

ion mangan

Ở mức năng lượng ngoài cùng của nguyên tử mangan, có bảy electron hóa trị:

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

Kết quả của tương tác hóa học, mangan từ bỏ các điện tử hóa trị của nó, tức là là nhà tài trợ của chúng, và biến thành một ion tích điện dương:

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+.

Phân tử và nguyên tử mangan

Ở trạng thái tự do, mangan tồn tại dưới dạng phân tử Mn đơn hình. Dưới đây là một số tính chất đặc trưng cho nguyên tử và phân tử của mangan:

hợp kim mangan

Mangan chủ yếu được sử dụng trong sản xuất thép hợp kim. Thép mangan chứa tới 15% Mn có độ cứng và độ bền cao. Các bộ phận làm việc của máy nghiền, máy nghiền bi, đường ray xe lửa được làm từ nó. Ngoài ra, mangan là một thành phần của hợp kim dựa trên magiê; nó làm tăng khả năng chống ăn mòn của chúng. Là hợp kim của đồng với mangan và niken - manganin có hệ số nhiệt độ điện trở thấp. Mangan được tìm thấy với một lượng nhỏ trong nhiều hợp kim nhôm.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Tập thể dục

Mangan được tạo ra bằng cách khử mangan (III) oxit với silic. Oxit kỹ thuật nặng 20 g (phần khối lượng của tạp chất bằng 5,2%) bị khử thành kim loại. Tính khối lượng của mangan tạo thành.

Dung dịch

Chúng tôi viết phương trình khử mangan (III) oxit với silic thành mangan:

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

Tính khối lượng mangan (III) oxit không lẫn tạp chất:

ω tinh khiết (Mn 2 O 3) \ u003d 100% - ω tạp chất;

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

m tinh khiết (Mn 2 O 3) = m tạp chất (Mn 2 O 3) × ω tinh khiết (Mn 2 O 3) / 100%;

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

Hãy xác định khối lượng chất mangan (III) oxit (khối lượng mol - 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.

Theo phương trình phản ứng n (Mn 2 O 3): n (Si) \ u003d 2: 3, có nghĩa là

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

Khi đó khối lượng của silic sẽ bằng (khối lượng mol - 28 g / mol):

m (Si) = n (Si) × M (Si);

m (Si) = 0,2 × 28 = 5,6 g.

Câu trả lời

Khối lượng silicon 5,6 g

VÍ DỤ 2

Tập thể dục

Tính khối lượng kali pemanganat cần dùng để oxi hóa 7,9 g kali sunfit trong môi trường trung tính.

Dung dịch

Chúng ta viết phương trình oxi hóa kali sunfit bằng kali pemanganat trong môi trường trung tính:

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

Tính số mol kali sunfit (khối lượng mol - 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.

Theo phương trình phản ứng n (K 2 SO 3): n (KMnO 4) \ u003d 3: 2, có nghĩa là

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

Khối lượng kali pemanganat cần thiết để oxi hóa kali sunfit trong môi trường trung tính là (khối lượng mol - 158g / mol):

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

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

Câu trả lời

Khối lượng của thuốc tím là 4,74 g

Mangan là một nguyên tố hóa học nằm trong hệ thống tuần hoàn của Mendeleev ở số nguyên tử 25. Hàng xóm của nó là crom và sắt, quyết định sự giống nhau về tính chất vật lý và hóa học của ba kim loại này. Hạt nhân của nó chứa 25 proton và 30 neutron. Nguyên tử khối của nguyên tố là 54,938.

tính chất của mangan

Mangan là một kim loại chuyển tiếp từ họ d. Công thức điện tử của nó như sau: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Độ cứng của mangan trên thang Mohs được ước tính là 4. Kim loại này khá cứng, nhưng đồng thời cũng giòn. Độ dẫn nhiệt của nó là 0,0782 W / cm * K. Nguyên tố được đặc trưng bởi màu trắng bạc.

Con người đã biết đến bốn cách điều chỉnh kim loại. Mỗi loại trong số chúng được đặc trưng bởi sự ổn định nhiệt động lực học trong các điều kiện nhiệt độ nhất định. Vì vậy, a-mangan có cấu trúc khá phức tạp và cho thấy tính ổn định của nó ở nhiệt độ dưới 707 0 C, điều này quyết định tính dễ vỡ của nó. Sự biến đổi này của kim loại trong ô cơ bản của nó chứa 58 nguyên tử.

