Mangan | ||||
---|---|---|---|---|
← Chrome | Železo → | ||||
| ||||
Vzhled jednoduché látky | ||||
elektrolytický mangan | ||||
Vlastnosti atomu | ||||
Jméno, symbol, číslo | Mangan / Manganum (Mn), 25 | |||
Skupina , období , blok |
17 (zastaralé 7), 4, d-prvek |
|||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
54,938045 (5) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronická konfigurace |
[Ar] 3d 5 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 |
|||
Poloměr atomu | 127 hodin | |||
Chemické vlastnosti | ||||
kovalentní poloměr | 117 hodin | |||
Poloměr iontů | (+7e) 46 (+2e) 80 hodin | |||
Elektronegativita | 1,55 (Paulingova stupnice) | |||
Elektrodový potenciál | -1,180 V | |||
Oxidační stavy | 0; +1; +2; +3; +4; +5; +6; +7 | |||
Ionizační energie (první elektron) |
716,8 (7,43) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||
Hustota (v n.a. ) | 7,21 g/cm³ | |||
Teplota tání | 1517 (1243 °C) | |||
Teplota varu | 2235 (1961 °C) | |||
Oud. teplo tání | 13,4 kJ/mol | |||
Oud. výparné teplo | 221 kJ/mol | |||
Molární tepelná kapacita | 26,3 [2] J/(K mol) | |||
Molární objem | 7,35 cm³ / mol | |||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||
Příhradová konstrukce | krychlový | |||
Parametry mřížky | 8,890 Å _ | |||
Debyeho teplota | 400 tisíc _ | |||
Další vlastnosti | ||||
Tepelná vodivost | (300 K) 6,87 [3] W/(m K) | |||
Číslo CAS | 7439-96-5 |
25 | Mangan |
Mn54,9380 | |
3d 5 4s 2 |
Mangan ( chemická značka - Mn , z lat. Manganum ) je chemický prvek 7. skupiny (podle zastaralé klasifikace - vedlejší podskupina sedmé skupiny, VIIB), čtvrté období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev , s atomovým číslem 25. [4] .
Jednoduchá látka mangan je tvrdý, ale zároveň křehký stříbrno - bílý přechodový kov . Vztahuje se na neželezné kovy .
Jeden z hlavních minerálů manganu – pyrolusit – byl ve starověku znám jako černá magnézie a používal se při tavení skla k jeho čiření. Byla považována za druh magnetické železné rudy a skutečnost, že ji nepřitahuje magnet , vysvětlil Plinius starší ženským pohlavím černé magnézie, ke kterému je magnet „lhostejný“. V roce 1774 švédský chemik K. Scheele ukázal, že ruda obsahuje neznámý kov. Vzorky rudy poslal svému příteli, chemikovi Yu.Ganovi , který zahříváním pyrolusitu s uhlím v peci získal kovový mangan. Na počátku 19. století se pro ni vžilo označení „manganum“ (z němčiny Manganerz – manganová ruda).
Mangan je 14. nejrozšířenější prvek na Zemi a po železe je to druhý těžký kov obsažený v zemské kůře (0,03 % z celkového počtu atomů v zemské kůře). Hmotnostní podíl manganu se zvyšuje z kyselých (600 g/t) na zásadité horniny (2,2 kg/t). Doprovází železo v mnoha jeho rudách , existují však i samostatná ložiska manganu. Až 40 % manganových rud je soustředěno v ložisku Chiatura ( oblast Kutaisi ). Mangan, rozptýlený v horninách, je vyplavován vodou a odnášen do oceánů. Jeho obsah v mořské vodě je přitom nepatrný (10 -7 -10 -6 %) a v hlubokých místech oceánu se jeho koncentrace zvyšuje na 0,3 % v důsledku oxidace kyslíkem rozpuštěným ve vodě za vzniku vod- nerozpustný oxid manganu, který v hydratované formě ( 2 x H 2 O) klesá do spodních vrstev oceánu a na dně vytváří tzv. feromanganové uzliny , ve kterých může množství manganu dosahovat až 45 % (tj. obsahují nečistoty mědi , niklu , kobaltu ). Takové konkrementy se mohou v budoucnu stát zdrojem manganu pro průmysl.
V Rusku je to akutně nedostatková surovina, jsou známá tato ložiska: Usinskoje v Kemerovské oblasti, Polunochnoje ve Sverdlovské oblasti, Porožinskoje na Krasnojarském území, Južno-Khinganskoje v Židovské autonomní oblasti, Rogačevo-Taininskaja oblast a Severo -Taininskoje » pole na Nové zemi.
