מיקום מנגן במערכת המחזורית. מנגן (יסוד כימי): תכונות, יישום, ייעוד, מצב חמצון, עובדות מעניינות

מנגן הוא מתכת בעלת ערך עבור בני אדם.

התכונות הכימיות של מנגן קובעות את השימוש הנרחב בו כחומר גלם לייצור תעשייתי של סגסוגות באיכות גבוהה. תרכובות היסוד משמשות ברפואה, חַקלָאוּת.

תכונות פיזיקליות וכימיות של מתכת

1. ראשון יסוד כימיהתגלה על ידי כימאים שבדים בעפרות ברזל. הוא הופץ על ידי חימום תערובת של חומר עפר עם פחם. כתוצאה מכך, נמצא רכיב מתכת, ששמו הוא מהמילה הגרמנית "עפרת מנגן".
2. היסוד הכימי שייך למספר מעברים ויכול ליצור תרכובות המכילות אטומים במצב חמצון 0. כשהוא מחומם, הוא מציג את התכונה של עקירת מימן, פירוק מים.
3. בטבע, מתכת שבירה זו, מאופיינת צבע כסוף, מופיע רק בתרכובות. הוא מופק מחומרי גלם עפרות, שביניהם הנפוצים ביותר הסוגים הבאים: פירולוזיט, מנגניט, פסילומלן, בראוניט.
4. המתכת נמצאת בגושי מנגן המצויים בקרקעית האוקיינוסים. הטכנולוגיה של חילוץ אותם מלמטה קשורה לשימוש בציוד מיוחד ואינה בעלת אופי תעשייתי.
5. מנגן יוצר בקלות תחמוצות כתוצאה מחמצון באוויר. בהתאם לשינוי בשיפוע הטמפרטורה במהלך החימום, הוא מגיב עם חנקן, גופרית, סיליקון. כאשר מימן נספג, מנגן יוצר תמיסות מוצקות.
6. קשה להמיס במים בטמפרטורת החדר הרגילה. בחומצות מרוכזות הוא מתמוסס בחימום ויוצר מלחים.
7. יסוד כימי מס' 25 נבדל בפעילותו בתהליך של תגובות הפחתת מתכות מתחמוצות. זה עוקר מתכות ויוצר תרכובת עם חמצן.

טכנולוגיית מיצוי יסודות כימיים

היצרנים והספקים העיקריים של מתכת לשוק העולמי הם ברזיל, אוסטרליה, דרום אפריקה ואוקראינה. במדינות אלה נמצאות עתודות עפרות, המהוות כמעט 73% מהעולם.

ייצור מתכת ברזלית בקנה מידה תעשייתי מתחיל בהפקת עפרות והעשרתן, ותלוי בתרכובות מתכת עם יסודות אחרים. לדוגמה, עפרות קרבונט קונבנציונליות מסויידות מראש. במקרים מסוימים, הוא מוחלף באמצעות חומצה גופרתית, ולאחר מכן הפחתה תרמית עם קולה. לפעמים משתמשים באלומיניום או בסיליקון לשחזור המתכת.

תהליכים כימיים להפקת מנגן.

מתכת טהורה מופקת על ידי אלקטרוליזה מתמיסות מימיות של מנגן גופרתי.

השימוש במנגן בייצור תעשייתי

1. חלקה העיקרי של המתכת משמש לצרכי מטלורגיית ברזל כתוסף, ובקנה מידה עולמי צריכתה נמצאת במקום ה-4 אחרי חומרי הגלם העיקריים: ברזל, אלומיניום ונחושת. מנגן הוא מרכיב חיוני הקיים בכל סוגי ברזל יצוק ופלדה. נכס ייחודימנגן טופס סגסוגות עם רוב המתכות המשמשות לייצור:

• דרגות שונות של פלדת מנגן;
• מנגנים (סגסוגת שאין בה ברזל).

יישומי מתכת אחרים

התכונות של יסוד כימי ותרכובותיו משמשות בייצור תעשייתי:

• כזרז לתגובות אורגניות;
• לפירוק מלחים אנאורגניים;
• לייצור זכוכית;
• בעת ציפוי משטחי מתכת;
• בתעשיית הקרמיקה לצביעת זיגוגים ואמייל
• עבור ספיחה של חומרים מזיקים;
• להלבנה חומרים טבעיים(פשתן, צמר).

פסולת המתקבלת כתוצאה מעיבוד חומרי גלם מתכת בהשתתפות מנגן משמשת בחקלאות להעשרת הקרקע לגידולים עם מרכיב יקר ערך.

הכימיה של יסוד זה שייכת תפקיד חשובבתרופה.
מלחי מנגן משמשים ליצירת תמיסה מימית אנטיספטית לשטיפת פצעים וטיפול בכוויות.

יסוד כימי מס' 25 הכרחי לתפקוד תקין של הגוף, ויסות רמות הגלוקוז בדם, מניעת סוכרת והבטחת תפקוד תקין של הלבלב.

המחסור במנגן בגוף האדם עלול לגרום למחלות. הצורך היומי של האדם ליסוד קורט חשוב הוא כמעט 10 מ"ג. מקורותיו לגוף הם מזון:

מינים מסוימים של חרקים וצמחים מסוגלים לרכז את היסוד הכימי הזה, המבטיח הפעלה של אנזימים המעורבים בתהליך הנשימה והפוטוסינתזה.

מינרלים של מנגן, בפרט פירולוזיט, היו ידועים בימי קדם. פירולוסיט נחשב למעין עפרת ברזל מגנטית ושימש בהתכת זכוכית – לשם בירור. העובדה שמינרל, שלא כמו עפרת ברזל מגנטית אמיתית, אינו נמשך על ידי מגנט הוסברה בצורה משעשעת למדי: האמינו שפירולוזיט הוא מינרל נקבי ואדיש למגנט.

במאה ה-18, המנגן היה מבודד בצורתו הטהורה. והיום נדבר על זה בפירוט. אז בואו נדון אם מנגן מזיק, היכן אתה יכול לקנות אותו, איך להשיג מנגן והאם הוא מציית ל- GOST.

מנגן שייך לתקופה דומה של קבוצה 7 קבוצה 4. האלמנט נפוץ - הוא תופס מקום 14.

היסוד שייך למתכות כבדות - מסה אטומיתיותר מ-40. הוא עובר פסיבציה באוויר - מכוסה בסרט תחמוצת צפוף המונע תגובה נוספת עם חמצן. הודות לסרט זה, הוא אינו פעיל בתנאים רגילים.

כאשר הוא מחומם, מנגן מגיב עם חומרים פשוטים רבים, חומצות ובסיסים, ויוצר תרכובות עם עצמו. מעלות משתנותחמצון: -1, -6, +2, +3, +4, +7. המתכת שייכת למתכת המעבר, ולכן היא מציגה תכונות מצמצמות וגם מחמצנות באותה קלות. עם מתכות, למשל, עם, יוצר פתרונות מוצקים מבלי להגיב.

הסרטון הזה יגיד לכם מה זה מנגן:

תכונות והבדלים מחומרים אחרים

מנגן הוא מתכת כסופה-לבנה, צפופה, קשה - בעלת מבנה מורכב בצורה יוצאת דופן. האחרון הוא הגורם לשבריריות של החומר. ידועים ארבעה שינויים של מנגן. סגסוגות עם מתכת מאפשרות לייצב כל אחת מהן ולקבל פתרונות מוצקים בעלי תכונות שונות מאוד.

• מנגן הוא אחד מיסודות הקורט החיוניים. זה חל באותה מידה על צמחים ובעלי חיים. היסוד מעורב בפוטוסינתזה, בתהליך הנשימה, מפעיל מספר אנזימים, הוא משתתף הכרחי בחילוף החומרים בשרירים, וכן הלאה. המינון היומי של מנגן לבני אדם הוא 2-9 מ"ג. גם מחסור וגם עודף של אלמנט מסוכנים באותה מידה.
• המתכת כבדה וקשה יותר מברזל, אך אין לה יישום מעשי בצורתה הטהורה בשל שבירותה הגבוהה. אבל הסגסוגות והתרכובות שלה הן בעלות חשיבות יוצאת דופן ב כלכלה לאומית. הוא משמש במטלורגיה של ברזל ולא ברזל, בייצור דשנים, בהנדסת חשמל, בסינתזה אורגנית עדינה וכו'.
• מנגן שונה למדי מהמתכות של תת-הקבוצה שלו. טכניום הוא יסוד רדיואקטיבי, המתקבל באופן מלאכותי. רניום מתייחס ליסודות קורט ונדירים. ניתן להשיג בוריום גם באופן מלאכותי בלבד ואינו מופיע בטבע. הפעילות הכימית של טכניום ושל רניום נמוכה בהרבה מזו של מנגן. שימוש מעשי, למעט היתוך גרעיני, מוצא רק מנגן.