Mangan có thể có các trạng thái oxy hóa hoàn toàn khác nhau - từ 0 đến +7, trong khi +1 và +5 là cực kỳ hiếm. Khi kim loại tương tác với không khí, nó bị thụ động hóa. Mangan dạng bột cháy trong oxy:

Mn + O2 = MnO2

Nếu kim loại tiếp xúc với nhiệt độ cao, tức là đun nóng, sau đó nó sẽ phân hủy thành nước với sự dịch chuyển của hydro:

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

Cần lưu ý rằng mangan hydroxit, lớp được hình thành từ kết quả của phản ứng, làm chậm quá trình phản ứng.

Hiđro bị kim loại hấp thụ. Nhiệt độ tăng càng cao, khả năng hòa tan của nó trong mangan càng cao. Nếu nhiệt độ vượt quá 12000C, thì mangan phản ứng với nitơ, kết quả là nitrit được hình thành, có thành phần khác.

Kim loại cũng tương tác với cacbon. Kết quả của phản ứng này là sự hình thành các cacbua, cũng như các silicua, borid, photphua.

Kim loại bền với dung dịch kiềm.

Nó có thể tạo thành các oxit sau: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, oxit cuối cùng chưa được phân lập ở trạng thái tự do, cũng như anhydrit mangan Mn 2 O 7. Trong điều kiện tồn tại bình thường, mangan anhydrit là một chất dầu lỏng có màu xanh đậm, không có nhiều tính ổn định. Nếu tăng nhiệt độ lên 90 0 C, thì sự phân hủy anhydrit kèm theo một vụ nổ. Trong số các oxit thể hiện tính ổn định lớn nhất, Mn 2 O 3 và MnO 2 được phân biệt, cũng như oxit kết hợp Mn 3 O 4 (2MnO · MnO 2, hoặc muối Mn 2 MnO 4).

Ôxít mangan:

Trong quá trình tổng hợp pyrolusit và kiềm với sự có mặt của oxy, một phản ứng xảy ra với sự hình thành các manganat:

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

Dung dịch manganate có đặc điểm là có màu xanh đậm. Nếu nó được axit hóa, thì phản ứng xảy ra làm cho dung dịch có màu đỏ thẫm. Đó là do sự hình thành anion MnO 4, từ đó tạo ra kết tủa mangan oxit-hydroxit, có màu nâu.

Axit permanganic rất mạnh, nhưng không có tính ổn định đặc biệt, và do đó, nồng độ tối đa cho phép của nó là không quá 20%. Bản thân axit, giống như muối của nó, hoạt động như một chất oxy hóa mạnh.

Các muối mangan không cho thấy sự ổn định. Các hydroxit của nó có tính chất cơ bản đặc trưng. Mangan clorua bị phân hủy khi gặp nhiệt độ cao. Đó là kế hoạch này được sử dụng để thu được clo.

Ứng dụng của mangan

Kim loại này không thiếu - nó thuộc về các nguyên tố phổ biến: hàm lượng của nó trong vỏ trái đất là 0,03% tổng số nguyên tử. Ông thuộc về vị trí thứ ba trong bảng xếp hạng các kim loại nặng, bao gồm tất cả các nguyên tố của chuỗi chuyển tiếp, bỏ qua sắt và titan. Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng nguyên tử vượt quá 40.

Mangan có thể được tìm thấy với một lượng nhỏ trong một số loại đá. Về cơ bản, bản địa hóa các hợp chất oxy của nó ở dạng khoáng pyrolusit - MnO 2 xảy ra.

Mangan có nhiều công dụng. Nó rất cần thiết cho việc sản xuất nhiều hợp kim và hóa chất. Nếu không có mangan, sự tồn tại của các sinh vật sống là không thể, vì nó hoạt động như một nguyên tố vi lượng tích cực, và cũng có mặt trong hầu hết các sinh vật sống và thực vật. Mangan có ảnh hưởng tích cực đến quá trình tạo máu trong cơ thể sống. Nó cũng được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm.