Je známo pět alotropních modifikací manganu – čtyři s kubickou a jedna s tetragonální krystalovou mřížkou [2] .
Některé vlastnosti jsou uvedeny v tabulce. Další vlastnosti manganu:
oxidovaná forma |
Obnovená forma |
středa | E0 , V |
---|---|---|---|
Mn2 + | Mn | H + | −1,186 |
Mn3 + | Mn2 + | H + | +1,51 |
MnO2 _ | Mn3 + | H + | +0,95 |
MnO2 _ | Mn2 + | H + | +1,23 |
MnO2 _ | Mn(OH) 2 | OH- _ | −0,05 |
Mn04 2 _ | MnO2 _ | H + | +2,26 |
Mn04 2 _ | MnO2 _ | OH- _ | +0,62 |
MnO 4 - | Mn04 2 _ | OH- _ | +0,56 |
MnO 4 - | H2MnO4 _ _ _ | H + | +1,22 |
MnO 4 - | MnO2 _ | H + | +1,69 |
MnO 4 - | MnO2 _ | OH- _ | +0,60 |
MnO 4 - | Mn2 + | H + | +1,51 |
Charakteristické oxidační stavy manganu: 0, +2, +3, +4, +6, +7 (oxidační stavy +1, +5 jsou necharakteristické a oxidační stav −1 je velmi vzácný).
Při oxidaci na vzduchu se pasivuje. Práškový mangan hoří v kyslíku:
Mangan, když reaguje s přehřátou vodní párou, tvoří hydroxid, vytlačující vodík :
V tomto případě vytvořená vrstva hydroxidu manganu zpomaluje reakci.
Mangan absorbuje vodík, s rostoucí teplotou jeho rozpustnost v manganu roste. Při teplotách nad 1200 °C interaguje s dusíkem a vytváří nitridy různého složení .
Uhlík reaguje s roztaveným manganem za vzniku karbidů Mn 3 C a dalších. Tvoří také silicidy , boridy , fosfidy .
Reaguje s kyselinou chlorovodíkovou a sírovou podle rovnice
S koncentrovanou kyselinou sírovou probíhá reakce podle rovnice
Se zředěnou kyselinou dusičnou probíhá reakce podle rovnice
Mangan je stabilní v alkalickém roztoku.
Mangan tvoří následující oxidy: MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 (neizolován ve volném stavu) a anhydrid manganu Mn 2 O 7 .
Mn 2 O 7 je za normálních podmínek tmavě zelená kapalná olejovitá látka, velmi nestabilní; ve směsi s koncentrovanou kyselinou sírovou zapaluje organické látky. Při 90 °C se Mn 2 O 7 rozkládá výbuchem. Nejstabilnějšími oxidy jsou Mn 2 O 3 a MnO 2 , stejně jako kombinovaný oxid Mn 3 O 4 (2MnO·Mn 2 O 3 nebo sůl Mn 2 MnO 4 ).
Když se oxid manganičitý ( pyrolusit ) taví s alkáliemi v přítomnosti kyslíku, vznikají manganany :
Roztok manganistanu má tmavě zelenou barvu. Po okyselení reakce pokračuje
Roztok zbarví karmínově vzhledem k aniontu MnO 4 − a vysráží se z něj hnědá sraženina oxidu-hydroxidu manganatého.
Kyselina manganičitá je velmi silná, ale nestabilní, nelze ji koncentrovat na více než 20 %. Samotná kyselina a její soli ( manganistan ) jsou silná oxidační činidla. Například manganistan draselný v závislosti na pH roztoku oxiduje různé látky, přičemž se redukuje na sloučeniny manganu různého oxidačního stupně. V kyselém prostředí - až sloučeniny manganu (II), v neutrálním - až sloučeniny manganu (IV), v silně alkalickém - až sloučeniny manganu (VI).
Při kalcinaci se manganistan rozkládají za uvolňování kyslíku (jedna z laboratorních metod získávání čistého kyslíku). Reakce probíhá podle rovnice (například manganistan draselný)
Působením silných oxidačních činidel přechází iont Mn 2+ na iont MnO 4 − :
Tato reakce se používá pro kvalitativní stanovení Mn 2+ (viz část "Stanovení metodami chemické analýzy").
Při alkalizaci roztoků Mn(II) solí se z nich vysráží sraženina hydroxidu manganatého, který na vzduchu v důsledku oxidace rychle hnědne. Podrobný popis reakce naleznete v části "Stanovení metodami chemické analýzy". V neutrálních nebo kyselých vodných roztocích tvoří iont Mn 2+ světle růžový akvakomplex [Mn(H 2 O) 6 ] 2+ .