מנגן (תמונה)

יתרונות וחסרונות

פיזי ו תכונות כימיותמתכות הן כאלה שבפועל הן לא עוסקות במנגן עצמו, אלא בתרכובות ובסגסוגות הרבות שלו, ולכן יש לשקול את היתרונות והחסרונות של החומר מנקודת מבט זו.

• מנגן יוצר מגוון רחב של סגסוגות עם כמעט כל המתכות, וזה יתרון מובהק.
• מסיסים הדדית לחלוטין, כלומר, הם יוצרים פתרונות מוצקים עם כל יחס של היסוד, הומוגניים בתכונות. במקרה זה, לסגסוגת תהיה נקודת רתיחה נמוכה בהרבה מאשר מנגן.
• הסגסוגות של היסוד עם פחמן והן בעלות החשיבות המעשית הגדולה ביותר. לשתי הסגסוגות חשיבות רבה לתעשיית הפלדה.
• תרכובות מנגן רבות ומגוונות משמשות בתעשיות הכימיות, הטקסטיל, הזכוכית, בייצור דשנים וכדומה. הבסיס לגיוון זה הוא הפעילות הכימית של החומר.

החסרונות של המתכת קשורים במוזרויות המבנה שלה, שאינן מאפשרות את השימוש במתכת עצמה כחומר מבני.

• העיקרי שבהם הוא שבירות בקשיות גבוהה. Mn עד +707 C מתגבש במבנה שבו התא כולל 58 אטומים.
• נקודת רתיחה גבוהה למדי, קשה לעבוד עם מתכת בשיעורים כה גבוהים.
• המוליכות החשמלית של מנגן נמוכה מאוד, ולכן גם השימוש בו בהנדסת חשמל מוגבל.

עוד נדבר על התכונות הכימיות והפיזיקליות של מנגן.

מאפיינים ומאפיינים

המאפיינים הפיזיים של המתכת תלויים במידה ניכרת בטמפרטורה. בהתחשב בנוכחותם של עד 4 שינויים, זה לא מפתיע.

המאפיינים העיקריים של החומר הם כדלקמן:

• צפיפות - ב טמפרטורה רגילההוא 7.45 גרם לקוב. ראה זה ערך זה תלוי חלש בטמפרטורה: למשל, כאשר מחומם ל-600 C, הצפיפות יורדת רק ב-7%;
• נקודת התכה - 1244 C;
• נקודת רתיחה - 2095 C;
• מוליכות תרמית ב-25 C היא 66.57 W / (m K), שהוא אינדיקטור נמוך למתכת;
• קיבולת חום ספציפית - 0.478 קילו-ג'יי / (ק"ג K);
• מקדם ההתפשטות הליניארית, הנמדד ב-20 C, שווה ל-22.3 10 -6 deg -1 - ; קיבולת החום והמוליכות התרמית של חומר גדלים באופן ליניארי עם עליית הטמפרטורה;
• התנגדות חשמלית ספציפית - 1.5-2.6 מיקרומטר מ', רק מעט גבוהה מזו של עופרת.

מנגן הוא פרמגנטי, כלומר הוא מתמגנט בשדה מגנטי חיצוני ונמשך למגנט. המתכת נכנסת למצב אנטי-פרומגנטי כאשר טמפרטורות נמוכות, וטמפרטורת המעבר עבור כל שינוי שונה.

המבנה וההרכב של מנגן מתוארים להלן.

מנגן ותרכובותיו הוא הנושא של הסרטון שלהלן:

מבנה והרכב

מתוארים ארבעה שינויים מבניים של החומר, שכל אחד מהם יציב בטווח טמפרטורות מסוים. היתוך עם מתכות מסוימות יכול לייצב כל שלב.

• עד 707 Cה-a-modification יציב. – סריג מרוכז בגוף מעוקב, שתא היחידה שלו כולל 58 אטומים. מבנה כזה מורכב מאוד וגורם לשבריריות גבוהה של החומר. האינדיקטורים שלו - קיבולת חום, מוליכות תרמית, צפיפות, ניתנים כתכונות של חומר.
• ב-700-1079 Cיציב הוא שלב b עם אותו סוג של סריג, אבל עם מבנה פשוט יותר: התא הוא 20 אטומים. בשלב זה, מנגן מפגין פלסטיות מסוימת. צפיפות ה-b-modification היא 7.26 גרם לקוב. ראה. קל לתקן את הפאזה - על ידי כיבוי החומר בטמפרטורה מעל טמפרטורת מעבר הפאזה.
• בטמפרטורות מ-1079 C עד 1143שלב ה-g יציב. הוא מאופיין בסריג במרכז פנים מעוקב עם תא של 4 אטומים. השינוי הוא פלסטיק. עם זאת, לא ניתן לתקן את השלב לחלוטין עם הקירור. בטמפרטורת המעבר, צפיפות המתכת היא 6.37 גרם לקוב. ס"מ, במצב רגיל - 7, 21 גרם / מ"ק. ס"מ.
• מעל טמפרטורה של 1143 C ועד לרתיחהשלב ה-d עם סריג מעוקב במרכז הגוף מיוצב, שהתא שלו כולל 2 אטומים. צפיפות השינוי היא 6.28 גרם לקוב. ראה. מעניין, d-Mn יכול להיכנס למצב אנטי-פרומגנטי בטמפרטורה גבוהה - 303 C.

למעברי פאזות חשיבות רבה בהשגת סגסוגות שונות, במיוחד מאז מאפיינים פיזייםשינויים מבניים שונים.

ייצור מנגן מתואר להלן.

הפקה

בעיקרון, אבל יש גם פיקדונות עצמאיים. לפיכך, עד 40% מהעתודות העולמיות של עפרות מנגן מרוכזות בשטח מרבץ צ'יאטורה.

האלמנט מפוזר כמעט בכל סלעים, קל לשטוף החוצה. התוכן שלו ב מי יםהוא קטן, אך בקרקעית האוקיינוסים, יחד עם ברזל, הוא יוצר גושים, שבהם תכולת היסוד מגיעה ל-45%. פיקדונות אלה נחשבים מבטיחים להמשך פיתוח.

יש מעט מרבצים גדולים של מנגן בשטחה של רוסיה, ולכן עבור הפדרציה הרוסית זהו חומר גלם נדיר ביותר.

המינרלים המפורסמים ביותר הם פירולוזיט, מגנטיט, בראוניט, מנגן ספל וכן הלאה. תכולת היסוד בהם נעה בין 62 ל-69%. הם נכרים במחצבה או בשיטת מכרה. ככלל, העפר נשטף מראש.

השגת מנגן קשורה ישירות לשימוש בו. הצרכן העיקרי שלו הוא תעשיית הפלדה, ולצרכיה לא המתכת עצמה נדרשת, אלא השילוב שלה עם ברזל - פרומנגן. לכן, אם מדברים על ייצור מנגן, הם מתכוונים לעתים קרובות לתרכובת הנחוצה במטלורגיית ברזל.

בעבר, פרומנגן הופק בתנורי פיצוץ. אבל בגלל המחסור בקוקס והצורך להשתמש בעפרות מנגן גרועות, היצרנים עברו להתכה בתנורים חשמליים.

להמסה משתמשים בתנורים פתוחים וסגורים מרופדים בפחם - בדרך זו מתקבל פחמן פרומנגן. ההתכה מתבצעת במתח של 110-160 וולט, בשתי שיטות - שטף וללא שטף. השיטה השנייה חסכונית יותר, מכיוון שהיא מאפשרת לחלץ את היסוד בצורה מלאה יותר, אולם עם תכולה גבוהה של סיליקה בעפרה, אפשרית רק שיטת השטף.