Kim loại là nguyên tố không thể thiếu trong luyện kim. Nó là mangan được sử dụng để loại bỏ lưu huỳnh và oxy từ thép trong quá trình sản xuất. Quá trình này đòi hỏi khối lượng lớn kim loại. Nhưng điều đáng nói là không phải mangan nguyên chất được thêm vào nấu chảy, mà là hợp kim của nó với sắt, được gọi là ferromangan. Nó thu được trong quá trình phản ứng khử pyrolusit bằng than đá. Mangan cũng hoạt động như một nguyên tố tạo hợp kim cho thép. Nhờ việc bổ sung mangan vào thép, khả năng chống mài mòn của chúng tăng lên đáng kể và chúng cũng trở nên ít bị ứng suất cơ học hơn. Sự hiện diện của mangan trong thành phần của kim loại màu làm tăng đáng kể độ bền và khả năng chống ăn mòn của chúng.

Kim loại đioxit đã được tìm thấy ứng dụng của nó trong quá trình oxy hóa amoniac, đồng thời nó cũng là chất tham gia vào các phản ứng hữu cơ và phản ứng phân hủy muối vô cơ. Trong trường hợp này, mangan đioxit hoạt động như một chất xúc tác.

Ngành công nghiệp gốm sứ cũng không thể không sử dụng mangan, trong đó MnO 2 được sử dụng làm thuốc nhuộm màu đen và nâu sẫm cho men và tráng men. Mangan oxit có tính phân tán cao. Nó có khả năng hấp thụ tốt, do đó nó có thể loại bỏ các tạp chất có hại ra khỏi không khí.

Mangan được đưa vào đồ đồng và đồng thau. Một số hợp chất kim loại được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ tốt và tổng hợp hữu cơ công nghiệp. Mangan arsenide được đặc trưng bởi một hiệu ứng từ tính khổng lồ, trở nên mạnh hơn nhiều khi chịu áp suất cao. Mangan Telluride hoạt động như một vật liệu nhiệt điện đầy hứa hẹn.

Trong y học, việc sử dụng mangan, hay đúng hơn là muối của nó cũng rất thích hợp. Vì vậy, dung dịch nước của thuốc tím được sử dụng như một chất khử trùng, và chúng cũng có thể rửa vết thương, súc miệng, bôi trơn vết loét và vết bỏng. Trong một số trường hợp ngộ độc với alkaloid và xyanua, dung dịch của nó thậm chí còn được chỉ định để uống.

Quan trọng: Mặc dù có rất nhiều mặt tích cực của việc sử dụng mangan, nhưng trong một số trường hợp, các hợp chất của nó có thể ảnh hưởng xấu đến cơ thể con người và thậm chí có tác dụng độc hại. Như vậy, nồng độ tối đa cho phép của mangan trong không khí là 0,3 mg / m 3. Trong trường hợp ngộ độc rõ ràng với một chất, hệ thống thần kinh của con người bị ảnh hưởng, mà hội chứng parkinson mangan là đặc trưng.

Thu nhận mangan

Có thể thu được kim loại bằng một số cách. Trong số các phương pháp phổ biến nhất là:

chất quang điện. Mangan thu được từ oxit Mn 2 O 3 của nó bằng phản ứng khử. Đến lượt mình, oxit được tạo thành trong quá trình nung pyrolusit:

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

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

phục hồi. Mangan thu được bằng cách khử kim loại với than cốc từ quặng mangan, dẫn đến sự hình thành ferromangan (hợp kim của mangan và sắt). Phương pháp này là phổ biến nhất, vì phần lớn tổng sản lượng kim loại được sử dụng trong quá trình sản xuất các hợp kim khác nhau, thành phần chính của nó là sắt, liên quan đến phương pháp này, mangan được chiết xuất từ quặng không phải ở dạng tinh khiết, nhưng ở dạng hợp kim với nó;
sự điện phân. Kim loại ở dạng tinh khiết thu được bằng phương pháp này từ các muối của nó.

Khoáng chất mangan, đặc biệt là pyrolusit, đã được biết đến từ thời cổ đại. Pyrolusite được coi là một loại quặng sắt từ tính và được sử dụng trong nấu chảy thủy tinh - để làm trong. Thực tế là một khoáng chất, không giống như quặng sắt từ tính thực, không bị nam châm hút được giải thích khá thú vị: người ta tin rằng pyrolusite là một khoáng chất nữ và không quan tâm đến nam châm.

Vào thế kỷ 18, mangan được phân lập ở dạng tinh khiết. Và hôm nay chúng ta sẽ nói chi tiết về nó. Vì vậy, chúng ta hãy thảo luận xem mangan có hại hay không, bạn có thể mua nó ở đâu, cách lấy mangan và liệu nó có tuân theo GOST hay không.

