Марганец (хімічны элемент): ўласцівасці, прымяненне, абазначэнне, ступень акіслення, цікавыя факты

Адным з самых важных для металургіі металаў з'яўляецца марганец. Акрамя таго, ён наогул досыць незвычайны элемент, з якім звязаны цікавыя факты. Важны для жывых арганізмаў, патрэбны пры атрыманні многіх сплаваў, хімічных рэчываў. Марганец - хімічны элемент, фота якога можна ўбачыць ніжэй. Менавіта яго ўласцівасці і характарыстыкі разгледзім у дадзеным артыкуле.

Характарыстыка хімічнага элемента

Калі казаць пра марганцы як пра элеменце перыядычнай сістэмы, то ў першую чаргу варта ахарактарызаваць яго становішча ў ёй.

1. Размяшчаецца ў чацвёртым вялікім перыядзе, сёмы групе, пабочнай падгрупе.
2. Парадкавы нумар - 25. Марганец - хімічны элемент, зарад ядраў атамаў якога роўны +25. Колькасць электронаў такое ж, нейтронаў - 30.
3. Значэнне атамнай масы - 54,938.
4. Абазначэнне хімічнага элемента марганца - Mn.
5. Лацінскі назоў - manganese.

Размяшчаецца паміж хромам і жалезам, чым тлумачыцца яго падабенства з імі ў фізічных і хімічных характарыстыках.

Марганец - хімічны элемент: пераходны метал

Калі разгледзець электронную канфігурацыю прыведзенага атама, то яе формула будзе мець выгляд: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ^5. Становіцца відавочна, што разгляданы намі элемент - гэта пераходны метал з d-сямейства. Пяць электронаў на 3d-подуровней кажуць пра стабільнасць атама, што і выяўляецца ў яго хімічных уласцівасцях.

Як метал марганец з'яўляецца адраджэнцам, аднак вялікая частка яго злучэнняў здольная выяўляць і досыць моцныя акісляльныя здольнасці. Гэта звязана з рознымі ступенямі акіслення і валентнасці, якімі валодае дадзены элемент. У гэтым заключаецца асаблівасць ўсіх металаў дадзенага сямейства.

Такім чынам, марганец - хімічны элемент, які размяшчаецца сярод іншых атамаў і які мае свае асаблівыя характарыстыкі. Разгледзім, якія гэта ўласцівасці, больш падрабязна.

Марганец - хімічны элемент. ступень акіслення

Мы ўжо прывялі электронную формулу атама. Згодна з ёй, дадзены элемент здольны праяўляць некалькі станоўчых ступеняў акіслення. гэта:

• 0;
• +2;
• +3;
• 4;
• +6;
• +7.

Валентнасць атама роўная IV. Самымі ўстойлівымі з'яўляюцца тыя злучэнні, у якіх у марганца выяўляюцца значэння +2, 4, +6. Вышэйшая ступень акіслення дазваляе выступаць злучэнням у ролі наймацнейшых акісляльнікаў. Напрыклад: KMnO _4, Mn ₂ O _7.

Злучэння з +2 з'яўляюцца адраджэнцам, гідраксід марганца (II) валодае амфатэрнасць ўласцівасцямі, з перавагай асноўных. Прамежкавыя паказчыкі ступеняў акіслення ўтвараюць амфатэрныя злучэння.

Гісторыя адкрыцця

Марганец - хімічны элемент, які быў адкрыты не адразу, а паступова і рознымі навукоўцамі. Аднак яго злучэннямі людзі карысталіся з старажытных часоў. Аксід марганца (IV) прымяняўся для выплаўлення шкла. Адзін італьянец канстатаваў той факт, што дадатак гэтага злучэння пры хімічным вытворчасці шкла афарбоўвае іх колер у фіялетавы. Разам з гэтым, гэта ж рэчыва дапамагае ліквідаваць мутнасць ў каляровых шкле.

Пазней у Аўстрыі навуковец аблямоўцы здолеў атрымаў кавалачак металічнага марганца, уздзейнічаючы высокай тэмпературай на пюролизит (аксід марганца (IV)), поташ і вугаль. Аднак дадзены ўзор меў шмат прымесяў, ліквідаваць якія яму не ўдалося, таму адкрыццё не адбылося.