Soli MnCl 3 , Mn 2 (SO 4 ) 3 jsou nestabilní. Hydroxidy Mn (OH) 2 a Mn (OH) 3 jsou bazické, MnO (OH) 2 - amfoterní. Chlorid manganatý MnCl 4 je velmi nestabilní, při zahřívání se rozkládá, což se používá k získání chloru :
Nulový oxidační stav manganu se projevuje u sloučenin s σ-donorovými a π-akceptorovými ligandy. Takže pro mangan je znám karbonyl o složení Mn2 ( CO) 10 .
Jsou známy i další sloučeniny manganu s σ-donorovými a π-akceptorovými ligandy (PF 3 , NO, N 2 , P(C 5 H 5 ) 3 ).
Místo narození:
Mangan je monoizotopický prvek - v přírodě existuje pouze jeden stabilní izotop 55 Mn. Všechny ostatní izotopy manganu jsou nestabilní a radioaktivní , získávají se uměle. Je známo 25 radioaktivních izotopů manganu s hmotnostním číslem A v rozmezí od 44 do 70. Nejstabilnější z nich jsou 53 Mn (poločas rozpadu T 1/2 = 3,7 milionu let ), 54 Mn ( T 1/2 = 312,3 dne ) a 52 Mn ( Ti /2 = 5,591 dne ) . Převládajícím rozpadovým kanálem pro lehké izotopy manganu ( A < 55 ) je záchyt elektronů (a někdy mu konkurující rozpad pozitronů ) na odpovídající izotopy chrómu. Pro těžké izotopy ( A > 55 ) je hlavním rozpadovým kanálem β − - rozpad na odpovídající izotopy železa. Existuje také 7 izomerů (metastabilní excitované stavy) s poločasy nad 100 ns .
Mangan ve formě feromanganu se používá k dezoxidaci oceli při jejím tavení, tedy k odstranění kyslíku z ní. Navíc váže síru , což také zlepšuje vlastnosti ocelí. Zavedení až 12-13 % Mn do oceli (tzv. Hadfieldova ocel ), někdy v kombinaci s jinými legujícími kovy, ocel silně zpevňuje, činí ji tvrdou a odolnou proti opotřebení a nárazu (tzv. "). Taková ocel se používá k výrobě kulových mlýnů, zemních a kamenných drtících strojů, pancéřových prvků atd. Do "zrcadlové litiny" se zavádí až 20 % Mn.
Ve 20. – 40. letech 20. století umožnilo použití manganu tavit pancéřovou ocel. Počátkem 50. let se v časopise „Stal“ rozproudila diskuse o možnosti snížit obsah manganu v litině, a tím odmítnout podporovat určitý obsah manganu v procesu tavení na otevřeném ohni, ve kterém spolu s V. I. Zúčastnili se Yavoisky a V. I. Baptizmansky , E.I. Zarvin, kteří na základě výrobních experimentů prokázali nevhodnost stávající technologie. Později ukázal možnost provedení procesu s otevřenou nístějí na litině s nízkým obsahem manganu. Se spuštěním ZSMK byl zahájen vývoj zpracování nízkomanganové litiny v konvertorech [6] .
Slitina 83 % Cu , 13 % Mn a 4 % Ni ( manganin ) má vysoký elektrický odpor, který se s teplotou jen málo mění. Proto se používá k výrobě reostatů atd.
Mangan se zavádí do bronzu a mosazi .
Významné množství oxidu manganičitého se spotřebovává při výrobě mangan- zinkových galvanických článků , MnO 2 se v těchto článcích používá jako oxidační činidlo- depolarizátor .
Sloučeniny manganu se také široce používají jak v jemné organické syntéze (MnO 2 a KMnO 4 jako oxidační činidla), tak v průmyslové organické syntéze (složky katalyzátorů oxidace uhlovodíků, např. při výrobě kyseliny tereftalové oxidací p - xylenu , oxidací parafiny na vyšší mastné kyseliny).
Arsenid manganu má obrovský magnetokalorický efekt , který se zvyšuje s tlakem.
Telurid manganu je slibný termoelektrický materiál ( termo-EMF 500 μV/K).
Mangan patří do páté analytické skupiny kationtů.
Specifické reakce používané v analytické chemii k detekci kationtů Mn2 + jsou následující:
1. Žíravé alkálie se solemi manganu (II) poskytují bílou sraženinu hydroxidu manganatého:
Sraženina na vzduchu mění barvu na hnědou v důsledku oxidace vzdušným kyslíkem.
