Mn в химии: свойства и молярная масса

История – краткая справка

Впервые шведский химик К.В. Шееле в 1774 году. Для подтверждения своих исследований ученый отправил образцы пиролюзита другому шведскому химику Ю.Г. Гана, а он, в свою очередь, провел эксперимент: нагревая руду с углем, ему удалось получить металлический марганец.

Тот же пиролюзит использовался с древних времен для осветления стекла во время его обжига. Его называют «черной магнезией» и разновидностью магнитной железной руды, хотя этот минерал не притягивается магнитом.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Путем окисления растворенным в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2 xH2O) опускается в нижние слои океана, образуя на дне так называемые железо-марганцевые конкреции, в которых количество марганца может достигать 45% (они также содержат примеси меди, никеля, кобальта). Такие конкреции могут стать источником марганца для промышленности в будущем.

В России это дефицитное сырье, известны месторождения «Усинское» в Кемеровской области, «Полуночное» в Свердловской области, «Порожинское» в Красноярском крае, «Южно-Хинганское» в Еврейской автономной области, район «Рогачево-Тайнинская» и «Северо-Тайнинское» База на Новой Земле.

Меры предосторожности

Марганец является важным элементом, но длительное воздействие его соединений может оказывать негативное воздействие на нервную систему, дыхательную систему и другие проблемы со здоровьем

Эти проблемы включают слабость, сонливость, утомляемость, эмоциональные расстройства и даже паралич. Единственный способ получить такую ​​большую дозу — работать на фабрике или шахте. Наиболее частые случаи отравления связаны с производством стали, керамики, стекла, краски, линолеума, фосфора, сухих батарей и фейерверков.

Марганец — химический элемент: переходный металл

Если рассматривать электронную конфигурацию восстановленного атома, его формула будет иметь вид: 1s22s22p63s23p64s23d5. Становится очевидным, что рассматриваемый элемент является переходным металлом d-семейства. Пять электронов на подуровне 3d указывают на стабильность атома, которая проявляется в его химических свойствах.

Как металл, марганец является восстановителем, но большинство его соединений способны проявлять довольно сильные окислительные способности. Это связано с различными степенями окисления и валентностями, которыми обладает этот элемент. В этом особенность всех металлов этого семейства.

Следовательно, марганец — это химический элемент, расположенный между другими атомами и обладающий особыми характеристиками. Рассмотрим подробнее, что это за свойства.

Свойства

Химический элемент с номером 25 относится к металлам и называется марганец (Manganum, марганец). Его называют черными металлами.

Химические свойства марганца:

1. На воздухе поверхность покрыта оксидным слоем, который ее пассивирует.
2. Практически не вступает в реакцию со щелочами.
3. При нагревании взаимодействует с кислотами-окислителями, образуя соли.
4. В виде мелкого порошка он пирофорен.
5. Степени окисления: 0, +2, +3, +4, +6, +7; сильный окислитель.
6. Марганец образует многочисленные соли и бинарные соединения.

Свойства атомаИмя, символ, номерАтомная масса(молярная масса)Электронная конфигурацияРадиус атомаХимические свойстваКовалентный радиусИонный радиусЭлектроотрицательностьЭлектродный потенциалСостояния окисленияИонизированная энергия(первый электрон)Термодинамические свойства простого веществаПлотность (до нет.)Температура плавленияТемпература кипенияУд тепло плавленияУд теплота испаренияМолярная теплоемкостьМолярный объемКристаллическая решетка простого веществаРетикулярная структураПараметры решеткиТемпература ДебаяДругие характеристикиТеплопроводностьКоличество CAS

Марганец / марганец (Mn), 25

54.938045 (5) 1 a em (г / моль)

Ar 3d5 4s2

127 вечера

117 часов

(+ 7e) 46 (+ 2e) 80 часов

1,55 (шкала Полинга)

-1,180 В

7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0

716,8 (7,43) кДж / моль (эВ)

7,21 г / см³

1517 К

2235 К

13,4 кДж / моль

221 кДж / моль

26,3 2 Дж / (К · моль)

7,35 см³ / моль

куб

8 890

400 К

(300 K) 6,87 3 Вт / (м K)

7439-96-5

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д. И. Менделеева: в старой версии — IV период, IV ряд, VII группа, в новой версии таблицы — 7 групп, 4 периода.

