Приступая к написанию работы, я ставила перед собой цель: рассмотреть свойства, получение и применение марганца.
Минералы Марганца известны издавна. 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. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом черной магнезии, к которому магнит «равнодушен». Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного железняка. В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале 19 в. для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz — марганцевая руда).
II.Марганец
1. Общая характеристика марганца
Марганец, Mn- химический элемент с атомным номером 25, атомная масса 54,9380. Химический символ элемента Mn произносится так же, как и название самого элемента. Природный марганец состоит только из нуклида 55 Mn. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома марганца 3s2 p6 d5 4s2 . В периодической системе Д. И. Менделеева марганец входит в группу VII, и располагается в 4-м периоде. Образует соединения в степенях окисления от +2 (валентность II) до +7 (валентность VII), наиболее устойчивы степени окисления +2 и +7. У марганца, как и у многих других переходных металлов, известны также соединения, содержащие атомы марганца в степени окисления 0.
В чистом виде марганец получают либо электролизом раствора сульфата марганца(II), либо восстановлением из оксидов кремнием в электрических печках. На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3 O4 и внутреннего слоя состава MnO.
Элементарный Марганец представляет собой серебристо-белый твердый, но хрупкий металл. Плотность Марганца 7.44 г/см3, температура плавления 1244о С, температура кипения 2150о С.
Металлотермия. Получение марганца
... реакций; разобраться в методиках получения металлов. На данном этапе времени марганец широко используется в промышленности. Более 90% производимого марганца идет в черную металлургию. Марганец используют как добавку ... протекает реакция. Отсюда следует, что более активным восстановителем будет такой металл, при окислении которого выделяется больше тепла. Таблица 1. Теплоты образования оксидов из ...
1.1. Соединения двухвалентного марганца, Соли двухвалентного марганца можно получить при растворении в разбавленных кислотах:
Mn+2HCl = MnCl 2 +H2
При растворении в воде образуется гидроксид Mn(II):
Mn+2HOH = Mn(OH) 2 +H2
Гидроксид марганца можно получить в виде белого осадка при действии на растворы солей двухвалентного марганца щелочью:
MnSO 4 +2NaOH = Mn(OH)2 +NaSO4
Соединения Mn(II) на воздухе неустойчивы, и Mn(OH)2 на воздухе быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид четырёхвалентного марганца.
2Mn(OH) 2 +O2 = MnO(OH)2
Гидроксид марганца проявляет только основные свойства и не реагирует со щелочами, а при взаимодействии с кислотами даёт соответствующие соли.
Mn(OH) 2 +2HCl = MnCl2 +2H2 O
Оксид марганца может быть получен при разложении карбоната марганца:
MnCO 3 = MnO+CO2
Либо при восстановлении диоксида марганца водородом:
MnO 2 +H2 = MnO+H2 O
1.2. Соединения четырехвалентного марганца.
Из соединений четырёхвалентного марганца наиболее известен диоксид марганца MnO2 — пиролюзит. Поскольку валентность IV является промежуточной, соединения Mn(VI) образуются как при окислении двухвалентного марганца.
Mn(NO 3 )2 = MnO2 +2NO2
Так и при восстановлении соединений марганца в щелочной среде:
3K 2 MnO4 +2H2 O = 2KMnO4 +MnO2 +4KOH
Последняя реакция является примером реакции самоокисления-
самовосстановления, для которых характерно то, что часть атомов одного и того же элемента окисляется, восстанавливая одновременно оставшиеся атомы того же элемента:
Mn6+2e=Mn4 1
Mn6-e=Mn7 2
В свою очередь MnО 2 может окислять галогениды и галоген водороды, например HCl:
MnO 2 +4HCl = MnCl2 +Cl2 +2H2 O
Диоксид марганца — твёрдое порошкообразное вещество. Он проявляет как основные, так и кислотные свойства.
1.3. Соединения шестивалентного марганца.
При сплавлении MnO2 со щелочами в присутствии кислорода, воздуха или окислителей получают соли шестивалентного Марганца, называемые манганатами.
MnO 2 +2KOH+KNO3 = K2MnO2 +KNO2 +H2 O
Соединений марганца шестивалентного известно немного, и из них наибольшее значение соли марганцевой кислоты — манганаты.