Яшчэ пазней іншы навуковец таксама сінтэзаваў сумесь, у якой значная доля прыходзілася на чысты метал. Гэта быў Бергман, да гэтага які адкрыў элемент нікель. Аднак і яму давесьці справу да канца было не наканавана.

Марганец - хімічны элемент, атрымаць і вылучыць які ў выглядзе простага рэчывы ўпершыню ўдалося Карлу Шэель ў 1774 годзе. Аднак зрабіў ён гэта сумесна з І. Ганом, які завяршыў працэс выплаўлення кавалачка металу. Але нават ім не ўдалося цалкам пазбавіць яго ад прымешак і атрымаць 100% выхад прадукту.

Тым не менш менавіта гэты час стала адкрыццём дадзенага атама. Гэтыя ж навукоўцы зрабілі спробу даць назву, як першаадкрывальнікі. Імі быў выбраны тэрмін манганезиум. Аднак пасля адкрыцця магнію пачалася блытаніна, і назва марганца было зменена на сучаснае (Х. Дэвід 1908 г. год).

Так як марганец - хімічны элемент, ўласцівасці якога з'яўляюцца вельмі каштоўнымі для многіх металургічных працэсаў, з часам з'явілася неабходнасць усё ж знайсці спосаб атрымання яго ў максімальна чыстым выглядзе. Дадзеная праблема вырашалася навукоўцамі усяго свету, але здолела вырашыцца толькі ў 1919 годзе дзякуючы працам Р. Агладзе - савецкага вучонага-хіміка. Менавіта ён знайшоў спосаб, якім можна з сульфатаў і хларыдаў марганца электролизным шляхам атрымаць чысты метал з утрыманнем рэчывы 99,98%. Цяпер гэты метад прымяняецца ва ўсім свеце.

Знаходжанне ў прыродзе

Марганец - хімічны элемент, фота простага рэчывы якога можна ўбачыць ніжэй. У прыродзе існуе маса ізатопаў гэтага атама, колькасць нейтронаў у якіх моцна вагаецца. Так, масавыя колькасці змяняюцца ў межах ад 44 да 69. Аднак адзіным стабільным ізатопам з'яўляецца элемент са значэннем ⁵⁵ Mn, усе астатнія маюць альбо нікчэмна кароткі перыяд паўраспаду, альбо існуе ў занадта малых колькасцях.

Так як марганец - хімічны элемент, ступень акіслення якога вельмі розная, то і злучэнняў у прыродзе ён утворыць таксама шмат. У чыстым выглядзе гэты элемент наогул не сустракаецца. У мінералах і рудах пастаянны сусед яго - жалеза. Усяго можна пазначыць некалькі самых галоўных горных парод, у склад якіх уваходзіць марганец.

1. Пиролюзит. Формула злучэння: MnO ₂ * nH ₂ O.
2. Псиломелан, малекула MnO2 * mMnO * nH2O.
3. Манганит, формула MnO * OH.
4. Браўн сустракаецца радзей, чым астатнія. Формула Mn ₂ O _3.
5. Гаусманит, формула Mn * Mn ₂ O _4.
6. Родон Mn ₂ (SiO _{3) 2.}
7. Карбанатныя руды марганца.
8. Малінавы шпат або родохрозит - MnCO _3.
9. Пурпур - Mn ₃ PO _4.

Акрамя гэтага, можна пазначыць яшчэ некалькі мінералаў, у склад якіх таксама ўваходзіць разгляданы элемент. гэта:

• кальцыт;
• сидерит;
• гліністыя мінералы;
• халцэдон;
• апаў;
• пясчана-алевритовые злучэння.

Акрамя горных і ападкавых парод, мінералаў, марганец - хімічны элемент, які ўваходзіць у склад наступных аб'ектаў:

1. Раслінныя арганізмы. Самымі буйнымі назапашвальнікамі гэтага элемента з'яўляюцца: вадзяны арэх, раска, дыатамавая багавінне.
2. Іржа грыбы.
3. Некаторыя віды бактэрый.
4. Наступныя жывёлы: рудыя мурашы, ракападобныя, малюскі.
5. Людзі - сутачная патрэба прыкладна 3-5 мг.
6. Воды Сусветнага акіяна ўтрымліваюць 0,3% гэтага элемента.
7. Агульнае ўтрыманне ў зямной кары 0,1% па масе.