Provedení reakce. Dvě kapky alkalického roztoku se přidají ke dvěma kapkám roztoku manganové soli. Pozorujte změnu barvy sraženiny.
2. Peroxid vodíku v přítomnosti alkálie oxiduje soli manganu (II) na tmavě hnědou sloučeninu manganu (IV):
Provedení reakce. Ke dvěma kapkám roztoku manganové soli se přidají čtyři kapky alkalického roztoku a dvě kapky roztoku H 2 O 2 .
3. Oxid olovnatý PbO 2 v přítomnosti koncentrované kyseliny dusičné oxiduje při zahřívání Mn 2+ na MnO 4 - za vzniku malinové kyseliny manganové:
Tato reakce dává negativní výsledek v přítomnosti redukčních činidel, jako je kyselina chlorovodíková a její soli, protože interagují s oxidem olovnatým a také s vytvořenou kyselinou manganistanou. S velkým množstvím manganu nelze tuto reakci provést, protože nadbytek iontů Mn 2+ redukuje výslednou kyselinu manganovou HMnO 4 na MnO (OH) 2 a místo karmínové barvy se objevuje hnědá sraženina. Místo oxidu olovnatého lze pro oxidaci Mn 2+ na MnO 4 - použít jiná oxidační činidla, např. persíran amonný (NH 4 ) 2 S 2 O 8 v přítomnosti katalyzátoru - Ag + ionty nebo sodík bismut NaBiO3 :
Provedení reakce. Do zkumavky se skleněnou špachtlí přidá trochu PbO 2 a poté 5 kapek koncentrované kyseliny dusičné HNO 3 a směs se zahřívá ve vroucí vodní lázni. K zahřáté směsi přidejte 1 kapku roztoku síranu manganatého MnSO 4 a znovu zahřívejte po dobu 10-15 minut za občasného protřepávání obsahu zkumavky. Přebytek oxidu olovnatého se nechá usadit a pozoruje se karmínová barva výsledné kyseliny manganové.
Při oxidaci vizmutem sodným se reakce provádí následovně. Do zkumavky dejte 1-2 kapky roztoku síranu manganitého a 4 kapky 6N hydroxidu sodného. HNO 3 , přidejte několik zrnek bismutitanu sodného a protřepejte. Pozorujte vzhled karmínové barvy roztoku.
4. Sulfid amonný (NH 4 ) 2 S sráží sulfid manganatý (II) nabarvený v masové barvě z roztoku solí manganu:
Sraženina se snadno rozpouští ve zředěných minerálních kyselinách a dokonce i v kyselině octové.
Provedení reakce. Do zkumavky dejte 2 kapky roztoku manganité (II) soli a přidejte 2 kapky roztoku sulfidu amonného.
Mangan se nachází v organismech všech rostlin a živočichů, i když jeho obsah je obvykle velmi nízký, v řádu tisícin procent, má významný vliv na životní činnost, to znamená, že je to stopový prvek . Mangan ovlivňuje růst, krvetvorbu a funkci gonád . Obzvláště bohaté na mangan jsou listy řepy a plody durianu - až 0,03% a velké množství se nachází v organismech červených mravenců - až 0,05%. Některé bakterie obsahují až několik procent manganu.
Nadměrné hromadění manganu v těle ovlivňuje především činnost centrálního nervového systému. To se projevuje únavou, ospalostí, zhoršením paměťových funkcí. Mangan je polytropní jed, který působí také na plíce, kardiovaskulární a hepatobiliární systém, způsobuje alergický a mutagenní účinek.
Toxická dávka pro člověka je 40 mg manganu denně. Smrtelná dávka pro člověka nebyla stanovena.
Při perorálním podání je mangan jedním z nejméně toxických stopových prvků. Hlavními příznaky otravy manganem u zvířat jsou inhibice růstu, snížená chuť k jídlu, narušený metabolismus železa a změněná funkce mozku.
Neexistují žádné zprávy o případech otravy manganem u lidí způsobených požitím potravin s vysokým obsahem manganu. V zásadě jsou otravy lidí pozorovány v případech chronického vdechování velkého množství manganu při práci [7] . Projevuje se formou těžkých duševních poruch, včetně hyperiritability, hypermotility a halucinací – „manganového šílenství“. V budoucnu se vyvinou změny v extrapyramidovém systému, podobně jako u Parkinsonovy choroby.
Obvykle trvá několik let, než se vyvine klinický obraz chronické otravy manganem. Vyznačuje se spíše pomalým nárůstem patologických změn v organismu způsobených zvýšeným obsahem manganu v prostředí (zejména šířením endemické strumy, která není spojena s nedostatkem jódu).
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |