ПМ-20 хімія 11.10.22

11.10.2022

Лекція (2 год.)

Тема 1.11. Марганець (Манган).Фізичні та хімічні властивості. Добування і застосування.

Опрацювати: матеріал лекції.

Виконати (письмово):

для самостійного вивчення: Тема 1.12. Застосування технецію і ренію.

Мінерали марганцю відомі давно. Древнєримський   натураліст Пліній  згадує  про чорний камінь, який використовували для знебарвлення рідкої скляної маси. Річ йшла про мінерал -  піролюзит МnО₂. В Грузії піролюзит здавнини  використовували як присадковий матеріал при добуванні заліза.

Деякий час піролюзит називали чорною магнезією і враховували різновидністю  магнітного залізняка. В 1774 році К.Шеллє довів, що це сполука незнайомого металу, а другий шведський вчений Ю.Гаі, сильно гріючи суміш  піролюзиту з вугіллям, отримав марганець з домішками вуглецю. 

Знаходження у природі. Манган - поширений елемент, його вміст в земній корі 0,1 % (за масою), в океанічній воді 2·10⁻⁷ %, в живій речовині Землі 1·10⁻³%, у ґрунті 8.5·10⁻²%.

Фізичні і хімічні властивості. 

Манган належить до родини d-елементів. Розташований в 4 періоді УІІ групі побічній підгрупі. Порядковий номер 25.

? Зобразіть електронну формулу атома Мангану. 

В реакціях проявляє валентність від 2 до 7, найбільш стійкі ступені окислення +2, +4, +7.

Проста речовина - метал марганець.

Марганець являє собою сріблясто-білий твердий, але крихкий, метал. Його крихкість пояснюється тим, що при нормальних температурах в елементарну ланку Мn входить 58 атомів у складній ажурній  структурі.  Густина марганцю 7,44 г/см³, температура плавлення 1244⁰С, температура кипіння 2150⁰С.   

Сполуки  Мангану (ІІ). Солі двохвалентного Мангану можно отримати при його розчиненні в розбавлених кислотах:

                         Мn +2НС1® МnС1₂ + Н₂­

 При розчиненні у воді утворюється манган (ІІ) гідроксид:

                        Мn + 2НОН ® Мn(ОН)₂+ Н₂­

 Манган (ІІ) гідроксид можно отримати у вигляді білого осаду при дії на розчини солей двохвалентного Мангану  лугів:

              МnSO₄ + 2 NаОН ® Мn(ОН)₂¯ + Nа₂SO₄

 Сполуки Мангану (ІІ) на  повітрі нестійкі і Мn(ОН)₂  на повітрі швидко буріє, перетворюючись в оксид-гідроксид чотирьохвалентного Мангану:

                      2 Мn(ОН)₂ + О₂ ® МnО(ОН)₂

 Гідроксид мангану проявляє тільки основні властивості і не реагує з лугами, а при взаємодії з кислотами дає відповідні солі.

                  Мn(ОН)₂ + 2НС1 ® МnС1₂ + 2 Н₂О

 Оксид мангану (ІІ) можно отримати при розкладанні манган (ІІ) карбоната:

                           МnСО₃ ® МnО + СО₂­

 Сполуки Мангану (ІV). Із сполук Мангану (ІV) найбільш відомий диоксид Мангану МnО₂ – піролюзит.  Оскільки валентність ІV проміжна , сполуки Мn (ІV) утворюються  як при окисленні двохвалентного Мангану,

                          Mn(NO₃)₂ ® MnO₂ + 2NO₂­

так і при відновленні  сполук  Мангану (VІ):

 3К₂MnО₄ + 2Н₂0 ® 2КMn0₄ + Mn0₂ + 4К0Н

Остання реакція являється прикладом реакції самоокислення – самовідновлення (диспропорціонування), для яких характерно те, що  атоми одного і того ж самого елемента і окислюються, і відновлюються одночасно:

                             Mn ⁺⁶ + 2 е^- →  Mn ⁺⁴ ê 1

                             Mn ⁺⁶   -1 е^- → Mn ⁺⁷   ê 2

 В свою чергу Mn0₂ може   окислювати галогеніди і галогеноводні, наприклад    НС1:       

                   Mn0₂ + 4 НС1 ® MnС1₂  + С1₂↑ + 2 Н₂0

Сполуки Мангану (VІ). 

Ма́нган(VI) окси́д — неорганічна сполука складу МnО3. Являє собою темно-червону, хімічно нестійку рідину, яка розкладається при 50 °C. Оксид проявляє кислотні властивості.

