Марганець (хімічний елемент): властивості, застосування, позначення, ступінь окислення, цікаві факти

Одним з найбільш важливих для металургії металів є марганець. Крім того, він взагалі досить незвичайний елемент, з яким пов`язані цікаві факти. Важливий для живих організмів, потрібний при отриманні багатьох сплавів, хімічних речовин. Марганець - хімічний елемент, фото якого можна побачити нижче. Саме його властивості і характеристики розглянемо в даній статті.

Характеристика хімічного елемента

Якщо говорити про марганцю як про елемент періодичної системи, то в першу чергу слід охарактеризувати його положення в ній.

Розташовується в четвертому великому періоді, сьомій групі, побічної підгрупи.
Порядковий номер - 25. Марганець - хімічний елемент, заряд ядер атомів якого дорівнює +25. Кількість електронів таке ж, нейтронів - 30.
Значення атомної маси - 54,938.
Позначення хімічного елемента марганцю - Mn.
Латинська назва - manganese.

Розташовується між хромом і залізом, чим пояснюється його схожість з ними в фізичні і хімічні характеристики.

Марганець - хімічний елемент: перехідний метал

Якщо розглянути електронну конфігурацію наведеного атома, то її формула буде мати вигляд: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵. Стає очевидно, що ми розглядаємо, елемент - це перехідний метал з d-сімейства. П`ять електронів на 3d-підрівні говорять про стабільність атома, що і проявляється в його хімічні властивості.

Як метал марганець є відновником, проте велика частина його сполук здатна проявляти і досить сильні окислювальні здібності. Це пов`язано з різними ступенями окислення і валентності, якими володіє даний елемент. У цьому полягає особливість всіх металів даного сімейства.

Таким чином, марганець - хімічний елемент, розташований серед інших атомів і має свої особливі характеристики. Розглянемо, які це властивості, більш докладно.

Марганець - хімічний елемент. Ступінь окислення

Ми вже привели електронну формулу атома. Відповідно до неї, даний елемент здатний проявляти кілька позитивних ступенів окислення. це:

Валентність атома дорівнює IV. Найбільш стійкими є ті сполуки, в яких у марганцю проявляються значення +2, +4, +6. Вища ступінь окислення дозволяє виступати з`єднанням в ролі найсильніших окислювачів. Наприклад: KMnO₄, Mn₂O₇.

З`єднання з +2 є відновниками, гідроксид марганцю (II) має амфотерні властивості, з переважанням основних. Проміжні показники ступенів окислення утворюють амфотерні сполуки.

Історія відкриття

Марганець - хімічний елемент, який був відкритий не відразу, а поступово і різними вченими. Однак його сполуками люди користувалися з давніх часів. Оксид марганцю (IV) застосовувався для виплавки скла. Один італієць констатував той факт, що добавка цього з`єднання при хімічному виробництві скла забарвлює їх колір в фіолетовий. Поряд з цим, це ж речовина допомагає усунути каламутність в кольорових стеклах.

Пізніше в Австрії вчений Кайм зумів отримав шматочок металевого марганцю, впливаючи високою температурою на пюролізіт (оксид марганцю (IV)), поташ і вугілля. Однак даний зразок мав багато домішок, усунути які йому не вдалося, тому відкриття не відбулося.

Ще пізніше інший учений також синтезував суміш, в якій значна частка припадала на чистий метал. Це був Бергман, до цього відкрив елемент нікель. Однак і йому довести справу до кінця не судилося.

Марганець - хімічний елемент, отримати і виділити який у вигляді простого речовини вперше вдалося Карлу Шеєле в 1774 році. Однак зробив він це спільно з І. Ганом, який завершив процес виплавки шматочка металу. Але навіть їм не вдалося повністю позбавити його від домішок і отримати 100% вихід продукту.

Проте саме цей час стало відкриттям даного атома. Ці ж вчені зробили спробу дати назву, як першовідкривачі. Ними був обраний термін манганезіум. Однак після відкриття магнію почалася плутанина, і назва марганцю було змінено на сучасне (Х. Девід, 1908 рік).

Так як марганець - хімічний елемент, властивості якого є дуже цінними для багатьох металургійних процесів, з часом виникла потреба все ж знайти спосіб отримання його в максимально чистому вигляді. Дана проблема вирішувалася вченими всього світу, але зуміла вирішитися лише в 1919 році завдяки роботам Р. Агладзе - радянського вченого-хіміка. Саме він знайшов спосіб, яким можна з сульфатів і хлоридів марганцю електролізним шляхом отримати чистий метал з вмістом речовини 99,98%. Тепер цей метод застосовується в усьому світі.