У цэлым гэта 14 па распаўсюджанасці элемент з усіх на нашай планеце. Сярод цяжкіх металаў ён другі пасля жалеза.

фізічныя ўласцівасці

З пункту гледжання уласцівасцяў марганца, як простага рэчывы, можна вылучыць некалькі асноўных фізічных характарыстык для яго.

1. У выглядзе простага рэчывы ўяўляе сабой досыць цвёрды метал (па шкале Мооса паказчык роўны 4). Колер - серабрыста-белы, на паветры пакрываецца ахоўнай аксіднай плёнкай, на разрэзе блішчыць.
2. Тэмпература плаўлення складае 1246 ⁰ С.
3. Кіпення - 2061 ⁰ С.
4. Правадніковыя ўласцівасці добрыя, з'яўляецца парамагнетиком.
5. Шчыльнасць металу складае 7,44 г / см ^3.
6. Існуе ў выглядзе чатырох паліморфных мадыфікацый (α, β, γ, σ), якія адрозніваюцца будовай і формай крышталічнай рашоткі і шчыльнасцю пакавання атамаў. Таксама адрозніваецца іх тэмпература плаўлення.

У металургіі прымяняюцца тры асноўныя формы марганца: β, γ, σ. Альфа радзей, так як яна занадта далікатная па сваіх уласцівасцях.

хімічныя ўласцівасці

З пункту гледжання хіміі, марганец - хімічны элемент, зарад іёна якога моцна вагаецца ад +2 да +7. Гэта накладвае свой адбітак і на яго актыўнасць. У вольным выглядзе на паветры марганец вельмі слаба рэагуе з вадой, раствараецца ў разведзеных кіслотах. Аднак варта толькі павялічыць тэмпературу, як актыўнасць металу рэзка ўзрастае.

Так, ён здольны ўзаемадзейнічаць з:

• азотам;
• вугляродам;
• галагенавыя;
• крэмніем;
• фосфарам;
• шэрай і іншымі неметаламі.

Пры награванні без доступу паветра метал лёгка пераходзіць у парападобным стан. У залежнасці ад ступені акіслення, якую праяўляе марганец, яго злучэння могуць быць як адраджэнцам, так і акісляльнікамі. Некаторыя праяўляюць амфотерные ўласцівасці. Так, асноўныя характэрныя для злучэнняў, у якіх ён +2. Амфатэрныя - 4, а кіслотныя і моцныя акісляльныя ў вышэйшым значэнні +7.

Нягледзячы на тое што марганец - гэта пераходны метал, комплексныя злучэнні для яго нешматлікія. Гэта звязана з устойлівай электроннай канфігурацыяй атама, бо 3d-падузровень яго змяшчае 5 электронаў.

спосабы атрымання

Існуе тры асноўных спосабу, якімі ў прамысловасці атрымліваюць марганец (хімічны элемент). Як чытаецца на латыні назву, мы ўжо пазначалі - manganum. Калі перавесці яго на рускую, то гэта будзе "так, сапраўды распагоджваецца, абескаляроўваюцца". Такім сваім назвай марганец абавязаны праяўляць уласцівасцям, вядомым з самай старажытнасці.

Аднак, нягледзячы на вядомасць, атрымаць яго ў чыстым выглядзе для прымянення здолелі толькі ў 1919 годзе. Робіцца гэта наступнымі метадамі.

1. Электролизный, выхад прадукту складае 99,98%. Такім спосабам атрымліваюць марганец ў хімічнай прамысловасці.
2. Силикотермический, або аднаўленне пры дапамозе крэмнію. Пры дадзеным метадзе адбываецца сплаўленне крэмнію і аксіду марганца (IV), у выніку чаго фармуецца чысты метал. Выхад складае каля 68%, так як пабочны ідзе злучэнне марганца з крэмніем у силицид. Дадзены спосаб ужываюць у металургічнай прамысловасці.
3. Алюминотермический метад - аднаўленне пры дапамозе алюмінія. Таксама не дае занадта высокага выхаду прадукту, марганец утворыцца забруджаны прымешкамі.

Вытворчасць дадзенага металу мае важнае значэнне для многіх працэсаў, якія ажыццяўляюцца ў металургіі. Нават невялікая дабаўка марганца здольная моцна паўплываць на ўласцівасці сплаваў. Даказана, што ў ім раствараюцца шматлікія металы, запаўняючы сабой яго крышталічную рашотку.