• שיטה ללא שטף- תהליך מתמשך. התערובת של עפרות מנגן, קולה ושבבי ברזל מועמסת תוך כדי התכה מחדש. חשוב לוודא שכמות החומר המצמצם מספיקה. פרומנגן וסיג מיוצרים בו זמנית 5-6 פעמים בכל משמרת.
• סיליקומנגןמיוצר בשיטה דומה בכבשן התכה חשמלי. המטען, בנוסף לעפרה, כולל סיגים מנגן - ללא זרחן, קוורציט וקולה.
• מנגן מתכתמתקבל בדומה להתכה של פרומנגן. חומר הגלם הוא פסולת מיציקה וחיתוך של הסגסוגת. לאחר המסת הסגסוגת והתערובת מוסיפים סיליקומנגן, ו-30 דקות לפני סיום ההיתוך מפריחים אותו באוויר דחוס.
• מתקבל חומר טהור מבחינה כימית הַפרָדָה חַשְׁמָלִית.

יישום

90% מייצור המנגן בעולם הולך לתעשיית הפלדה. יתרה מכך, רוב המתכות נדרשות לא להשיג סגסוגות מנגן בעצמן, אלא עבור וכוללות 1% מהיסוד. יתר על כן, הוא יכול להחליף לחלוטין את הניקל אם תכולתו מוגדלת ל-4-16%. העובדה היא כי מנגן, כמו גם מייצב את שלב austenite פלדה.

מנגן יכול להוריד משמעותית את טמפרטורת המעבר של אוסטניט לפריט, מה שמונע משקעים של קרביד ברזל. לכן מוצר מוגמררוכש קשיחות וחוזק יותר.

אלמנט המנגן משמש להשגת עמיד בפני קורוזיה - מ-1%. חומר כזה משמש בתעשיית עיבוד המזון בייצור של מגוון מיכלים. סגסוגות מתכת עם - משמשות לייצור מדחפים ימיים, מיסבים, גלגלי שיניים וחלקים אחרים במגע עם מי ים.

התרכובות שלו נמצאות בשימוש נרחב מאוד בתעשייה הלא מתכתית - ברפואה, בחקלאות ובתעשיות הכימיות.

מנגן היא מתכת מעניינת לא כל כך בפני עצמה אלא בתכונות של תרכובותיה הרבות. עם זאת, קשה להפריז בחשיבותו כאלמנט מתג.

התגובה של תחמוצת מנגן עם אלומיניום מודגמת בסרטון זה:

מינרלים מנגן ידועים כבר זמן רב. חוקר הטבע הרומי הקדום פליניוס מזכיר אבן שחורה, ששימשה לשינוי צבע מסת זכוכית נוזלית; זה היה על המינרל פירולוזיט MnO 2 . בגרוזיה, פירולוסיט שימש מאז ימי קדם כחומר מילוי בייצור ברזל. במשך זמן רבפירולוזיט נקרא מגנזיה שחורה ונחשב למעין עפרת ברזל מגנטית (מגנטיט). בשנת 1774, K. Scheele הראה כי מדובר בתרכובת של מתכת לא ידועה, ומדען שוודי אחר, J. Gan, על ידי חימום חזק של תערובת של פירולוסיט עם פחם, והשיג מנגן מזוהם בפחמן. השם מנגן נגזר באופן מסורתי מהמנגנרז הגרמני - עפרת מנגן.

הפצת מנגן בטבע.תכולת המנגן הממוצעת בקרום כדור הארץ היא 0.1%, ברוב הסלעים המאתיים 0.06-0.2% במשקל, שם הוא נמצא במצב מפוזר בצורת Mn 2+ (אנלוגי ל-Fe 2+). על פני כדור הארץ, Mn 2+ מתחמצן בקלות; מינרלים Mn 3+ ו-Mn 4+ מוכרים גם כאן. בביוספרה, מנגן נודד במרץ בתנאים מצמצמים ואינו פעיל בסביבה מחמצת. המנגן הוא נייד ביותר במים החומציים של נופי הטונדרה והיער, שם הוא בצורת Mn 2+. תכולת המנגן מוגברת כאן לעתים קרובות, וצמחים תרבותיים במקומות סובלים מעודף מנגן; בקרקעות, אגמים, ביצות, גושי ברזל-מנגן, עפרות לקסטרין וביצות נוצרים. בערבות יבשות ובמדבריות בסביבת חמצון אלקלית, מנגן אינו פעיל, אורגניזמים דלים במנגן, צמחים תרבותיים זקוקים לרוב למיקרו-דשן מנגן. מי הנהר דלים במנגן (10 -6 -10 -5 גרם/ליטר), עם זאת, ההסרה הכוללת של יסוד זה על ידי נהרות היא עצומה, ורובו מופקד ב אזור החוף. יש אפילו פחות מנגן במי האגמים, הימים והאוקיינוסים; במקומות רבים על קרקעית האוקיינוס, נפוצים גושי פרומנגן, שנוצרו בתקופות גיאולוגיות קודמות.

תכונות פיזיקליות של מנגן.הצפיפות של מנגן היא 7.2-7.4 גרם/ס"מ 3; t pl 1245 מעלות צלזיוס; חבילת t 2150 מעלות צלזיוס. למנגן יש 4 פולימורפים: α-Mn (סריג מעוקב במרכז גוף עם 58 אטומים ליחידת תא), β-Mn (קובי במרכז גוף עם 20 אטומים לתא), γ-Mn (טטראגונל עם 4 אטומים לתא) ו-δ -Mn (מרכז גוף מעוקב). טמפרטורת טרנספורמציה: α=β 705 °С; β=γ 1090 °С ו-γ=δ 1133 °С; שינוי α הוא שביר; γ (ובחלקו β) הוא פלסטיק, וזה חשוב בעת יצירת סגסוגות.

הרדיוס האטומי של מנגן הוא 1.30 Å. רדיוסים יוניים (ב-Å): Mn 2+ 0.91, Mn 4+ 0.52; Mn7+ 0.46. תכונות פיזיקליות אחרות של α-Mn: חום סגולי (ב-25 מעלות צלזיוס) 0.478 kJ/(kg K) [t. e. 0.114 קק"ל/(גרם מעלות צלזיוס)]; מקדם טמפרטורה של התפשטות ליניארית (ב-20°C) 22.3·10 -6 מעלות -1; מוליכות תרמית (ב-25 מעלות צלזיוס) 66.57 W/(m K) [t. e. 0.159 cal/(cm sec °C)]; התנגדות חשמלית נפחית ספציפית 1.5-2.6 μm·m (כלומר 150-260 μΩ·cm): מקדם טמפרטורה של התנגדות חשמלית (2-3)·10 -4 מעלות -1. מנגן הוא פרמגנטי.

תכונות כימיות של מנגן.מבחינה כימית, מנגן פעיל למדי; כאשר הוא מחומם, הוא יוצר אינטראקציה נמרצת עם לא-מתכות - חמצן (נוצרת תערובת של תחמוצות מנגן בעלות ערכיות שונה), חנקן, גופרית, פחמן, זרחן ואחרים. בטמפרטורת החדר, מנגן אינו משתנה באוויר: הוא מגיב לאט מאוד עם מים. הוא מתמוסס בקלות בחומצות (הידרוכלוריות, גופריתיות מדוללות), ויוצרים מלחים של מנגן דו ערכי. כאשר מחומם בוואקום, מנגן מתאדה בקלות אפילו מסגסוגות.

מנגן יוצר סגסוגות עם יסודות כימיים רבים; רוב המתכות מתמוססות בשינויים האישיים שלה ומייצבות אותן. אז, Cu, Fe, Co, Ni ואחרים מייצבים את שינוי ה-γ. Al, Ag ואחרים מרחיבים את אזורי ה-β-ו-σ-Mn בסגסוגות בינאריות. יש לכך חשיבות רבה לייצור סגסוגות המבוססות על מנגן הניתנות לעיוות פלסטי (זיוף, גלגול, הטבעה).

בתרכובות, מנגן בדרך כלל מציג ערכיות של 2 עד 7 (מצבי החמצון היציבים ביותר הם +2, +4 ו-+7). עם עלייה בדרגת החמצון, חמצוני ו תכונות חומצהתרכובות מנגן.

תרכובות Mn(+2) הן חומרים מפחיתים. תחמוצת MnO - אבקה אפורה-ירוקה; בעל תכונות בסיסיות. לא מסיס במים ובאלקליות, מסיס בחומצות. Mn(OH) 3 הידרוקסיד הוא חומר לבן, בלתי מסיס במים. תרכובות Mn(+4) יכולות לפעול הן כחומרי חמצון (א) והן כחומרים מפחיתים (ב):

MnO 2 + 4HCl \u003d MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O (א)

(לפי מהדורה זו, כלור מתקבל במעבדות)

MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = 3K 2 MnO 4 + KCl + 3H 2 O (ב)

(התגובה ממשיכה במהלך היתוך).