Знаходження в природі

Марганець - хімічний елемент, фото простого речовини якого можна побачити нижче. У природі існує маса ізотопів цього атома, кількість нейтронів в яких сильно коливається. Так, масові числа змінюються в межах від 44 до 69. Однак єдиним стабільним ізотопом є елемент зі значенням ⁵⁵Mn, всі інші мають або мізерно короткий період напіврозпаду, або існує в дуже малих кількостях.

Так як марганець - хімічний елемент, ступінь окислення якого дуже різна, то і з`єднань в природі він утворює також багато. У чистому вигляді цей елемент взагалі не зустрічається. У мінералах і рудах постійний сусід його - залізо. Всього можна позначити кілька найголовніших гірських порід, до складу яких входить марганець.

Пиролюзит. Формула сполуки: MnO₂* nH₂O.
Псиломелан, молекула MnO2 * mMnO * nH2O.
Манганіт, формула MnO * OH.
Брауніт зустрічається рідше, ніж інші. Формула Mn₂O₃.
Гаусманит, формула Mn * Mn₂O_4.
родоніт Mn₂(SiO₃)₂.
Карбонатні руди марганцю.
Малиновий шпат або родохрозит - MnCO₃.
Пурпура - Mn₃PO₄.

Крім цього, можна позначити ще кілька мінералів, до складу яких також входить розглянутий елемент. це:

кальцит;
сидерит;
глинисті мінерали;
халцедон;
опал;
піщано-алевритові з`єднання.

Крім гірських і осадових порід, мінералів, марганець - хімічний елемент, який входить до складу наступних об`єктів:

Рослинні організми. Найбільшими накопичувачами цього елемента є: водяний горіх, ряска, діатомові водорості.
Іржі гриби.
Деякі види бактерій.
Наступні тварини: руді мурашки, ракоподібні, молюски.
Люди - добова потреба приблизно 3-5 мг.
Води Світового океану містять 0,3% цього елемента.
Загальний вміст в земній корі 0,1% по масі.

В цілому це 14 по поширеності елемент з усіх на нашій планеті. Серед важких металів він другий після заліза.

Фізичні властивості

З точки зору властивостей марганцю, як простого речовини, можна виділити кілька основних фізичних характеристик для нього.

У вигляді простого речовини являє собою досить твердий метал (за шкалою Мооса показник дорівнює 4). Колір - сріблясто-білий, на повітрі покривається захисною оксидною плівкою, на розрізі блищить.
Температура плавлення становить 1246⁰С.
Кипіння - 2061⁰С.
Провідникові властивості хороші, є парамагнетиком.
Щільність металу становить 7,44 г / см³.
Існує у вигляді чотирьох поліморфних модифікацій (&alpha-, &beta-, &gamma-, &sigma-), що розрізняються будовою і формою кристалічної решітки і щільністю упаковки атомів. Також відрізняється їх температура плавлення.

У металургії застосовуються три основні форми марганцю: &beta-, &gamma-, &sigma-. Альфа рідше, так як вона дуже крихка за своїми властивостями.

Хімічні властивості

З точки зору хімії, марганець - хімічний елемент, заряд іона якого сильно коливається від +2 до +7. Це накладає свій відбиток і на його активність. У вільному вигляді на повітрі марганець дуже слабо реагує з водою, розчиняється в розбавлених кислотах. Однак варто лише збільшити температуру, як активність металу різко зростає.

Так, він здатний взаємодіяти з:

азотом;
вуглецем;
галогенами;
кремнієм;
фосфором;
сірої та іншими неметалами.

При нагріванні без доступу повітря метал легко переходить в пароподібний стан. Залежно від ступеня окислення, яку проявляє марганець, його сполуки можуть бути як восстановителями, так і окислювачами. Деякі виявляють амфотерні властивості. Так, основні характерні для сполук, в яких він +2. Амфотерні - +4, а кислотні і сильні окислювальні у вищому значенні +7.

Незважаючи на те що марганець - це перехідний метал, комплексні сполуки для нього нечисленні. Це пов`язано зі стійкою електронною конфігурацією атома, адже 3d-підрівень його містить 5 електронів.