Па здабычы і вытворчасці дадзенага элемента Расія займае першае месца ў свеце. Таксама гэты працэс ажыццяўляецца ў такіх краінах, як:

• Кітай.
• ПАР.
• Казахстан.
• Грузія.
• Украіна.

Выкарыстанне ў прамысловасці

Марганец - хімічны элемент, ужыванне якога важна не толькі ў металургіі. але і ў іншых галінах. Акрамя металу ў чыстым выглядзе, вялікае значэнне маюць і розныя злучэння дадзенага атама. Вызначым асноўныя з іх.

1. Існуе некалькі відаў сплаваў, якія, дзякуючы марганцу, маюць унікальныя ўласцівасці. Так, напрыклад, сталь Гадфильда настолькі трывалая і зносаўстойлівасць, што яе выкарыстоўваюць для выплаўлення дэталяў экскаватараў, камнеперерабатывающих машын, драбнілак, шаравых млыноў, бранявых дэталяў.
2. Дыяксід марганца - абавязковы акісляльных элемент гальванікі, яго выкарыстоўваюць пры стварэнні деполяризаторов.
3. Многія злучэння марганца патрэбныя для ажыццяўлення арганічных сінтэзаў розных рэчываў.
4. Перманганат калія (або марганцоўкай) ўжываецца ў медыцыне ў якасці моцнага абеззаражваецца сродкі.
5. Дадзены элемент ўваходзіць у склад бронзы, латуні, утворыць уласны сплаў з меддзю, які служыць для вырабу турбін самалётаў, лопасцяў і іншых дэталяў.

біялагічная ролю

Сутачная патрэба ў марганцы для чалавека складае 3-5 мг. Дэфіцыт дадзенага элемента прыводзіць да прыгнёту нервовай сістэмы, парушэння сну і непакоі, голавакружэнне. Роля яго да канца яшчэ не вывучана, аднак ясна, што, перш за ўсё, ён аказвае ўплыў на:

• рост;
• дзейнасць палавых залоз;
• працу гармонаў;
• адукацыя крыві.

Дадзены элемент прысутнічае ва ўсіх раслінах, жывёл, чалавеку, што даказвае яго немалаважную біялагічную ролю.

Цікавыя звесткі аб элеменце

Марганец - хімічны элемент, цікавыя факты пра які могуць вырабіць ўражанне на любога чалавека, а таксама прымусіць зразумець, наколькі ён важны. Прывядзём самыя асноўныя з іх, якія знайшлі свой адбітак у гісторыі дадзенага металу.

1. У цяжкія часы грамадзянскай вайны ў СССР адным з першых экспартных прадуктаў была руда, якая змяшчае вялікую колькасць марганцу.
2. Калі дыяксід марганца сплавіць з гідраксідам калія і салетрай, а затым прадукт растварыць у вадзе, то пачнуцца дзіўныя ператварэння. Спачатку раствор афарбуецца ў зялёны колер, затым афарбоўка зменіцца на сіні, пасля - фіялетавы. Нарэшце, стане малінавай і паступова выпадзе буры асадак. Калі ж сумесь страсянуць, то зноў адновіцца зялёны колер і ўсё адбудзецца нанова. Менавіта за гэта марганцоўкай і атрымала сваю назву, якое перакладаецца, як "мінеральны хамелеон".
3. Калі ў зямлю ўносіць ўгнаенні, якія змяшчаюць марганец, то ў раслін падвысіцца прадукцыйнасць і ўзрасце хуткасць фотасінтэзу. Азімая пшаніца будзе лепш фармаваць збожжа.
4. Самая вялікая глыба мінерала марганца родонита важыла 47 тон і была знойдзеная на Ўрале.
5. Існуе патройны сплаў, які называецца манганин. Ён складаецца з такіх элементаў, як медзь, марганец і нікель. Яго ўнікальнасць у тым, што ён валодае вялікім электрычным супрацівам, якое не залежыць ад тэмпературы, але знаходзіцца пад уплывам ціску.

Вядома, гэта не ўсё, што можна сказаць пра гэта метале. Марганец - хімічны элемент, цікавыя факты пра які досыць разнастайныя. Асабліва калі казаць пра тых уласцівасцях, якімі ён надзяляе розныя сплавы.