תחמוצת מנגן (II) MnO 2 - שחור-חום, הידרוקסיד המקביל Mn (OH) 4 - חום כהה. שתי התרכובות אינן מסיסות במים, שתיהן אמפוטריות עם דומיננטיות קלה של הפונקציה החומצית. מלחים מסוג K 2 MnO 4 נקראים מנגניטים.

מבין תרכובות Mn(+6) החומצה הפרמנגנית ומלחי המנגנט שלה הם האופייניים ביותר. תרכובות Mn(+7) חשובות מאוד - חומצת מנגן, מנגן אנהידריד ופרמנגנטים.

מקבל מנגן.המנגן הטהור ביותר מתקבל בתעשייה לפי השיטה של ​​האלקטרוכימאי הסובייטי R. I. Agladze (1939) על ידי אלקטרוליזה של תמיסות מימיות בתוספת של (NH 4) 2 SO 4 ב-pH = 8.0-8.5. התהליך מתבצע עם אנודות עופרת וקתודות העשויות מסגסוגת טיטניום AT-3 או נירוסטה. פתיתי מנגן מוסרים מהקתודות ובמידת הצורך מומסים מחדש. בתהליך הלוגן, למשל, הכלרה של עפרות Mn והפחתת הלידים, מתקבל מנגן בכמות זיהומים של כ-0.1%. פחות מנגן טהור מתקבל על ידי אלומינותרמיה לפי התגובה:

3Mn 3 O 4 + 8Al \u003d 9Mn + 4Al 2 O 3

כמו גם אלקטרו-תרמית.

יישום של מנגן.הצרכן העיקרי של מנגן הוא מתכות ברזל, אשר צורכת בממוצע כ-8-9 ק"ג מנגן לכל טון פלדה המותכת. כדי להכניס מנגן לפלדה, לרוב משתמשים בסגסוגות שלו עם ברזל - פרומנגן (70 - 80% מנגן, 0.5 - 7.0% פחמן, השאר הוא ברזל וזיהומים). הוא מותך בתנורי פיצוץ וחשמליים. פרומנגן עתיר פחמן משמש לסילוק חמצון והסרת גופרית של פלדה; פחמן בינוני ונמוך - לסגסוגת פלדה. פלדה מבנית וסגסוגת נמוכה מכילה 0.9 - 1.6% Mn; פלדה בעלת סגסוגת גבוהה ועמידה מאוד בפני שחיקה עם 15% Mn ו-1.25% C (הומצאה על ידי המטלורג האנגלי R. Geirild ב-1883) הייתה אחת מפלדות הסגסוגת הראשונות. נירוסטה נטולת ניקל המכילה 14% Cr ו-15% Mn מיוצרת בברית המועצות.

מנגן משמש גם בסגסוגות לא ברזליות. סגסוגות של נחושת עם מנגן משמשות לייצור להבי טורבינה; ברונזה מנגן - בייצור מדחפים וחלקים אחרים בהם יש צורך בשילוב של חוזק ועמידות בפני קורוזיה. כמעט כל סגסוגות האלומיניום התעשייתיות וסגסוגות המגנזיום מכילות מנגן. פותחו סגסוגות מחושלות המבוססות על מנגן סגסוגת עם נחושת, ניקל ואלמנטים אחרים. ציפוי מנגן מצופה אלקטרו משמש להגנה על מוצרי מתכת מפני קורוזיה.

תרכובות מנגן משמשות גם לייצור תאים גלווניים; בייצור זכוכית ובתעשיית הקרמיקה; בענף הצביעה והדפוס, בחקלאות וכו'.

מנגן בגוף.מנגן מופץ באופן נרחב בטבע, בהיותו מרכיב קבוע של אורגניזמים צמחיים ובעלי חיים. תכולת המנגן בצמחים היא עשרת אלפים-מאות, ובבעלי חיים - מאות אלפיות-אלפי האחוז. חסרי חוליות עשירים יותר במנגן מבעלי חוליות. בקרב צמחים, כמות משמעותית של מנגן מצטברת על ידי כמה פטריות חלודה, ערמוני מים, ברווז, חיידקים מהסוג Leptothrix, Crenothrix וכמה דיאטומים (Cocconeis) (עד כמה אחוזים באפר), בקרב בעלי חיים - נמלים אדומות, כמה רכיכות וסרטנים (עד מאיות האחוז). מנגן הוא מפעיל של מספר אנזימים, משתתף בתהליכי הנשימה, פוטוסינתזה, ביוסינתזה של חומצות גרעין ואחרות, משפר את פעולת האינסולין והורמונים אחרים, משפיע על ההמטופואזה ומטבוליזם מינרלים. מחסור במנגן בצמחים גורם לנמק, כלורוזיס של תפוח ופירות הדר, כתמים של דגנים, כוויות בתפוחי אדמה, שעורה ועוד. מנגן נמצא בכל האיברים והרקמות של האדם (הכבד, השלד ובלוטת התריס הם העשירים ביותר בו) . הדרישה היומית של בעלי חיים ובני אדם למנגן היא מ"ג בודדים (ביום אדם מקבל 3-8 מ"ג מנגן עם האוכל). הצורך במנגן עולה עם פעילות גופנית, עם חוסר אוֹר שֶׁמֶשׁ; ילדים צריכים יותר מנגן מאשר מבוגרים. הוכח כי המחסור במנגן במזון של בעלי חיים משפיע לרעה על גדילתם והתפתחותם, גורם לאנמיה, מה שנקרא טטני הנקה, הפרה של חילוף החומרים המינרלים. רקמת עצם. כדי למנוע מחלות אלה, מלחי מנגן מוכנסים למזון.

ברפואה, חלק ממלחי מנגן (לדוגמה, KMnO 4) משמשים כחומרי חיטוי. תרכובות מנגן המשמשות בתעשיות רבות יכולות להיות השפעה רעילהעל הגוף. הנכנס לגוף בעיקר דרך דרכי הנשימה, מנגן מצטבר באיברים פרנכימליים (כבד, טחול), עצמות ושרירים ומופרש באיטיות לאורך שנים רבות. הריכוז המרבי המותר של תרכובות מנגן באוויר הוא 0.3 מ"ג/מ"ר. במקרה של הרעלה חמורה, נצפה נזק מערכת עצביםעם התסמונת האופיינית של מנגן פרקינסוניזם. טיפול: טיפול בוויטמין, תרופות אנטיכולינרגיות ואחרות. מניעה: שמירה על כללי הבריאות התעסוקתית.

כימיה של מתכות

הרצאה 2

מתכות של תת-קבוצה VIIB

מאפיינים כלליים של מתכות של תת-קבוצת VIIB.

כימיה של מנגן

תרכובות Mn טבעיות

תכונות פיזיקליות וכימיות של מתכת.

תרכובות Mn. תכונות החיזור של התרכובת

תיאור קצר של Tc ו-Re.

מוציא להורג:

אירוע מס'

מתכות של תת-קבוצה VIIB

מאפיינים כלליים

						תת-קבוצת VIIB נוצרת על ידי אלמנטים d: Mn, Tc, Re, Bh.
						מתוארים אלקטרונים ערכיים נוסחה כללית:
						(n–1)ד 5 ns2
							חומרים פשוטים - מתכות, אפור כסוף,
			מַנגָן
						כבד, עם נקודות התכה גבוהות, אשר
						להגדיל במהלך המעבר מ-Mn ל-Re, כך
						ההתמזגות של Re היא שנייה רק ​​ל-W.
							Mn הוא בעל החשיבות המעשית הגדולה ביותר.
			טכניום				יסודות Tc, Bh - יסודות רדיואקטיביים, מלאכותיים
						מתקבל ישירות כתוצאה מהיתוך גרעיני; מִחָדָשׁ-
						פריט נדיר.
							האלמנטים Tc ו-Re דומים יותר זה לזה מאשר
						עם מנגן. ל-Tc ול-Re יש גבוה יותר יציב
						גדם חמצון, אז אלמנטים אלה נפוצים
						תרכובות במצב חמצון 7 מוזרות.
							Mn מאופיין במצבי חמצון: 2, 3, 4,
							יותר יציב -				2 ו-4. מצבי חמצון אלו

מופיעים בתרכובות טבעיות. הכי

מינרלים מוזרים Mn: pyrolusite MnO2 ו- rhodochrosite MnCO3.

תרכובות Mn(+7) ו-(+6) הן מחמצנים חזקים.