• Атомный номер — 24
• Атомная масса — 54 938 а.е.м.
• Электронная конфигурация — Ar 3d5 4s2
• Температура плавления (° C) — 1243,85 (1517 К)
• Температура кипения (° С) — 1961,85 (2235 К).
• CAS: 7439-96-5.

Физико-химические свойства

Чистый марганец — твердый, но в то же время хрупкий металл серебристо-белого цвета, который относится к черным металлам. Когда он взаимодействует с кислородом, он покрывается тонкой пленкой непрозрачного сероватого оксида. На сегодняшний день известно 4 формы марганца: 1 с тетрагональной решеткой, остальные с кубической. α-Mn, β-Mn, -Mn, -Mn. Самый хрупкий — это альфа-марганец, который при нагревании до 705 ° C переходит в бета-форму и так далее, вплоть до наиболее пластичного — дельта-Mn (от t = + 1133 ° C).

Его физические свойства включают электрическую проводимость и парамагнетизм.

Mn растворяется в воде, поглощает водород.

Он вызывает активную реакцию при сильном нагревании, вплоть до самовозгорания при взаимодействии с глицерином, дубильными веществами, сахарозой и различными легкоокисляющимися веществами.

он способен вызвать взрыв, когда перманганат калия (KMnO4) сочетается с активными металлами и неметаллами в виде порошков и органических веществ: хлор, сера, алюминий, кальций, магний, бор, фосфор, кремний, азот и другие.

Влияние на окружающую среду

Соединения марганца существуют в природе в виде твердых частиц в почве, воздухе и мелких частиц в воде. Люди увеличивают его концентрацию из-за промышленной деятельности и сжигания ископаемых продуктов. Этот искусственный металл также может попадать в почву на поверхности воды в качестве пестицида.

Высокотоксичные концентрации в почве могут вызвать воспаление клеточной стенки растений, обгоревшие листья и коричневые пятна на них. Недостаток этого элемента также может вызвать эти эффекты.

Значение для человека

Марганец естественным образом присутствует в биологических организмах. Его содержание измеряется тысячными долями процента, но без этого микроэлемента жизнедеятельность невозможна.

В сегменте растений металл является «участником» процесса фотосинтеза.

Питание

Богаты марганцем:

• Бобовые — горох, чечевица, фасоль.
• Крупа — пшеничная, овсяная, рисовая, гречневая.
• Злаки — пшеница, рожь.
• Грибы — белые, лисички, осины.
• Орехи — грецкие орехи, арахис, миндаль, фундук, фисташки.
• Овощи — укроп, шпинат, салат, ботва свеклы.
• Ягоды — черная смородина, малина, черника, клюква.

Микроэлементом насыщена говяжья печень, абрикосы, чеснок.

Жизненные процессы

Металл участвует в работе систем организма:

• Снижает уровень сахара в крови, предотвращая диабет.
• Он синтезирует «хороший» холестерин, тормозит образование «плохого».
• Нормализует работу поджелудочной железы, нервной системы, головного мозга.
• Регулирует липидный обмен, предотвращая стеатоз печени.
• Способствует росту костей, тканей тела.

это активатор ферментов, без которого усвоение организмом полезных веществ затруднено.

Симптомы избытка/дефицита

Дефицит марганца приводит к анемии, ломкости костей, задержке роста, атрофии яичников и яичек. Это может произойти у людей, чей рацион перенасыщен углеводами.

Об избытке металла свидетельствует плохой аппетит, сонливость и мышечные боли. Опасное последствие — деформация костей (марганцевый рахит).

Взрослому человеку необходимо 4,5-9,5 мг марганца в сутки.

Марганец — химический элемент. Степень окисления

Мы уже приводили электронную формулу атома. По ее словам, этот элемент способен проявлять несколько положительных степеней окисления. Это:

<li>0; <li>+2; <li>+3; <li>+4; <li>+6;
• +7.

Валентность атома IV. Наиболее устойчивы те соединения, в которых значения +2, +4, +6 присутствуют в марганце. Более высокая степень окисления позволяет соединениям действовать как сильнейшие окислители. Например: KMnO4, Mn2O7.

Соединения с +2 являются восстановителями, гидроксид марганца (II) обладает амфотерными свойствами, с преобладанием основных. Промежуточные степени окисления образуют амфотерные соединения.

