Mangan (pierwiastek chemiczny): właściwości, zastosowanie, oznaczenie, stopień utlenienia, ciekawostki

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 05:38

Jednym z najważniejszych metali w metalurgii jest mangan. W dodatku jest to generalnie dość nietypowy element, z którym kojarzą się ciekawe fakty. Ważna dla organizmów żywych, potrzebna do produkcji wielu stopów, chemikaliów. Mangan to pierwiastek chemiczny, którego zdjęcie można zobaczyć poniżej. To jego właściwości i cechy, które rozważymy w tym artykule.

Charakterystyka pierwiastka chemicznego

Jeżeli mówimy o manganie jako elemencie układu okresowego, to przede wszystkim powinniśmy scharakteryzować jego miejsce w nim.

1. Zlokalizowany w czwartym okresie głównym, siódmej grupie, podgrupie drugorzędnej.
2. Liczba porządkowa - 25. Mangan jest pierwiastkiem chemicznym, którego ładunek jąder atomów wynosi +25. Liczba elektronów jest taka sama, neutronów - 30.
3. Wartość masy atomowej wynosi 54 938.
4. Oznaczenie pierwiastka chemicznego manganu - Mn.
5. Nazwa łacińska - mangan.

Znajduje się pomiędzy chromem a żelazem, co wyjaśnia podobieństwo do nich pod względem właściwości fizycznych i chemicznych.

Mangan - pierwiastek chemiczny: metal przejściowy

Jeśli weźmiemy pod uwagę konfigurację elektronową zredukowanego atomu, to jego wzór będzie wyglądał następująco: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Staje się oczywiste, że pierwiastek, który rozważamy, jest metalem przejściowym z rodziny d. Pięć elektronów na podpoziomie 3d wskazuje na stabilność atomu, co przejawia się w jego właściwościach chemicznych.

Jako metal, mangan jest środkiem redukującym, ale większość jego związków może wykazywać dość silne zdolności utleniające. Wynika to z różnych stopni utlenienia i wartościowości tego pierwiastka. To jest specyfika wszystkich metali z tej rodziny.

Zatem mangan jest pierwiastkiem chemicznym, który znajduje się wśród innych atomów i ma swoje szczególne właściwości. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo tym właściwościom.

Mangan jest pierwiastkiem chemicznym. Stan utleniania

Podaliśmy już elektronową formułę atomu. Według niej pierwiastek ten może wykazywać kilka dodatnich stanów utlenienia. To jest:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Walencja atomu to IV. Najbardziej stabilne są te związki, w których mangan ma wartości +2, +4, +6. Najwyższy stopień utlenienia pozwala związkom działać jako najsilniejsze środki utleniające. Na przykład: KMnO₄, Mn₂O₇.

Związki z +2 są reduktorami, wodorotlenek manganu(II) ma właściwości amfoteryczne, z przewagą zasadowych. Pośrednie stany utlenienia tworzą związki amfoteryczne.

Historia odkryć

Mangan to pierwiastek chemiczny, który nie został odkryty natychmiast, ale stopniowo i przez różnych naukowców. Jednak jego związki były używane przez ludzi od czasów starożytnych. Do wytopu szkła stosowano tlenek manganu (IV). Jeden z Włochów stwierdził, że dodatek tego związku w chemicznej produkcji szkieł zmienia ich kolor na fioletowy. Wraz z tym ta sama substancja pomaga wyeliminować zamglenie w kolorowych okularach.

Później w Austrii naukowcowi Kaimowi udało się uzyskać kawałek metalicznego manganu poprzez wystawienie pirolizytu (tlenku manganu (IV)), potasu i węgla na działanie wysokich temperatur. Jednak próbka ta zawierała wiele zanieczyszczeń, których nie mógł wyeliminować, więc do odkrycia nie doszło.

Jeszcze później inny naukowiec również zsyntetyzował miksturę, w której znaczną część stanowił czysty metal. To był Bergman, który wcześniej odkrył pierwiastek nikiel. Jednak nie był przeznaczony do dokończenia pracy.