הדמיון הגדול ביותר של Mn, Tc, Re הוא מחומצן מאוד

זה מתבטא באופיים החומצי של תחמוצות והידרוקסידים גבוהים יותר.

מוציא להורג:

אירוע מס'

ההידרוקסידים הגבוהים יותר של כל היסודות של תת-קבוצת VIIB הם חזקים

חומצות עם הנוסחה הכללית HEO4.

בדרגת החמצון הגבוהה ביותר, היסודות Mn, Tc, Re מראים קווי דמיון עם היסוד של תת-הקבוצה הראשית של כלור. חומצות: HMnO4, HTcO4, HReO4 ו

HClO4 הם חזקים. האלמנטים של תת-הקבוצה VIIB מאופיינים ב- בולט

דמיון עם שכניו בסדרה, בפרט, Mn מראה דמיון עם Fe. בטבע, תרכובות Mn תמיד מתקיימות יחד עם תרכובות Fe.

מרגנזי

מצבי חמצון אופייניים

			אלקטרונים ערכיים Mn - 3d5 4s2 .
			התארים הנפוצים ביותר
	3d5 4s2	מַנגָן	החמצון ב-Mn הם 2, 3, 4, 6, 7;
			יציב יותר - 2 ו-4. IN תמיסות מימיות
			מצב חמצון +2 יציב בחומצה, ו-+4 - אינץ'

סביבה ניטרלית, מעט בסיסית ומעט חומצית.

תרכובות Mn(+7) ו-(+6) מציגות תכונות חמצון חזקות.

אופי החומצה-בסיס של תחמוצות והידרוקסידים של Mn הוא באופן טבעי

משתנה בהתאם למצב החמצון: במצב חמצון +2, התחמוצת וההידרוקסיד הם בסיסיים, ובמצב החמצון הגבוה ביותר, הם חומציים,

יתר על כן, HMnO4 היא חומצה חזקה.

בתמיסות מימיות, Mn(+2) קיים בצורה של אקווקציות

2+ , אשר לשם הפשטות מציינים Mn2+ . מנגן במצבי חמצון גבוהים נמצא בתמיסה בצורה של טטראוקסוניונים: MnO4 2– ו

MnO4 - .

מוציא להורג:

אירוע מס'

תרכובות טבעיות וייצור מתכות

היסוד Mn נפוץ ביותר בקרום כדור הארץ בין מתכות כבדות.

המלכוד עוקב אחרי ברזל, אך הוא נחות ממנו באופן ניכר: תכולת Fe היא כ-5%, ו-Mn הוא רק כ-0.1%. במנגן, תחמוצת-

ניי וקרבונט ועפרות. מינרלים הם בעלי החשיבות הגדולה ביותר: פירולו-

zit MnO2 ו-Rhodochrosite MnCO3.

להשיג את Mn

בנוסף למינרלים אלה, hausmannite Mn3 O4 משמש להשגת Mn

ותחמוצת פסילומלן מוידת MnO2. xH2 O. בעפרות מנגן, הכל

מנגן משמש בעיקר לייצור פלדות בדרגות מיוחדות בעלות חוזק גבוה ועמידות בפני פגיעות. לכן, os-

כמות חדשה של Mn מתקבלת לא בצורה טהורה, אלא בצורה של פרומנגן

tsa - סגסוגת של מנגן וברזל המכילה בין 70 ל-88% Mn.

הנפח הכולל של הייצור העולמי השנתי של מנגן, כולל בצורת פרומנגן, ~ (10 12) מיליון טון לשנה.

כדי להשיג פרומנגן, עפרות תחמוצת מנגן מופחתות

פֶּחָם.

MnO2 + 2C = Mn + 2CO

מוציא להורג:

אירוע מס'

יחד עם תחמוצות Mn, תחמוצות Fe הכלולות ב-

דה. כדי להשיג מנגן עם תכולה מינימלית של Fe ו-C, תרכובות

Fe מופרד מראש ומתקבל תחמוצת מעורבת Mn3 O4

(MnO. Mn2 O3). לאחר מכן הוא מופחת עם אלומיניום (פירולוזיט מגיב עם

אל אלים מדי).

3Mn3 O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2 O3

מנגן טהור מתקבל בשיטה הידרומטלורגית. לאחר הכנה ראשונית של מלח MnSO4, באמצעות תמיסה של Mn סולפט,

התחל זרם חשמלי, מנגן מופחת בקתודה:

Mn2+ + 2e– = Mn0 .

חומר פשוט

מנגן הוא מתכת אפורה בהירה. צפיפות - 7.4 גרם/סמ"ק. נקודת התכה - 1245O C.

	זוהי מתכת פעילה למדי, E(Mn		/ Mn) \u003d - 1.18 V.
		הוא מתחמצן בקלות לקטיון Mn2+ בדילול
		חומצות חדשות.
		Mn + 2H+ = Mn2+ + H2
		מנגן הוא פסיבי במרוכז
		חומצות חנקתיות וגופרית, אבל בחימום
	אורז. מנגן - סה-	מתחיל לתקשר איתם לאט, אבל
	מתכת שיפון, דומה	אפילו בהשפעת חומרים חמצוניים חזקים כאלה
	לברזל
		Mn נכנס לקטיון

Mn2+ . כאשר מחומם, אבקת מנגן אינטראקציה עם מים עם

שחרור של H2.

עקב חמצון באוויר, מנגן מתכסה בכתמים חומים,

באווירת חמצן, מנגן יוצר תחמוצת

Mn2 O3, ובטמפרטורה גבוהה יותר תחמוצת מעורבת MnO. Mn2O3

(Mn3 O4).

מוציא להורג:

אירוע מס'

בחימום, מנגן מגיב עם הלוגנים וגופרית. זיקה Mn

לגופרית יותר מברזל, אז כשמוסיפים פרומנגן לפלדה,

גופרית המומסת בו נקשרת ל-MnS. Sulfide MnS אינו מתמוסס במתכת ונכנס לתוך הסיגים. חוזק הפלדה לאחר הסרת הגופרית, הגורם לשבירות, עולה.

בטמפרטורות גבוהות מאוד (>1200 0 C), מנגן, באינטראקציה עם חנקן ופחמן, יוצר ניטרידים וקרבידים שאינם סטוכיומטריים.

תרכובות מנגן

תרכובות מנגן (+7)

כל תרכובות Mn(+7) מציגות תכונות חמצון חזקות.

אשלגן פרמנגנט KMnO 4 - המתחם הנפוץ ביותר

Mn(+7). בצורתו הטהורה, החומר הגבישי הזה הוא כהה

סָגוֹל. כאשר פרמנגנט גבישי מחומם, הוא מתפרק

		2KMnO4 = K2 MnO4 + MnO2 + O2
		תגובה זו ניתן לקבל במעבדה
		Anion MnO4 - כתמים פתרונות של קבוע
		גנאטה בצבע פטל-סגול. על
		משטחים במגע עם התמיסה
אורז. הפתרון של KMnO4 הוא ורוד		KMnO4, בשל יכולתו של פרמנגנט להתחמצן
סָגוֹל		יוצקים מים, דק צהוב-חום
		סרטי תחמוצת MnO2.
	4KMnO4 + 2H2O = 4MnO2 + 3O2 + 4KOH

כדי להאט את התגובה הזו, המואצת על ידי האור, מאוחסנים פתרונות KMnO4

יאט בבקבוקים כהים.

כאשר מוסיפים כמה טיפות של מרוכז

חומצה גופרתית, נוצרת אנהידריד פרמנגני.

מוציא להורג:

אירוע מס'

2KMnO4 + H2 SO4 2Mn2 O7 + K2 SO4 + H2 O

Oxide Mn 2 O 7 הוא נוזל שמן כבד בצבע ירוק כהה. זוהי תחמוצת המתכת היחידה שקיימת בתנאים רגילים

ditsya במצב נוזלי (נקודת התכה 5.9 0 C). לתחמוצת יש שומה-

מבנה רגיל, מאוד לא יציב, ב-55 0 C הוא מתפרק בפיצוץ. 2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2

Oxide Mn2 O7 הוא חומר חמצון חזק ואנרגטי מאוד. רבים או-

חומרים אורגניים מתחמצנים בהשפעתו ל-CO2 ו-H2 O. Oxide

Mn2 O7 נקרא לפעמים התאמות כימיות. אם מוט זכוכית ספוג ב-Mn2 O7 ומביא אותו למנורת רוח, הוא יידלק.