Mangan thuộc nhóm 7 nhóm 4 tương tự thời kỳ. Yếu tố phổ biến - nó chiếm vị trí thứ 14.

Nguyên tố thuộc về kim loại nặng - khối lượng nguyên tử hơn 40. Nó bị thụ động hóa trong không khí - nó được bao phủ bởi một lớp màng oxit dày đặc để ngăn cản phản ứng tiếp tục với oxi. Nhờ màng này, nó không hoạt động trong điều kiện bình thường.

Khi đun nóng, mangan phản ứng với nhiều chất đơn giản, axit và bazơ, tạo thành các hợp chất có các trạng thái oxi hóa rất khác nhau: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Kim loại thuộc loại kim loại chuyển tiếp nên vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hóa dễ dàng như nhau. Với kim loại, ví dụ, với, tạo thành dung dịch rắn mà không phản ứng.

Video này sẽ cho bạn biết mangan là gì:

Tính năng và sự khác biệt so với các vật liệu khác

Mangan là một kim loại màu trắng bạc, đặc, cứng - có cấu trúc phức tạp bất thường. Sau đó là nguyên nhân gây ra sự dễ vỡ của chất. Bốn biến đổi của mangan đã được biết đến. Hợp kim với kim loại làm cho nó có thể ổn định bất kỳ trong số chúng và thu được các dung dịch rắn với các đặc tính rất khác nhau.

Mangan là một trong những nguyên tố vi lượng quan trọng. Điều này áp dụng như nhau đối với thực vật và động vật. Nguyên tố tham gia vào quá trình quang hợp, trong quá trình hô hấp, hoạt hóa một số loại enzim, là thành phần không thể thiếu trong quá trình trao đổi chất của cơ, v.v. Liều mangan hàng ngày cho người là 2-9 mg. Sự thiếu hụt và thừa một nguyên tố đều nguy hiểm như nhau.
Kim loại nặng hơn và cứng hơn sắt, nhưng nó không có ứng dụng thực tế ở dạng nguyên chất do độ giòn cao. Nhưng các hợp kim và hợp chất của nó có tầm quan trọng lớn bất thường trong nền kinh tế quốc dân. Nó được sử dụng trong luyện kim đen và kim loại màu, sản xuất phân bón, kỹ thuật điện, tổng hợp hữu cơ tốt, v.v.
Mangan khá khác biệt so với các kim loại trong phân nhóm của chính nó. Techneti là một nguyên tố phóng xạ, được thu nhận một cách nhân tạo. Rhenium đề cập đến các nguyên tố vi lượng và hiếm. Borium cũng chỉ có thể thu được một cách nhân tạo và không xảy ra trong tự nhiên. Hoạt tính hóa học của cả tecneti và heteni đều thấp hơn nhiều so với hoạt tính của mangan. Ứng dụng thực tế, ngoại trừ phản ứng tổng hợp hạt nhân, chỉ tìm thấy mangan.

Mangan (ảnh)

Ưu và nhược điểm

Các tính chất vật lý và hóa học của kim loại là do trong thực tế, chúng không xử lý với bản thân mangan, mà với nhiều hợp chất và hợp kim của nó, vì vậy các ưu điểm và nhược điểm của vật liệu cần được xem xét theo quan điểm này.

Mangan tạo thành nhiều loại hợp kim với hầu hết tất cả các kim loại, đó là một điểm cộng nhất định.
tan hoàn toàn lẫn nhau, tức là chúng tạo thành dung dịch rắn với tỉ lệ bất kỳ về thành phần, đồng nhất về tính chất. Trong trường hợp này, hợp kim sẽ có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiều so với mangan.
Các hợp kim của nguyên tố với cacbon và có tầm quan trọng thực tế lớn nhất. Cả hai hợp kim đều có tầm quan trọng lớn đối với ngành công nghiệp thép.
Nhiều hợp chất mangan đa dạng và đa dạng được sử dụng trong công nghiệp hóa chất, dệt may, thủy tinh, sản xuất phân bón, v.v. Cơ sở của sự đa dạng này là hoạt động hóa học của chất.

Những nhược điểm của kim loại có liên quan đến tính đặc thù của cấu trúc của nó, không cho phép sử dụng chính kim loại làm vật liệu kết cấu.