Mangan to pierwiastek chemiczny, który został po raz pierwszy uzyskany i wyizolowany w postaci prostej substancji przez Karla Scheele w 1774 roku. Zrobił to jednak wspólnie z I. Ganem, który dokończył proces wytapiania kawałka metalu. Ale nawet im nie udało się całkowicie usunąć zanieczyszczeń i uzyskać 100% wydajności produktu.

Mimo to tym razem nadszedłodkrycie tego atomu. Ci sami naukowcy próbowali podać imię jako odkrywcy. Wybrali termin mangan. Jednak po odkryciu magnezu zaczęło się zamieszanie, a nazwa manganu została zmieniona na współczesną (H. David, 1908).

Ponieważ mangan jest pierwiastkiem chemicznym, którego właściwości są bardzo cenne w wielu procesach metalurgicznych, z czasem konieczne stało się znalezienie sposobu na jego pozyskanie w najczystszej postaci. Problem ten został rozwiązany przez naukowców na całym świecie, ale udało się go rozwiązać dopiero w 1919 roku dzięki pracy radzieckiego chemika R. Agladze. To on znalazł metodę, dzięki której można otrzymać czysty metal o zawartości substancji 99,98% z siarczanów i chlorków manganu metodą elektrolizy. Teraz ta metoda jest stosowana na całym świecie.

Przebywanie na łonie natury

Mangan to pierwiastek chemiczny, którego zdjęcie prostej substancji można zobaczyć poniżej. W naturze istnieje wiele izotopów tego atomu, a liczba neutronów jest bardzo zróżnicowana. Zatem liczby masowe wahają się od 44 do 69. Jednak jedynym stabilnym izotopem jest pierwiastek o wartości ⁵⁵Mn, reszta ma albo pomijalnie krótki okres półtrwania, albo występuje w zbyt małe ilości.

Ponieważ mangan jest pierwiastkiem chemicznym, którego stopień utlenienia jest bardzo różny, w naturze tworzy również wiele związków. W czystej postaci ten pierwiastek w ogóle nie występuje. W minerałach i rudach jego stałym sąsiadem jest żelazo. W sumie można zidentyfikować kilka najważniejszych skał, w tym mangan.

1. Pirozyt. Wzór złożony: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelan, cząsteczka MnO2mMnOnH2O.
3. Manganit, formuła MnOOH.
4. Brownite jest rzadszy niż reszta. Formuła Mn₂O₃.
5. Gausmanit, wzór MnMn₂O_4.
6. Rodonit Mn₂(SiO₃)₂.
7. Rudy węglanu manganu.
8. Malinowy dźwigar lub rodochrozyt - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

Oprócz tego, możesz wyznaczyć jeszcze kilka minerałów, które zawierają również dany pierwiastek. To jest:

• kalcyt;
• siderite;
• minerały gliny;
• chalcedon;
• opal;
• związki piaskowo-mułowe.

Oprócz skał i skał osadowych, minerałów, mangan jest pierwiastkiem chemicznym, który wchodzi w skład następujących obiektów:

1. Organizmy roślinne. Największymi akumulatorami tego pierwiastka są: kasztan wodny, rzęsa wodna, okrzemki.
2. Rdzawe grzyby.
3. Niektóre rodzaje bakterii.
4. Następujące zwierzęta: czerwone mrówki, skorupiaki, mięczaki.
5. Ludzie - dzienne zapotrzebowanie to około 3-5 mg.
6. Wody oceanów zawierają 0,3% tego pierwiastka.
7. Całkowita zawartość w skorupie ziemskiej 0,1% masy.

Ogólnie rzecz biorąc, jest to 14. najliczniejszy pierwiastek na naszej planecie. Wśród metali ciężkich jest drugim pożelazko.

Właściwości fizyczne

Z punktu widzenia właściwości manganu, jako prostej substancji, można wyróżnić dla niego kilka podstawowych właściwości fizycznych.