כאשר Mn2 O7 מומס במים, נוצרת חומצה פרמנגני.

חומצה HMnO 4 היא חומצה חזקה, קיימת רק במים

פתרון nom, לא היה מבודד במדינה החופשית. חומצה HMnO4 מתפרקת -

Xia עם שחרור O2 ו-MnO2.

כאשר מוסיפים אלקלי מוצק לתמיסה של KMnO4, היווצרות של

מנגנט ירוק.

4KMnO4 + 4KOH (c) = 4K2 MnO4 + O2 + 2H2 O.

כאשר KMnO4 מחומם עם חומצה הידרוכלורית מרוכזת, הוא נוצר

קיים גז Cl2.

2KMnO4 (c) + 16HCl (ריכוז) = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2 O + 2KCl

בתגובות אלו באות לידי ביטוי תכונות החמצון החזקות של פרמנגנט.

תוצרי האינטראקציה של KMnO4 עם חומרים מפחיתים תלויים בחומציות התמיסה שבו מתרחשת התגובה.

בתמיסות חומציות נוצר קטיון Mn2+ חסר צבע.

MnO4 – + 8H+ +5e–  Mn2+ + 4H2 O; (E0 = +1.53 V).

משקע חום של MnO2 נופל מתמיסות ניטרליות.

MnO4 – +2H2 O +3e–  MnO2 + 4OH– .

בתמיסות אלקליות נוצר האניון הירוק MnO4 2–.

מוציא להורג:

אירוע מס'

אשלגן פרמנגנט מתקבל באופן מסחרי או ממנגן

(מחמצן אותו באנודה בתמיסה אלקלית), או מפירולוזיט (MnO2 טרום-

מחומצן ל-K2 MnO4, אשר מחומצן לאחר מכן ל-KMnO4 באנודה).

תרכובות מנגן (+6)

מנגנטים הם מלחים עם האניון MnO4 2–, בעלי צבע ירוק עז.

האניון MnO4 2─ יציב רק במדיה אלקליין חזק. תחת פעולת מים ובמיוחד חומצה, מנגנטים אינם פרופורציונליים ליצירת תרכובות

של Mn במצבי חמצון 4 ו-7.

3MnO4 2– + 2H2 O= MnO2 + 2MnO4 – + 4OH–

מסיבה זו, החומצה H2 MnO4 אינה קיימת.

ניתן להשיג מנגנטים על ידי איחוי MnO2 עם אלקליות או קרבונט-

mi בנוכחות חומר מחמצן.

2MnO2 (c) + 4KOH (l) + O2 = 2K2 MnO4 + 2H2 O

מנגנטים הם חומרי חמצון חזקים , אבל אם הם מושפעים

עם חומר חמצון חזק עוד יותר, הם הופכים לפרמנגנטים.

חוסר פרופורציה

תרכובות מנגן (+4)

הוא מתחם Mn היציב ביותר. תחמוצת זו מצויה בטבע (המינרל פירולוזיט).

תחמוצת MnO2 היא חומר שחור-חום בעל גבישי חזק מאוד

סריג cal (זהה לזה של Rutil TiO2). מסיבה זו, למרות העובדה ש-MnO 2 הוא אמפוטרי, הוא אינו מגיב עם תמיסות אלקליות וחומצות מדוללות (בדיוק כמו TiO2). הוא מתמוסס בחומצות מרוכזות.

MnO2 + 4HCl (ריכוז) = MnCl2 + Cl2 + 2H2 O

התגובה משמשת במעבדה לייצור Cl2.

כאשר MnO2 מומס בחומצה גופרתית וחנקתית מרוכזת, נוצרים Mn2+ ו-O2.

לפיכך, בסביבה חומצית מאוד, MnO2 נוטה להיכנס

קטיון Mn2+.

MnO2 מגיב עם אלקליות רק בהמסה עם היווצרות מעורב

תחמוצות ny. בנוכחות חומר מחמצן, מנגנטים נוצרים בהמסות אלקליות.

תחמוצת MnO2 משמשת בתעשייה כחומר מחמצן זול. באופן מיוחד, חיזוראינטראקציה

2 מתפרק עם שחרור O2 ויוצרים

חמצון של תחמוצות Mn2 O3 ו-Mn3 O4 (MnO. Mn2 O3).

הידרוקסיד Mn (+4) אינו מבודד במהלך הפחתת הפרמנגנט והאדם-

ganate במדיה ניטרלית או מעט בסיסית, כמו גם במהלך חמצון

Mn (OH) 2 ו-MnOOH מתמיסות משקע חום כהה של hydrated

של MnO2.

תחמוצת Mn(+3) והידרוקסידבעלי אופי בסיסי. אלה מוצקים

חום, בלתי מסיס במים וחומרים לא יציבים.

בעת אינטראקציה עם חומצות מדוללות, הן אינן פרופורציונליות

הם יוצרים תרכובות Mn במצבי חמצון 4 ו-2. 2MnOOH + H2 SO4 = MnSO4 + MnO2 + 2H2 O

הם מגיבים עם חומצות מרוכזות באותו אופן כמו

MnO2, כלומר. במדיום חומצי, הם הופכים לקטיון Mn2+. בסביבה בסיסית, הם מתחמצנים בקלות באוויר ל-MnO2.

תרכובות מנגן (+2)

בתמיסות מימיות, תרכובות Mn(+2) יציבות בסביבה חומצית.

תחמוצת והידרוקסיד Mn (+2) הם בסיסיים, מסיסים בקלות

יינן בחומצות ליצירת קטיון Mn2+ hydrated.

תחמוצת MnO - תרכובת גבישית עמידה בצבע אפור-ירוק

(נקודת התכה - 18420 C). ניתן להשיג על ידי פירוק קאר-

bonate בהיעדר חמצן.

MnCO3 = MnO + CO2.

MnO אינו מתמוסס במים.

מוציא להורג:

מוציא להורג:

אירוע מס'

מנגן (יסוד כימי)