Điều chính là độ giòn ở độ cứng cao. Mn lên đến +707 C kết tinh trong một cấu trúc mà tế bào bao gồm 58 nguyên tử.
Có nhiệt độ sôi khá cao, khó có thể tác dụng với kim loại có tốc độ cao như vậy.
Tính dẫn điện của mangan rất thấp nên việc sử dụng nó trong kỹ thuật điện cũng bị hạn chế.

Chúng ta sẽ nói thêm về các tính chất hóa học và vật lý của mangan.

Thuộc tính và đặc điểm

Các đặc tính vật lý của kim loại phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ. Với sự hiện diện của 4 sửa đổi, điều này không có gì đáng ngạc nhiên.

Các đặc điểm chính của chất này như sau:

mật độ - ở nhiệt độ bình thường là 7,45 g / cu. xem Giá trị này phụ thuộc yếu vào nhiệt độ: ví dụ, khi nung nóng đến 600 C, khối lượng riêng chỉ giảm 7%;
điểm nóng chảy - 1244 C;
điểm sôi - 2095 C;
độ dẫn nhiệt ở 25 C là 66,57 W / (m K), là một chỉ số thấp đối với một kim loại;
nhiệt dung riêng - 0,478 kJ / (kg K);
hệ số giãn nở tuyến tính, đo ở 20 C, bằng 22,3 10 -6 độ -1 -; Nhiệt dung và khả năng dẫn nhiệt của một chất tăng tuyến tính khi nhiệt độ tăng;
điện trở cụ thể - 1,5–2,6 μm m, chỉ cao hơn một chút so với điện trở của chì.

Mangan là chất thuận từ, tức là nó bị nhiễm từ trong từ trường bên ngoài và bị nam châm hút. Kim loại chuyển sang trạng thái phản sắt từ ở nhiệt độ thấp, và nhiệt độ chuyển tiếp cho mỗi biến đổi là khác nhau.

Cấu trúc và thành phần của mangan được mô tả dưới đây.

Mangan và các hợp chất của nó là chủ đề của video dưới đây:

Cấu trúc và thành phần

Bốn biến đổi cấu trúc của chất được mô tả, mỗi biến đổi đều ổn định trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Nhiệt hạch với một số kim loại nhất định có thể ổn định bất kỳ pha nào.

Lên đến 707 C a-sửa đổi là ổn định. - mạng tinh thể lập phương tâm khối, ô đơn vị trong đó bao gồm 58 nguyên tử. Cấu trúc như vậy rất phức tạp và gây ra tính dễ vỡ cao. Các chỉ số của nó - nhiệt dung, độ dẫn nhiệt, tỷ trọng, được đưa ra dưới dạng các đặc tính của một chất.
Ở 700–1079 Cổn định là pha b có cùng kiểu mạng tinh thể, nhưng có cấu trúc đơn giản hơn: ô là 20 nguyên tử. Trong giai đoạn này, mangan thể hiện một độ dẻo nhất định. Mật độ của biến đổi b là 7,26 g / cu. Xem. Pha rất dễ sửa - bằng cách dập tắt chất ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển pha.
Ở nhiệt độ từ 1079 C đến 1143 Giai đoạn g ổn định. Nó được đặc trưng bởi một mạng tinh thể lập phương tâm diện với một ô gồm 4 nguyên tử. Sửa đổi là nhựa. Tuy nhiên, không thể sửa pha hoàn toàn khi nguội. Ở nhiệt độ chuyển tiếp, khối lượng riêng của kim loại là 6,37 g / cu. cm, ở mức bình thường - 7, 21 g / cu. cm.
Trên nhiệt độ 1143 C và sôi pha d có mạng tinh thể lập phương tâm khối được ổn định, ô trong đó có 2 nguyên tử. Mật độ sửa đổi là 6,28 g / cu. Điều thú vị là d-Mn có thể chuyển sang trạng thái phản sắt từ ở nhiệt độ cao - 303 C.

Sự chuyển pha có tầm quan trọng lớn trong việc thu được các hợp kim khác nhau, đặc biệt là vì các đặc tính vật lý của các biến đổi cấu trúc là khác nhau.

Sản xuất mangan được mô tả dưới đây.

Sản xuất

Về cơ bản, nhưng cũng có các khoản tiền gửi độc lập. Do đó, có tới 40% trữ lượng quặng mangan trên thế giới tập trung trên lãnh thổ của mỏ Chiatura.