1. W postaci prostej substancji jest to dość solidny metal (w skali Mohsa wskaźnik wynosi 4). Kolor - srebrzysto-biały, pokryty ochronną warstwą tlenku w powietrzu, błyszczącą w kroju.
2. Temperatura topnienia to 1246⁰C.
3. Wrzenie - 2061⁰C.
4. Właściwości przewodnika są dobre, jest paramagnetyczne.
5. Gęstość metalu wynosi 7,44 g/cm³.
6. Istnieje w postaci czterech modyfikacji polimorficznych (α, β, γ, σ), różniących się budową i kształtem sieci krystalicznej oraz gęstością upakowania atomów. Ich temperatura topnienia jest również inna.

Istnieją trzy główne formy manganu używane w metalurgii: β, γ, σ. Alfa jest rzadsza, ponieważ jest zbyt delikatna w swoich właściwościach.

Właściwości chemiczne

Z chemicznego punktu widzenia mangan jest pierwiastkiem chemicznym, którego ładunek jonowy waha się znacznie od +2 do +7. To pozostawia ślad na jego działalności. W postaci wolnej w powietrzu mangan bardzo słabo reaguje z wodą i rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach. Jednak, gdy tylko temperatura wzrasta, aktywność metalu dramatycznie wzrasta.

Więc jest w stanie wchodzić w interakcje z:

• azot;
• węgiel;
• halogeny;
• krzem;
• fosfor;
• siarka i inne niemetale.

Po podgrzaniu bez powietrza metal łatwo przechodzi w stan pary. W zależności od stopnia utlenienia, jaki wykazuje mangan, jego związki mogą być zarówno środkami redukującymi, jak i utleniającymi. Niektóre wykazują właściwości amfoteryczne. Tak więc główne są charakterystyczne dla związków, w których jest +2. Amfoteryczny - +4, oraz kwaśny i silnie utleniający w najwyższej wartości +7.

Pomimo faktu, że mangan jest metalem przejściowym, niewiele jest dla niego związków kompleksowych. Wynika to ze stabilnej konfiguracji elektronowej atomu, ponieważ jego podpoziom 3d zawiera 5 elektronów.

Metody pozyskiwania

Istnieją trzy główne sposoby pozyskiwania manganu (pierwiastka chemicznego) w przemyśle. Jak nazwa czytana jest po łacinie, już oznaczyliśmy - mangan. Jeśli przetłumaczysz to na rosyjski, będzie to „tak, naprawdę wyjaśniam, odbarwiam się”. Mangan zawdzięcza swoją nazwę oczywistym właściwościom znanym od starożytności.

Jednak pomimo sławy udało im się uzyskać go w czystej postaci do użytku dopiero w 1919 roku. Odbywa się to za pomocą następujących metod.

1. Elektroliza, wydajność produktu wynosi 99,98%. W ten sposób mangan pozyskiwany jest w przemyśle chemicznym.
2. Silicothermal lub redukcja krzemu. W tej metodzie następuje stopienie krzemu i tlenku manganu (IV), w wyniku czego powstaje czysty metal. Wydajność wynosi około 68%, ponieważ efektem ubocznym jest połączenie manganu z krzemem w celu wytworzenia krzemku. tenmetoda stosowana jest w przemyśle metalurgicznym.
3. Metoda aluminotermiczna - odbudowa z aluminium. Nie daje również zbyt dużej wydajności produktu, powstaje mangan zanieczyszczony zanieczyszczeniami.

Produkcja tego metalu jest ważna dla wielu procesów realizowanych w metalurgii. Nawet niewielki dodatek manganu może znacznie wpłynąć na właściwości stopów. Udowodniono, że wiele metali rozpuszcza się w nim, wypełniając jego sieć krystaliczną.