מנגן (lat. Manganum), Mn, יסוד כימי עם מספר אטומי 25, מסה אטומית 54.9380. הסמל הכימי של היסוד Mn מבוטא זהה לשם היסוד עצמו. מנגן טבעי מורכב רק מהנוקליד (ס"מ. NUCLIDE) 55 מיליון התצורה של שתי שכבות האלקטרונים החיצוניות של אטום המנגן היא 3s 2 p 6 d 5 4s 2 . במערכת המחזורית של D.I. Mendeleev, מנגן נכלל בקבוצה VIIB, הכוללת גם טכניום (ס"מ. TECHNETIUM)ורניום (ס"מ. RHENIUM), והוא ממוקם בתקופה הרביעית. הוא יוצר תרכובות במצבי חמצון מ-+2 (ערכיות II) עד +7 (ערכיות VII), התרכובות היציבות ביותר בהן מנגן מפגין מצבי חמצון +2 ו-+7. במנגן, כמו במתכות מעבר רבות אחרות, יש גם תרכובות המכילות אטומי מנגן במצב חמצון 0.
הרדיוס של אטום המנגן הנייטרלי הוא 0.130 ננומטר, הרדיוס של יון Mn 2+ הוא 0.080-0.104 ננומטר, והרדיוס של יון Mn 7+ הוא 0.039-0.060 ננומטר. האנרגיות של יינון עוקב של אטום המנגן הן 7.435, 15.64, 33.7, 51.2, 72.4 eV. בסולם פאולינג, האלקטרושליליות של מנגן היא 1.55; מנגן שייך למספר מתכות המעבר. מנגן בצורה קומפקטית היא מתכת קשה, כסופה-לבנה.
היסטוריית גילוי
אחד החומרים העיקריים של מנגן הוא פירולוזיט (ס"מ. PYROLUSITE)- נודע בעת העתיקה כמגנזיה שחורה ושימשה בהמסת זכוכית כדי להאיר אותה. זה נחשב למעין עפרת ברזל מגנטית, ואת העובדה שהוא לא נמשך על ידי מגנט, הסביר פליניוס האב על ידי המין הנשי של מגנזיה שחורה, שהמגנט "אדיש" אליו. בשנת 1774, הכימאי השבדי ק (ס"מ. SCHEELE קרל וילהלם)הראה שהעפרה מכילה מתכת לא ידועה. הוא שלח דגימות של העפרה לחברו, הכימאי יו. גאן (ס"מ. GAN יוהאן גוטליב), אשר על ידי חימום פירולוסיט עם פחם בתנור, השיג מנגן מתכתי. בתחילת המאה ה-19 השם "מנגן" אומץ עבורו (מהגרמנית Manganerz - עפרת מנגן).
להיות בטבע
בקרום כדור הארץ תכולת המנגן היא כ-0.1% במשקל. מנגן אינו מופיע בצורה חופשית. מבין העפרות, הנפוצות ביותר הן פירולוזיט MnO 2 (מכיל 63.2% מנגן), מנגן. (ס"מ.מנגניט) MnO 2 Mn (OH) 2 (62.5% מנגן), בראוניט (ס"מ. BROWNIT) Mn 2 O 3 (69.5% מנגן), rhodochrosite (ס"מ. RHODOCHROSITE) MnCo 3 (47.8% מנגן), פסילומלן (ס"מ. PSILOMELAN) mMnO MnO 2 nH 2 O (45-60% מנגן). המנגן כלול בגושי מנגן, שנמצאים בכמויות גדולות (מאות מיליארדי טונות) בקרקעית האוקיינוס ​​השקט, האטלנטי וההודי. מי ים מכילים כ-1.0 10 -8% מנגן. לעתודות אלו של מנגן עדיין אין משמעות תעשייתית בשל הקושי להרים גושים אל פני השטח.
קַבָּלָה
ייצור תעשייתי של מנגן מתחיל בהפקה והעשרה של עפרות. אם משתמשים בעפרת מנגן קרבונט, אז היא נצלה מראש. במקרים מסוימים, העפר נתון עוד יותר לשטיפה של חומצה גופרתית. המנגן בתרכיז המתקבל מופחת לאחר מכן בדרך כלל עם קוקה קולה (הפחתה קרבוטרמית). לפעמים אלומיניום או סיליקון משמשים כחומר מפחית. למטרות מעשיות, לרוב נעשה שימוש בפרומנגן המתקבל בתהליך תנור הפיצוץ (ראה אמנות ברזל (ס"מ.בַּרזֶל)) בהפחתת עפרות ברזל ומנגן עם קולה (ס"מ.קוֹקָה קוֹלָה). בפרומנגן, תכולת הפחמן היא 6-8% במשקל. מנגן טהור מתקבל על ידי אלקטרוליזה של תמיסות מימיות של מנגן גופרתי MnSO 4, אשר מתבצעת בנוכחות אמוניום גופרתי (NH 4) 2 SO 4 .
תכונות פיזיקליות וכימיות
מנגן הוא מתכת שבירה קשה. ידועים ארבעה שינויים מעוקבים של מנגן מתכתי. בטמפרטורות מטמפרטורת החדר עד 710 מעלות צלזיוס, alpha-Mn יציב, פרמטר סריג a = 0.89125 ננומטר, צפיפות 7.44 ק"ג/דמ"מ 3 . בטווח הטמפרטורות 710-1090 מעלות צלזיוס, קיים בטא-Mn, פרמטר הסריג a = 0.6300 ננומטר; בטמפרטורות 1090-1137 מעלות צלזיוס - גמא-Mn, פרמטר סריג א = 0.38550 ננומטר. לבסוף, בטמפרטורות מ-1137 מעלות צלזיוס לנקודת ההיתוך (1244 מעלות צלזיוס), delta-Mn יציב עם פרמטר סריג a = 0.30750 ננומטר. שינוי אלפא, בטא ודלתא הם שבירים, גמא-Mn הוא רקיע. נקודת הרתיחה של מנגן היא בערך 2080 מעלות צלזיוס.
באוויר, מנגן מתחמצן, וכתוצאה מכך פני השטח שלו מכוסים בסרט תחמוצת צפוף, המגן על המתכת מפני חמצון נוסף. כאשר מבוייד באוויר מעל 800 מעלות צלזיוס, מנגן מכוסה באבנית, המורכב משכבה חיצונית של Mn 3 O 4 ושכבה פנימית של הרכב MnO. מנגן יוצר מספר תחמוצות: MnO, Mn 3 O 4, Mn 2 O 3, MnO 2 ו-Mn 2 O 7. כולם, מלבד Mn 2 O 7, שהוא נוזל ירוק שמנוני בטמפרטורת החדר עם נקודת התכה של 5.9 מעלות צלזיוס, הם מוצקים גבישיים. מנגן חד חמצני MnO נוצר על ידי פירוק של מלחי מנגן דו ערכי (קרבונט ואחרים) בטמפרטורה של כ-300 מעלות צלזיוס באטמוספירה אינרטית:
MnCO 3 \u003d MnO + CO 2
לתחמוצת זו תכונות מוליכים למחצה. כאשר MnOOH מתפרק, ניתן לקבל Mn 2 O 3. אותה תחמוצת מנגן נוצרת כאשר MnO 2 מחומם באוויר בטמפרטורה של כ-600 מעלות צלזיוס:
4MnO 2 \u003d 2Mn 2 O 3 + O 2
תחמוצת Mn 2 O 3 מופחתת על ידי מימן ל-MnO, ותחת פעולתן של חומצות גופרית וחנקתיות מדוללות עוברת למנגן דו חמצני MnO 2. אם MnO 2 מבוייד בטמפרטורה של כ 950 מעלות צלזיוס, אז החמצן מתפצל ונוצר תחמוצת מנגן עם הרכב Mn 3 O 4:
3MnO 2 \u003d Mn 3 O 4 + O 2
תחמוצת זו יכולה להיות מיוצגת בתור MnO·Mn 2 O 3, ולפי התכונות של Mn 3 O 4 היא מתאימה לתערובת של תחמוצות אלו. מנגן דו חמצני MnO 2 הוא תרכובת המנגן הטבעית הנפוצה ביותר בטבע, הקיימת במספר צורות פולימורפיות. מה שנקרא שינוי בטא של MnO 2 הוא המינרל פירולוסיט שהוזכר כבר. השינוי המעוין של מנגן דו חמצני, גמא-MnO 2 נמצא גם בטבע. זהו המינרל ramsdelite (שם נוסף הוא פוליאניט).
מנגן דו חמצני אינו סטוכיומטרי; תמיד יש חוסר חמצן בסריג שלו. אם תחמוצות מנגן, התואמות למצבי החמצון הנמוכים מ-4+, הן בסיסיות, אזי למנגן דו חמצני יש תכונות אמפוטריות. ב-170 מעלות צלזיוס, ניתן להפחית את MnO 2 עם מימן ל-MnO. אם מרוכז אשלגן permanganate KMnO 4 מתווסף חומצה גופרתית, אז נוצרת תחמוצת חומצה Mn 2 O 7, בעלת תכונות חמצון חזקות:
2KMnO 4 + 2H 2 SO 4 \u003d 2KHSO 4 + Mn 2 O 7 + H 2 O.
Mn 2 O 7 היא תחמוצת חומצית, היא עונה על ידי חומצה פרמנגני חזקה HMnO 4 שאינה קיימת במצב חופשי. כאשר מנגן יוצר אינטראקציה עם הלוגנים, נוצרים דיהלידים MnHal 2. במקרה של פלואור מתאפשרת גם היווצרות פלואורידים בהרכב MnF 3 ו-MnF 4, ובמקרה של כלור גם טריכלוריד MnCl 3. תגובות של מנגן עם גופרית מובילות להיווצרות סולפידים של הרכבים MnS (קיים בשלוש צורות פולימורפיות) ו-MnS 2. ידועה קבוצה שלמה של ניטרידים מנגן: MnN 6 , Mn 5 N 2 , Mn 4 N, MnN, Mn 6 N 5 , Mn 3 N 2 .
עם זרחן, מנגן יוצר פוספידים של הרכבים MnP, MnP 3, Mn 2 P, Mn 3 P, Mn 3 P 2 ו-Mn 4 P. ידועים מספר קרבידים וסיליקידים מנגן. מנגן מגיב לאט מאוד עם מים קרים, אך בחימום קצב התגובה עולה משמעותית, נוצר Mn (OH) 2 ומימן משתחרר. כאשר מנגן יוצר אינטראקציה עם חומצות, נוצרים מלחי מנגן(II):
Mn + 2HCl \u003d MnCl 2 + H 2.
מתמיסות של מלחים Mn 2+, ניתן לזרז בסיס מסיס גרוע במים בעלי חוזק בינוני Mn (OH) 2:
Mn(NO 3) 2 + 2NaOH \u003d Mn(OH) 2 + 2NaNO 3
מספר חומצות מתאימות למנגן, מהן החומצה הפרמנגני החזקה והבלתי יציבה H 2 MnO 4 וחומצה פרמנגני HMnO 4 הן החשובות ביותר, שהמלחים שלהן הם, בהתאמה, מנגנטים (לדוגמה, נתרן מנגנט Na 2 MnO 4) ופרמנגנטים ( לדוגמה, אשלגן פרמנגנט KMnO 4). מנגנטים (ידועים רק מנגנטים מתכת אלקלית ומנגט בריום) יכולים להפגין תכונות כחומרי חמצון (לעתים קרובות יותר)
2NaI + Na 2 MnO 4 + 2H 2 O \u003d MnO 2 + I 2 + 4NaOH,
ומשחזרים
2K 2 MnO 4 + Cl 2 = 2KMnO 4 + 2KCl.
בתמיסות מימיות, מנגנטים אינם פרופורציונליים לתרכובות מנגן (+4) ומנגן (+7):
3K 2 MnO 4 + 3H 2 O \u003d 2KMnO 4 + MnO 2 H 2 O + 4 KOH.
במקרה זה, צבע התמיסה משתנה מירוק לכחול, ואז לסגול ופטל. על היכולת לשנות את צבע התמיסות שלו, ק' שילה קרא לאשלגן מנגנט זיקית מינרלית. פרמנגנטים הם חומרי חמצון חזקים. לדוגמה, אשלגן פרמנגנט KMnO 4 בסביבה חומצית מחמצן גופרית דו חמצנית SO 2 לסולפט:
2KMnO 4 + 5SO 2 + 2H 2 O \u003d K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 2H 2 SO 4. בלחץ של כ-10 MPa, MnCl 2 נטול מים בנוכחות תרכובות אורגנו-מתכתיות מגיב עם פחמן חד חמצני (II) CO ליצירת קרבוניל דו-גרעיני Mn 2 (CO) 10 .
יישום
יותר מ-90% מהמנגן המיוצר הולך למתכות ברזל. מנגן משמש כתוסף לפלדות לצורך הסרת החמצון שלהן. (ס"מ.דיאוקסידציה), הסרת גופרית (ס"מ.דה-סולפורציה)(זה מסיר זיהומים לא רצויים מהפלדה - חמצן, גופרית), כמו גם לסגסוג (ס"מ.נִתוּך)פלדות, כלומר, שיפור התכונות המכניות והקורוזיות שלהן. מנגן משמש גם בסגסוגות נחושת, אלומיניום ומגנזיום. ציפוי מנגן על משטחי מתכת מספקים הגנה נגד קורוזיה. עבור שקיעה של ציפויים דקים של מנגן, נעשה שימוש ב-decacarbonyl דו-גרעיני Mn 2 (CO) 10, הנדיף בקלות ובלתי יציב מבחינה תרמית. תרכובות מנגן (קרבונט, תחמוצות ואחרות) משמשות לייצור חומרים פריטיים, הם משמשים כזרזים (ס"מ.זרזים)רב תגובה כימית, הם חלק ממיקרו-דשנים.
תפקיד ביולוגי
מנגן - יסוד קורט (ס"מ. MICROELEMENTS), נוכח כל הזמן באורגניזמים חיים והכרחי לתפקודם התקין. תכולת המנגן בצמחים היא 10 -4 -10 -2%, בבעלי חיים 10 -3 -10 -5%, חלק מהצמחים (ערמון מים, ברווז, דיאטומים) ובעלי חיים (נמלים, צדפות, מספר סרטנים) הם מסוגל לרכז מנגן. גופו של אדם ממוצע (משקל גוף 70 ק"ג) מכיל 12 מ"ג מנגן. מנגן נחוץ לבעלי חיים וצמחים לצמיחה ורבייה תקינים. הוא מפעיל מספר אנזימים, משתתף בתהליכי הנשימה, הפוטוסינתזה (ס"מ.פוטוסינתזה), משפיע על אוורור ומטבוליזם מינרלים.
אדם עם מזון מקבל 0.4-10 מ"ג מנגן מדי יום. המחסור במנגן בגוף עלול להוביל למחלות אנושיות. כדי להבטיח התפתחות תקינה של צמחים, מיקרו-דשנים מנגן מוכנסים לאדמה (בדרך כלל בצורה של תמיסה מדוללת של אשלגן פרמנגנט). עם זאת, עודף מנגן גוף האדםמַזִיק. במקרה של הרעלה עם תרכובות מנגן, מערכת העצבים נפגעת, מה שנקרא פרקינסוניזם מנגן מתפתח. (ס"מ.פרקינסוניזם) MPC במונחים של מנגן לאוויר 0.03 mg/m 3. מינון רעיל (לחולדות) - 10-20 מ"ג.