Phần tử này phân tán trong hầu hết các loại đá và dễ dàng bị rửa trôi. Hàm lượng của nó trong nước biển thấp, nhưng ở đáy đại dương, cùng với sắt, nó tạo thành bê tông, trong đó hàm lượng của nguyên tố này lên tới 45%. Các khoản tiền gửi này được coi là có triển vọng phát triển hơn nữa.

Có rất ít mỏ mangan lớn trên lãnh thổ Nga, do đó, đối với Liên bang Nga, đây là một nguyên liệu thô khan hiếm.

Các khoáng chất nổi tiếng nhất là pyrolusite, magnetit, brownite, mangan spar, v.v. Hàm lượng nguyên tố trong chúng thay đổi từ 62 đến 69%. Chúng được khai thác theo phương pháp mỏ hoặc mỏ. Theo quy định, quặng được rửa trước.

Việc thu được mangan liên quan trực tiếp đến việc sử dụng nó. Người tiêu dùng chính của nó là ngành công nghiệp thép, và nhu cầu của nó không phải là kim loại được yêu cầu, mà là sự kết hợp của nó với sắt - ferromangan. Vì vậy, nói về sản xuất mangan, chúng thường có nghĩa là một hợp chất cần thiết trong luyện kim màu.

Trước đây, ferromangan được sản xuất trong lò cao. Nhưng do thiếu than cốc và nhu cầu sử dụng quặng mangan kém, các nhà sản xuất chuyển sang nấu chảy trong lò điện.

Để nấu chảy, sử dụng các lò hở và lò kín có lót than - bằng cách này thu được cacbon ferromangan. Quá trình nóng chảy được thực hiện ở điện áp 110-160 V, sử dụng hai phương pháp - có từ thông và không có từ thông. Phương pháp thứ hai kinh tế hơn, vì nó cho phép tách nguyên tố một cách đầy đủ hơn, tuy nhiên, với hàm lượng silica cao trong quặng thì chỉ có thể thực hiện được phương pháp trợ dung.

Phương pháp không chứa Flux- quá trình liên tục. Hỗn hợp quặng mangan, than cốc và phoi sắt được nạp khi nó được nấu chảy lại. Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng lượng chất khử là đủ. Ferromangan và xỉ được sản xuất đồng thời 5–6 lần mỗi ca.
Silicomanganđược sản xuất bằng phương pháp tương tự trong lò nung chảy bằng điện. Ngoài quặng, còn có xỉ mangan - không chứa phốt pho, thạch anh và than cốc.
Mangan kim loại thu được tương tự như nấu chảy ferromangan. Nguyên liệu thô là chất thải từ quá trình đúc và cắt hợp kim. Sau khi nấu chảy hợp kim và hỗn hợp, silicomangan được thêm vào, và 30 phút trước khi kết thúc quá trình nấu chảy, nó được thổi bằng không khí nén.
Người ta thu được một chất tinh khiết về mặt hoá học là điện phân.

Đăng kí

90% sản lượng mangan của thế giới được dùng cho ngành công nghiệp thép. Hơn nữa, hầu hết các kim loại được yêu cầu không phải tự tạo ra hợp kim mangan, mà là và bao gồm 1% nguyên tố. Hơn nữa, nó có thể thay thế hoàn toàn niken nếu hàm lượng của nó được tăng lên 4–16%. Thực tế là mangan, cũng như ổn định giai đoạn austenit trong thép.

Mangan có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ chuyển đổi của austenit thành ferit, điều này ngăn cản sự kết tủa của cacbua sắt. Do đó, thành phẩm có được độ cứng và sức mạnh lớn hơn.

Nguyên tố mangan được sử dụng để chống ăn mòn - từ 1%. Vật liệu này được sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm để sản xuất nhiều loại hộp đựng. Hợp kim kim loại với - được sử dụng trong sản xuất chân vịt, ổ trục, bánh răng và các bộ phận khác tiếp xúc với nước biển.

Các hợp chất của nó được sử dụng rất rộng rãi trong ngành công nghiệp phi luyện kim - trong y học, nông nghiệp và các ngành công nghiệp hóa chất.

Mangan là một kim loại không quá thú vị về tính chất của nhiều hợp chất. Tuy nhiên, rất khó để đánh giá quá cao tầm quan trọng của nó như một nguyên tố hợp kim.

Phản ứng của oxit mangan với nhôm được minh họa trong video này: