|
Доклад: Марганец
Доклад: Марганец
МАРГАНЕЦ
Доклад Турбановой Светланы.
11а класс.
Марганец (лат. Manganum),
Mn, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева; атомный
номер 25, атомная масса 54,9380. В природе элемент представлен одним стабильным
изотопом 55Mn.
Историческая справка.
Древнеримский натуралист
Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали для обесцвечивания жидкой
стеклянной массы; речь шла о минерале пиролюзите MnO2. В Грузии пиролюзит с
древнейших времён служил присадочным материалом при получении железа. Долгое
время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного
железняка. В 1774 эксперименты показали, что это соединение неизвестного
металла, а другой шведский учёный Ю. Ган, сильно нагревая смесь пиролюзита с
углём, получил марганец, загрязнённый углеродом.
Распространение в природе.
Среднее содержание
марганца в земной коре 0,1 %, в большинстве изверженных пород 0,06-0,2 % по
массе, где он находится в рассеянном состоянии в форме Mn2+ (аналог Fe2+). На
земной поверхности Mn2+ легко окисляется, здесь известны также минералы Mn3+ и
Mn4+ . В биосфере марганец энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен
в окислительной среде. Наиболее подвижен
в кислых водах тундры и лесных ландшафтов, где он находится в форме
Mn2+.Его содержание здесь часто повышено и культурные растения местами страдают
от избытка; в почвах, озёрах, болотах образуются железо-марганцевые конкреции,
озёрные и болотные руды. В сухих степях и пустынях в условиях щелочной
окислительной среды малоподвижен, культурные растения часто нуждаются в
марганцевых микроудобрениях.
Тип кристаллической
решетки - металлическая решетка.
Физические и химические
свойства.
Тяжелый серебристо-белый
металл. Плотность М. 7,2-7,4 г/см3, tпл 1245 °С; tкип 2150 °C. Марганец имеет 4 полиморфные модификации: a-Mn (кубическая
объёмноцентрированная решётка с 58 атомами в элементарной ячейке), b-Mn (кубическая
объёмноцентрированная с 20 атомами в ячейке), g-Mn (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и ¶-Mn (кубическая
объёмноцентрированная). Атомный радиус 1,30. Ионные радиусы Mn2+ 0,91, Mn4+
0,52, Mn7+ 0,46. Химически марганец достаточно активен, при нагревании
энергично взаимодействует с неметаллами - кислородом (образуется смесь окислов
марганца разной валентности), азотом (Mn4N, Mn2N1, Mn3N2), серой (MnS, MnS2),
углеродом (Mn3C, Mn23C6, Mn7C3, Mn5C6), фосфором (Mn2P, MnP) и др. При
комнатной температуре на воздухе не изменяется; очень медленно реагирует с
водой. В кислотах (соляной, разбавленной серной) легко растворяется, образуя
соли двухвалентного марганца. При нагревании в вакууме легко испаряется даже из
сплавов. Марганец образует сплавы со многими химическими элементами;
большинство металлов растворяется в отдельных его модификациях и стабилизирует
их. В низших степенях окисления
марганец проявляет основные свойства, в промежуточных - амфотерные, в высоких -
кислотные. Марганец в кислой и слабокислой среде является сильным окислителем и
энегргично связывает элетроны. Гораздо слабее его действие в нейтральной и
щелочной средах. Двуокись марганца является в кислой среде сильным окислителем.
Восстанавливающие свойства: Mn+2H2SO4=MnSO4+SO2+2H2O
В соединениях марганец
обычно проявляет валентность от 2 до 7 (наиболее устойчивы степени окисления
+2, +4 и +7). С увеличением степени окисления возрастают окислительные и
кислотные свойства соединений марганца.
Соединения Mn(+2) -
восстановители. Окись MnO - порошок серо-зелёного цвета; обладает основными
свойствами, нерастворима в воде и щелочах, хорошо растворима в кислотах.
Гидроокись Mn(OH)2 - белое вещество, нерастворимое в воде. Соединения Mn(+4)
могут выступать и как окислители: MnO2+4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O и как восстановители :
MnO2 + KClO3 + 6KOH =
ЗК2МnO4 + KCl + ЗН2О
Двуокись MnO2 -
черно-бурого цвета, соответствующая гидроокись Mn(OH)4 - темно-бурого цвета.
Оба соединения в воде нерастворимы, оба амфотерны с небольшим преобладанием
кислотной функции. Из соединений Mn(+6) соли манганаты. Весьма важны соединения
Mn(+7) - марганцовая кислота, марганцовый ангидрид. Соединений с водородом не
образует.
Получение.
Наиболее чистый М.
получают в промышленности по способу советского электрохимика Р. И. Агладзе
электролизом водных растворов MnSO4 с добавкой (NH4)2SO4 при pH = 8,0-8,5. Процесс
ведут с анодами из свинца и катодами из титанового сплава АТ-3 или нержавеющей
стали. Чешуйки марганца снимают с катодов и, если необходимо, переплавляют.
Галогенным процессом, например хлорированием руды Mn, и восстановлением
галогенидов получают марганец с суммой примесей около 0,1 %. Менее чистый
получают алюминотермиейпо реакции: 3Мn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3, а также
электротермией.
Применение.
Основной потребитель
марганца - чёрная металлургия, расходующая в среднем около 8-9 кг М. на 1 т
выплавляемой стали. Выплавляют его в доменных и электрических печах.
Высокоуглеродистый ферромарганец служит для раскисления и десульфурации стали;
средне- и малоуглеродистый - для легирования стали. Малолегированная
конструкционная и рельсовая сталь содержит 0,9-1,6 % Mn; высоколегированная,
очень износоустойчивая сталь с 15 % Mn и 1,25 % C. В России производится
безникелевая нержавеющая сталь, содержащая 14 % Cr и 15 % Mn. Марганец
используется также в сплавах на нежелезной основе. Сплавы меди с марганцом
применяют для изготовления турбинных лопаток; марганцовые бронзы - при
производстве пропеллеров и других деталей, где необходимо сочетание прочности и
коррозионной устойчивости. Гальваническое покрытие применяется для защиты
металлических изделий от коррозии. В медицине некоторые соли марганца
(например, KMnO4) применяют как дезинфицирующие средства.
Марганец в организме.
Марганец широко
распространён в природе, являясь постоянной составной частью растительных и
животных организмов. Содержание марганца в растениях составляет десятитысячные
- сотые, а в животных - стотысячные - тысячные доли процента. Среди растений
значительное количество М. накапливают некоторые ржавчинные грибы, водяной
орех, ряска, бактерии, водоросли, среди животных - рыжие муравьи, некоторые моллюски
и ракообразные. Марганец - активатор ряда ферментов, участвует в процессах
дыхания, фотосинтезе, биосинтезе нуклеиновых кислот и др., усиливает действие
инсулина и других гормонов, влияет на кроветворение. Марганец обнаружен во всех
органах и тканях человека. Суточная потребность животных и человека в марганце
- несколько мг (ежедневно человек получает 3-8 мг ).
Предельно допустимая
концентрация соединений марганца в воздухе - 0,3 мг/м3.
Список литературы
«Общая химия» Н.Л. Глинка, Большая Советская
Энциклопедия.
|