מילון אנציקלופדי . 2009 .

ראה מה זה "מנגן (יסוד כימי)" במילונים אחרים:

- (Manganè se צרפתית ואנגלית; מנגן גרמנית; Mn = 55.09 [ממוצע של 55.16 (Dewar and Scott, 1883) ו-55.02 (Marimac, 1884)]. כבר הקדמונים ידעו על קיומה של העפרה הראשית M., pyrolusite, השתמש במינרל זה בהכנת זכוכית (פליני ... ...

מנגן (lat. Manganum), Mn, יסוד כימי מקבוצה VII של המערכת המחזורית של מנדלייב; מספר אטומי 25, מסה אטומית 54.9380; מתכת לבנה כסופה כבדה. בטבע, האלמנט מיוצג על ידי איזוטופ אחד יציב 55Mn. היסטורי…… האנציקלופדיה הסובייטית הגדולה

- (כלור צרפתי, כלור גרמני, כלור אנגלי) יסוד מקבוצת ההלידים; הסימן שלו הוא Cl; משקל אטומי 35.451 [לפי החישוב של קלארק בנתוני סטס.] ב-O=16; חלקיק של Cl 2, התואם היטב לצפיפויות שלו שנמצאו על ידי בונסן ורגנו ביחס ל ... ... מילון אנציקלופדי F.A. ברוקהאוז ואי.א. אפרון

יסוד כימי מנגן. בנוסף, משמעות המילה "מנגן" יכולה להיות: עיר מנגן באזור דנייפרופטרובסק באוקראינה. אשלגן פרמנגנט הוא השם הנפוץ לאשלגן פרמנגנט (KMnO4) ... ויקיפדיה

- (לט. חדש), מרנגזיום, מילה פגומה, מיוצר. ממגנט מגנט, בדומה לו). מתכת אפרפרה, נמסה קשה, שבירה שנמצאת בעפרת מנגן שחורה. מילון מילים זרות הכלולות בשפה הרוסית. ... ... מילון מילים זרות של השפה הרוסית

- (Manganum), Mn, יסוד כימי מקבוצה VII של המערכת המחזורית, מספר אטומי 25, מסה אטומית 54.9380; מתכת, mp 1244shC. המנגן משמש לסגסוגת פלדות ולהשגת סגסוגות המבוססות עליו, בייצור מיקרו-דשנים. נפתח…… אנציקלופדיה מודרנית

- (lat. Manganum) Mn, יסוד כימי מקבוצה VII של המערכת המחזורית, מספר אטומי 25, מסה אטומית 54.9380. השם הוא מעפרת מנגן Manganerz הגרמנית. מתכת לבנה כסופה; צפיפות 7.44 גרם/ס"מ³, mp 1244.C. מינרלים פירולוזיט... מילון אנציקלופדי גדול

מַנגָן- (Manganum), Mn, יסוד כימי מקבוצה VII של המערכת המחזורית, מספר אטומי 25, מסה אטומית 54.9380; מתכת, mp 1244°C. המנגן משמש לסגסוגת פלדות ולהשגת סגסוגות המבוססות עליו, בייצור מיקרו-דשנים. נפתח…… מילון אנציקלופדי מאויר

מנגן, נצה, בעל. יסוד כימי, מתכת כסופה צבע לבן. | adj. מנגן, אוי, אוי ומנגן, אוי, אוי. עפרת מנגן. מילוןאוז'גוב. סִי. אוז'גוב, נ.יו. שוודובה. 1949 1992... מילון הסבר של אוז'גוב

יסוד כימי, מתכת לבנה-ורדרדת שמתחמצנת בקלות באוויר. החדרת מלחי מ' לקרקע (בניסויים וגטטיביים), גם בכמויות קטנות, לוותה בעלייה בתפוקה של צמחים מסוימים. האפשרות להשתמש במ' לדשן ... ... ספר עזר-מילון חקלאי