Pod względem wydobycia i produkcji tego pierwiastka Rosja zajmuje pierwsze miejsce na świecie. Proces ten jest również przeprowadzany w krajach takich jak:

• Chiny.
• RPA.
• Kazachstan.
• Gruzja.
• Ukraina.

Zastosowanie przemysłowe

Mangan to pierwiastek chemiczny, którego zastosowanie jest ważne nie tylko w metalurgii. ale także w innych obszarach. Oprócz metalu w jego czystej postaci duże znaczenie mają również różne związki tego atomu. Wyznaczmy główne.

1. Istnieje kilka rodzajów stopów, które dzięki zawartości manganu mają wyjątkowe właściwości. Na przykład stal Hadfielda jest tak mocna i odporna na zużycie, że jest używana do wytapiania części do koparek, maszyn do obróbki kamienia, kruszarek, młynów kulowych i części opancerzonych.
2. Dwutlenek manganu jest obowiązkowym elementem utleniającym w galwanotechnice, służy do tworzenia depolaryzatorów.
3. Związki manganu są potrzebne do realizacji ekologicznejsyntezy różnych substancji.
4. Nadmanganian potasu (lub nadmanganian potasu) jest używany w medycynie jako silny środek dezynfekujący.
5. Ten pierwiastek jest częścią brązu, mosiądzu, tworzy własny stop z miedzią, która jest używana do produkcji turbin lotniczych, łopatek i innych części.

Rola biologiczna

Dzienne zapotrzebowanie na mangan dla osoby wynosi 3-5 mg. Niedobór tego pierwiastka prowadzi do depresji układu nerwowego, zaburzeń snu i niepokoju, zawrotów głowy. Jej rola nie została jeszcze w pełni zbadana, ale widać wyraźnie, że ma ona wpływ przede wszystkim na:

• wzrost;
• aktywność gonad;
• praca hormonalna;
• tworzenie krwi.

Ten pierwiastek jest obecny we wszystkich roślinach, zwierzętach i ludziach, co dowodzi jego ważnej roli biologicznej.

Interesujące szczegóły przedmiotu

Mangan to pierwiastek chemiczny, ciekawe fakty o których mogą zaimponować każdej osobie, a także sprawić, że zrozumiesz, jak ważny jest. Oto najbardziej podstawowe z nich, które na stałe wpisały się w historię tego metalu.

1. W trudnych czasach wojny domowej w ZSRR jednym z pierwszych produktów eksportowych była ruda zawierająca duże ilości manganu.
2. Jeżeli dwutlenek manganu połączy się z wodorotlenkiem potasu i saletrą, a następnie produkt zostanie rozpuszczony w wodzie, zaczną się niesamowite przemiany. Rozwiązanie najpierw zmieni kolor na zielony, a następnie kolor zmieni się na niebieski.po - fioletowy. W końcu zmieni kolor na szkarłatny i stopniowo wypadnie brązowy osad. Jeśli mieszanina zostanie wstrząśnięta, zielony kolor zostanie ponownie przywrócony i wszystko się powtórzy. Właśnie z tego powodu nadmanganian potasu ma swoją nazwę, co tłumaczy się jako „kameleon mineralny”.
3. Jeżeli nawozy zawierające mangan zostaną zastosowane do gleby, wydajność roślin wzrośnie, a tempo fotosyntezy wzrośnie. Pszenica ozima lepiej uformuje ziarna.
4. Największy blok rodonitu, minerału manganu, ważył 47 ton i został znaleziony na Uralu.
5. Istnieje trójskładnikowy stop zwany manganiną. Składa się z pierwiastków takich jak miedź, mangan i nikiel. Jego wyjątkowość polega na tym, że ma wysoki opór elektryczny, który jest niezależny od temperatury, ale jest pod wpływem ciśnienia.

Oczywiście to nie wszystko, co można powiedzieć o tym metalu. Mangan to pierwiastek chemiczny, o którym ciekawe fakty są dość zróżnicowane. Zwłaszcza jeśli mówimy o właściwościach, które nadaje różnym stopom.