способи отримання

Існує три основних способи, якими в промисловості отримують марганець (хімічний елемент). Як читається на латині назву, ми вже позначали - manganum. Якщо перевести його на російську, то це буде "да, дійсно прояснює, знебарвлюються". Таким своєю назвою марганець зобов`язаний проявляють властивостями, відомим з самої давнини.

Однак, незважаючи на популярність, отримати його в чистому вигляді для застосування зуміли лише в 1919 році. Робиться це наступними методами.

Електролізний, вихід продукту становить 99,98%. Таким способом отримують марганець в хімічній промисловості.
Силікотермічеським, або відновлення за допомогою кремнію. При цьому методі відбувається сплавом кремнію і оксиду марганцю (IV), в результаті чого формується чистий метал. Вихід становить близько 68%, так як побічно йде з`єднання марганцю з кремнієм в силицид. Даний спосіб застосовують в металургійній промисловості.
Алюмінотермічне метод - відновлення за допомогою алюмінію. Також не дає занадто високого виходу продукту, марганець утворюється забруднене домішками.

Виробництво даного металу має важливе значення для багатьох процесів, що здійснюються в металургії. Навіть невелика добавка марганцю здатна сильно вплинути на властивості сплавів. Доведено, що в ньому розчиняються багато метали, заповнюючи собою його кристалічну решітку.

З видобутку і виробництва даного елемента Росія займає перше місце в світі. Також цей процес здійснюється в таких країнах, як:

Китай.
ПАР.
Казахстан.
Грузія.
Україна.

Використання в промисловості

Марганець - хімічний елемент, застосування якого важливо не тільки в металургії. але і в інших областях. Крім металу в чистому вигляді, велике значення мають і різні сполуки даного атома. Позначимо основні з них.

Існує кілька видів сплавів, які, завдяки марганцю, мають унікальні властивості. Так наприклад, сталь Гадфільда настільки міцна і зносостійка, що її використовують для виплавки деталей екскаваторів, камнеперерабативающіх машин, дробарок, кульових млинів, броньових деталей.
Діоксид марганцю - обов`язковий окислювальний елемент гальваніки, його використовують при створенні деполяризатором.
Багато з`єднаннямарганцю потрібні для здійснення органічних синтезів різних речовин.
Перманганат калію (або марганцівка) застосовується в медицині як сильного обеззараживающего кошти.
Даний елемент входить до складу бронзи, латуні, утворює власний сплав з міддю, який служить для виготовлення турбін літаків, лопатей і інших деталей.

біологічна роль

Добова потреба в Марганці для людини становить 3-5 мг. Дефіцит даного елемента призводить до пригнічення нервової системи, порушення сну і неспокою, запаморочення. Роль його до кінця ще не вивчена, однак ясно, що, перш за все, він впливає на:

зріст;
діяльність статевих залоз;
роботу гормонів;
утворення крові.

Даний елемент присутній у всіх рослинах, тварин, людину, що доводить його важливу біологічну роль.

Цікаві відомості про елемент

Марганець - хімічний елемент, цікаві факти про який можуть справити враження на будь-яку людину, а також змусити зрозуміти, наскільки він важливий. Наведемо основні з них, які знайшли свій відбиток в історії даного металу.

У важкі часи громадянської війни в СРСР одним з перших експортних продуктів була руда, що містить велику кількість марганцю.
Якщо діоксид марганцю сплавити з гідроксидом калію і селітрою, а потім продукт розчинити у воді, то почнуться дивовижні перетворення. Спочатку розчин забарвиться в зелений колір, потім забарвлення зміниться на синій, після - фіолетовий. Нарешті, стане малиновою і поступово випаде бурий осад. Якщо ж суміш струснути, то знову відновиться зелений колір і все станеться заново. Саме за це марганцівка і отримала свою назву, що перекладається, як "мінеральний хамелеон".
Якщо в землю вносити добрива, що містять марганець, то у рослин підвищиться продуктивність і зросте швидкість фотосинтезу. Озима пшениця буде краще формувати зерна.
Найбільша брила мінералу марганцю родоніту важила 47 тонн і була знайдена на Уралі.
Існує потрійний сплав, який називається манганин. Він складається з таких елементів, як мідь, марганець і нікель. Його унікальність в тому, що він має більший електричний опір, яке не залежить від температури, але знаходиться під впливом тиску.

Звичайно, це не все, що можна сказати про цей метал. Марганець - хімічний елемент, цікаві факти про який досить різноманітні. Особливо якщо говорити про ті властивості, якими він наділяє різні сплави.

Поділися в соц мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!