Сама марганцевая кислота, как и соответствующей ей триоксид марганца MnO3, в свободном виде не существует вследствии неустойчивости к процессам окисления — восстановления. Замена протона в кислоте на катион металла приводит к устойчивости манганатов, но их способность к процессам окисления-восстановления сохраняется. Растворы манганатов окрашены в зелёный цвет.
Микроэлементы (цинк, железо, марганец) в системе «почва-растение» ...
... поводом для пересмотра существующих ПДК. В связи с этим, целью работы послужило изучение состояния цинка, железа и марганца в дерново-подзолистой высоко обеспеченной элементом ... фазами почв может осуществляться иммобилизация цинка в процессах изоморфного замещения ионов в первичных и вторичных минералах, образования труднорастворимых соединений элемента, специфической адсорбции его органическими ...
При их подкислении образуется марганцеватая кислота,разлагается до соединений марганца четырёхвалентного и семивалентного.
Сильные окислители переводят марганец шестивалентный в семивалентный.
2K 2 MnO4 +Cl2 = 2KMnO4 +2KCl
1.4. Соединения семивалентного марганца.
В семивалентном состоянии марганец проявляет только окислительные свойства. Среди применяемых в лабораторной практике и в промышленности окислителей широко применяется перманганат калия KMnO2 , в быту называемый марганцовкой. Перманганат калия представляет собой кристаллы чёрно-фиолетового цвета. Водные растворы окрашены в фиолетовый цвет, характерный для иона MnO4 .
Перманганаты являются солями марганцевой кислоты, которая устойчива только в
Эти растворы могут быть получены действием сильных окислителей на соединения марганца двухвалентного:
2Mn(NO3 )2 +PbO2 +6HNO3 = 2HMnO4+5Pb(NO3 )2 +2H2 O
При концентрации HMnO4 выше 20% происходит разложение её по уравнению:
4HMnO 4 = 4MnO+3O2 +2H2 O
Соответствующий марганцевой кислоте марганцевый ангидрид, или оксид марганца (VII), Mn2 O7 может быть получен путем воздействия концентрированной серной кислоты на перманганат калия. Этот оксид является ещё более сильным окислителем, чем HMnO4 и KMnO4 . Органические соединения при с Mn2 O2 самовоспламеняются. При растворении Mn2 O2 в воде образуется марганцевая кислота. Из-за неустойчивости и крайне высокой реакционной способности Mn2 O2 не применяют, а вместо него используют твердые перманганаты.
В зависимости от среды перманганат калия может восстанавливаться до различных соединений., При нагревании сухого перманганата калия до температуры выше 200 ОС он разлагается.
2KMnO 4 = K2 MnO4 +MnO2 + O2
Этой реакцией в лаборатории иногда пользуются для получения кислорода.
2.Нахождение в природе, получение
Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40), к которым относятся все элементы переходных рядов, марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном. Небольшие количества марганца содержат многие горные породы. В свободном виде марганец не встречается. Из руд наиболее распространены пиролюзит MnO2 (содержит 63,2 % марганца), манганит MnO2 ·Mn (OH)2 (62,5 % марганца), браунит Mn2 O3 (69,5 % марганца), родохрозит MnCO3 (47,8 % марганца), псиломелан mMnO·MnO2 ·nH2 O (45-60% марганца) и ряд других. Марганец содержат железо-марганцевые конкреции, которые в больших количествах (сотни миллиардов тонн) находятся на дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов. В морской воде содержится около 1,0·10–8 % марганца. Промышленного значения эти запасы марганца пока не имеют из-за сложности подъема конкреций на поверхность.
Химия элемента: Калий
... используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае ... окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет. Химические свойства: Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является ...
Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO4 , который проводят в присутствии сульфата аммония (NH4 )2 SO4 .
Небольшое количество металлического марганца в лаборатории легко приготовить алюмотермическим методом.
Промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения руд. Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление).
Иногда в качестве восстановителя используют алюминий или кремний. Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе при восстановлении руд железа и марганца коксом. В ферромарганце содержание углерода составляет 6-8 % по массе.
3.Применение марганца и его соединений
Марганец в большом количестве применяется в металлургии в процессе получения сталей для удаления из них серы и