? Напишіть рівняння хімічних реакцій, що характеризують кислотні властивості 

МnО3.

Оксид мангану (VI) отримують у вигляді пурпурно-червоної (фіолетової) пари, яка виділяється при розчиненні калій перманганату  у концентрованій  сульфатній кислоті (при нагріванні). Пара конденсується у темно-червону речовину.

2КMn0₄ + H₂SO₄ = 4 Mn0₃ + 2K₂SO₄ + O₂ + 2H₂O

Він розчиняється у лугах з утворенням манганатів зеленого кольору:

            Mn0₃ + 2К0Н   ® К₂Mn0₄ + H₂0

Сильні окислювачі переводять манган шестивалентний у семивалентний.

                     2К₂Mn0₄ + С1₂ ® 2КMn0₄ +   2КС1

Сполуки Мангана (VІІ). В семивалентному стані Манган проявляє тільки окислювальні властивості. В лабораторній практиці і в промисловості часто застосовується як окисник перманганат калію КMn0₄, який називають марганцівкою. Перманганат калію  - це кристали   чорно-фіолетового кольору. Водні розчини забарвлені у фіолетовий колір, характерний для іона Mn0₄^-.

Перманганати є солями перманганатної кислоти, яка стійка тільки в розбавлених розчинах (до 20%). Ці розчини отримують дією сильних окислювачів на сполуки Мангану двохвалентного:

     2 Mn(N0₃)₂ + 5Pb0₂ + 6 HN0₃® 2HMn0₄ + 5 Pb(N0₃)₂ +2H₂0

При концентрації НMn0₄ вище 20%  відбувається розкладання її за рівнянням:

                               4НMn0₄ ®  4Mn0₂ +30₂­ +2Н₂0

Марганцевий ангідрид або  манган (VІІ) оксид Mn₂0₇ може   добуватися дією концентрованої сульфатної кислоти на перманганат калія. Цей оксид являється більш сильним окислювачем, ніж НMn0₄ . Органічні сполуки при взаємодії з Mn₂0₇ самозаймаються.    Через нестійкость і в край високу реакційну здатность Mn₂0₇ не застосовують, а замість нього використовують тверді перманганати.

      При нагріванні сухого перманганату калія до температури вище 200⁰С  він розкладається:

                        2КMn0₄ ® К₂Mn0₄ + Mn0₂ +0₂­

Цю реакцію використовують в лабораторіїї для одержання кисню.

 

Добування. Чистий марганець отримують в промисловості за методом радянського електрохіміка Р.І.Агладзе (1939)  електролізом водних розчинів MnSO₄  з додаванням  (NH₄)₂SO₄ при рН=8,0-8,5. Процес ведуть  зі  свинцовим анодом та титановим катодом.Частинки марганцю знімають з катода  і  якщо потрібно переплавляють.

 Менш чистий марганець  отримують алюмотермією, а також електротермією.

Застосування марганцю та його сполук. Марганець у великій кількості застосовується у металургії в процесі     отримання  сталей  для видалення з них сірки і кисню.   Але в розплав додають не марганець, а сплав заліза з марганцем – ферромарганець, який в свою чергу отримують відновленням  піролюзита вугіллям. Домішки  марганцю    до сталей збільшують їх стійкість до зносу та до  механічних напруг. В сплавах кольорових металів марганець збільшує їх міцність і стійкість до корозії.

       Діоксид марганцю використовують  в якості каталізатора в процесах окислення аміаку, органічних реакціях і реакціях розкладу неорганічних солей. У керамічній промисловості  Mn0₂ використовують для забарвлення емалей і глазурей в чорний і темно-коричньовий колір. Високодисперсний Mn0₂ має добрі адсорбуючи властивості і застосовується для очистки повітря від шкідливих домішок.

      Перманганат калію застосовують для відбілювання льону та вовни, знебарвлення технологічних розчинів, як окислювач органічних речовин.

        В медицині застосовують деякі солі марганцю. Наприклад, перманганат калію застосовують як антисептичний засіб у вигляді водного розчину для промивання ран, полоскання горла, змазування опіків. Розчин КMn0₄ застосовують при отруєнні алкалоїдами і цианідами. Манган є одним із мікроелементів  і зустрічається майже у всіх живих організмах. Він покращує процеси кровотворення в організмі людини і тварин.

        Однак не слід забувати, що сполуки Мангану можуть справляти токсичий вплив на організм людини. Дозволена Концентрація марганця у повітрі не повинна перевищувати 0,3 мг/м³.