Плюсы и минусы

Рассмотрим характеристики марганцевых сплавов.

Достоинство	Недостатки
Химическая активность металла позволяет получать множество соединений с разными свойствами	Высокая твердость в сочетании с хрупкостью ограничивает использование металла
Марганец образует сплавы почти со всеми металлами	Низкая электропроводность не позволяет использовать элемент в электротехнике
В сталелитейной промышленности углеродистые и кремниевые сплавы незаменимы	Высокая температура кипения затрудняет работу с металлом
Соединения железа и марганца в любом соотношении образуют твердые растворы	Недостатки металла — следствие особенностей его строения

значение металла как лигатуры трудно переоценить.

Сплавы

Добавление марганца придает стальным сплавам прочность, твердость и пластичность.

Марганец металлический Mn95

Прекрасный сплав под названием Hadfield Steel обладает превосходными свойствами:

• высокая износостойкость;
• твердость;
• вязкость;
• высокий срок службы.

Лига	Содержание марганца (в %%)
Ферромарганец	50-82
Силикомарганец	55-75
Фосфорно-марганцевый	65
Разъяснил силикон	18-30
Медно-марганец	25-30
Зеркальное чугун (объяснено)	8-35

Марганцевая бронза обладает высокой прочностью на разрыв.

Формула успеха металла в различных свойствах сплавов и соединений марганца.

Нахождение в природе

Этот металл — чрезвычайно универсальный элемент. Он может существовать в шести различных степенях окисления, но никогда не встречается в природе в чистом виде. Обычно он находится либо в его восстановленном состоянии +2, которое легко растворяется в воде, либо в состоянии +4, образуя гораздо больше типов нерастворимых оксидов.

Обычный метод производства заключается в нагревании диоксида марганца (MnO 2) с углеродом или алюминием. Реакция с этими элементами удаляет кислород и оставляет металл чистым.

Наиболее распространенными минералами, содержащими марганец, являются пиролюзит, манганит, псиломель и родохрозит. Крупнейшие поставщики руды в мире:

• Китай.
• Южная Африка.
• Украина.
• Бразилия.
• Австралия.
• Габон и Казахстан.

Этот элемент также в изобилии встречается на дне океана. По оценкам ученых, на дне Мирового океана и великих озер можно найти до 1,5 триллиона тонн марганцевых конкреций. Но в настоящее время нет эффективного способа добычи этих минералов.

Использование в промышленности

Марганец — химический элемент, использование которого важно не только в металлургии, но и в других областях. Помимо чистого металла большое значение имеют также различные соединения данного атома. Указываем на основные.

1. Есть несколько типов сплавов, которые благодаря марганцу обладают уникальными свойствами. Например, сталь Гадфилда настолько прочна и износостойка, что ее используют для литья деталей экскаваторов, камнеобрабатывающих машин, дробилок, шаровых мельниц и деталей брони.
2. Диоксид марганца — незаменимый окислитель в гальванике; он используется при создании деполяризаторов.
3. Многие соединения марганца необходимы для органического синтеза различных веществ.
4. Перманганат калия (или перманганат калия) используется в медицине как мощное дезинфицирующее средство.
5. Этот элемент входит в состав бронзы, латуни, образует с медью собственный сплав, который используется для изготовления турбин, лопаток и других деталей самолетов.

Биологическая роль и функции марганца в организме

Что такое марганец для организма? Как упоминалось в начале, Mn важен для кроветворения, метаболизма различных веществ и активации ферментов. Правда, биологическую роль марганца в организме играют только его формы двухвалентного Mn (II) и трехвалентного Mn (III.

Mn всасывается в тонком кишечнике, откуда он попадает в кровь в количестве 5% и через воротную вену достигает печени, основного депозита этого элемента в организме. Остальные 95% марганца выводится с фекалиями и некоторое количество с мочой. Помимо печени, значительные отложения Mn находятся в почках, поджелудочной железе, печени, миокарде и головном мозге.

Количество марганца в тканях среднего взрослого человека колеблется от 10 до 20 мг.

Марганец выполняет и множество других полезных функций, среди которых:

это важно для усвоения организмом кальция, одного из основных строительных блоков костной ткани. Так, ученые отметили, что при дефиците марганца плотн