Mangaani | ||||
---|---|---|---|---|
← Chrome | Rauta → | ||||
| ||||
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö | ||||
elektrolyyttinen mangaani | ||||
Atomin ominaisuudet | ||||
Nimi, symboli, numero | Mangaani / mangaani (Mn), 25 | |||
Ryhmä , jakso , lohko |
17 (vanhentunut 7), 4, d-elementti |
|||
Atomimassa ( moolimassa ) |
54.938045 (5) [1] a. e. m ( g / mol ) | |||
Elektroninen konfigurointi |
[Ar] 3p 5 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3p 5 4s 2 |
|||
Atomin säde | klo 127 | |||
Kemiallisia ominaisuuksia | ||||
kovalenttinen säde | klo 117 | |||
Ionin säde | (+7e) 46 (+2e) 80 pm | |||
Elektronegatiivisuus | 1,55 (Paulingin asteikko) | |||
Elektrodin potentiaali | −1,180 V | |||
Hapetustilat | 0; +1; +2; +3; +4; +5; +6; +7 | |||
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni) |
716,8 (7,43) kJ / mol ( eV ) | |||
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet | ||||
Tiheys ( n.a. ) | 7,21 g/cm³ | |||
Sulamislämpötila | 1517 (1243°C) | |||
Kiehumislämpötila | 2235 (1961°C) | |||
Oud. sulamisen lämpöä | 13,4 kJ/mol | |||
Oud. haihtumislämpö | 221 kJ/mol | |||
Molaarinen lämpökapasiteetti | 26,3 [2] J/(K mol) | |||
Molaarinen tilavuus | 7,35 cm³ / mol | |||
Yksinkertaisen aineen kidehila | ||||
Hilarakenne | kuutio | |||
Hilan parametrit | 8,890Å _ | |||
Debye lämpötila | 400 000 _ | |||
Muut ominaisuudet | ||||
Lämmönjohtokyky | (300 K) 6,87 [3] W/(m K) | |||
CAS-numero | 7439-96-5 |
25 | Mangaani |
Mn54,9380 | |
3d 5 4s 2 |
Mangaani ( kemiallinen symboli - Mn , lat. Manganum ) on 7. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - seitsemännen ryhmän VIIB sivualaryhmä), D. I.:n jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän neljäs jakso . Mendelejev , atominumerolla 25. [4] .
Yksinkertainen aine mangaani on kova , mutta samalla hauras , hopeanvalkoinen siirtymämetalli . Viittaa ei-rautametalleihin .
Yksi mangaanin tärkeimmistä mineraaleista - pyrolusiitti - tunnettiin antiikin aikana mustana magnesiumoksidina ja sitä käytettiin lasin sulatuksessa sen kirkastamiseksi. Sitä pidettiin eräänlaisena magneettisena rautamalmina , ja se tosiasia, että magneetti ei vetä sitä puoleensa , Plinius Vanhin selitti mustan magnesiumoksidin naispuolisella sukupuolella, jolle magneetti on "välinpitämätön". Vuonna 1774 ruotsalainen kemisti K. Scheele osoitti, että malmi sisälsi tuntematonta metallia. Hän lähetti malmin näytteitä ystävälleen, kemisti Yu. Ganille , joka lämmittämällä pyrolusiittia hiilellä uunissa sai metallista mangaania. 1800-luvun alussa sille otettiin nimi "manganum" ( saksan sanasta Manganerz - mangaanimalmi).
Mangaani on maan 14. yleisin alkuaine , ja raudan jälkeen se on toinen maankuoren raskasmetalli (0,03 % maankuoren atomien kokonaismäärästä). Mangaanin massaosuus kasvaa happamasta (600 g/t) emäksiseksi kiveksi (2,2 kg/t). Se on raudan mukana monissa sen malmeissa , mutta siellä on myös itsenäisiä mangaaniesiintymiä. Jopa 40 % mangaanimalmeista on keskittynyt Chiaturan esiintymään ( Kutaisin alue). Kiviin levinnyt mangaani huuhtoutuu vedestä pois ja kulkeutuu valtameriin. Samaan aikaan sen pitoisuus merivedessä on merkityksetön (10 -7 -10 -6 %), ja valtameren syvissä paikoissa sen pitoisuus nousee 0,3 prosenttiin veteen liuenneen hapen hapettumisen seurauksena, jolloin muodostuu vettä. liukenematon mangaanioksidi, joka hydratoituneessa muodossa ( 2 x H 2 O) uppoaa valtameren alempiin kerroksiin muodostaen pohjaan niin sanottuja ferromangaanikyhmyjä , joissa mangaanin määrä voi nousta 45 %:iin (niitä myös sisältävät kuparin , nikkelin , koboltin epäpuhtauksia ). Tällaisista betoneista voi tulla mangaanin lähde teollisuudelle tulevaisuudessa.
Venäjällä se on erittäin niukka raaka-aine, seuraavat esiintymät tunnetaan: Usinskoje Kemerovon alueella, Polunotšnoje Sverdlovskin alueella, Porožinskoje Krasnojarskin alueella, Južno-Hinganskoje juutalaisella autonomisella alueella, Rogachevo-Taininskaya alue ja Severo -Taininskoye » kenttä Novaja Zemljalla.
Mangaanista tunnetaan viisi allotrooppista muunnelmaa - neljä kuutioisella ja yksi tetragonaalinen kidehila [2] .
Jotkut ominaisuudet näkyvät taulukossa. Mangaanin muut ominaisuudet:
hapettunut muoto |
Palautettu muoto |
keskiviikko | E 0 , 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 |
MnO4 2 _ | MnO2_ _ | H + | +2,26 |
MnO4 2 _ | MnO2_ _ | OH- _ | +0,62 |
MnO 4 - | MnO4 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 |
Mangaanin tyypilliset hapetusasteet: 0, +2, +3, +4, +6, +7 (hapetustilat +1, +5 ovat epätyypillisiä ja hapetusaste −1 on erittäin harvinainen).
Ilmassa hapettuessaan se passivoituu. Jauhemangaani palaa hapessa:
Mangaani muodostaa reagoidessaan tulistetun vesihöyryn kanssa hydroksidia, joka syrjäyttää vedyn :
Tässä tapauksessa muodostunut mangaanihydroksidikerros hidastaa reaktiota.
Mangaani absorboi vetyä, ja lämpötilan noustessa sen liukoisuus mangaaniin kasvaa. Yli 1200 °C:n lämpötiloissa se on vuorovaikutuksessa typen kanssa muodostaen erilaisia koostumuksia sisältäviä nitridejä .
Hiili reagoi sulan mangaanin kanssa muodostaen Mn3C - karbideja ja muita. Se muodostaa myös silisidejä , borideja ja fosfideja .
Se reagoi kloorivety- ja rikkihappojen kanssa yhtälön mukaisesti
Väkevällä rikkihapolla reaktio etenee yhtälön mukaisesti
Laimealla typpihapolla reaktio etenee yhtälön mukaisesti
Mangaani on stabiili emäksisessä liuoksessa.
Mangaani muodostaa seuraavia oksideja: MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 (ei eristetty vapaassa tilassa) ja mangaanianhydridi Mn 2 O 7 .
Mn2O7 on normaaleissa olosuhteissa tummanvihreä nestemäinen öljymäinen aine, erittäin epästabiili ; seoksessa väkevän rikkihapon kanssa sytyttää orgaaniset aineet. 90 °C:ssa Mn 2 O 7 hajoaa räjähdyksellä. Stabiilimpia oksideja ovat Mn 2 O 3 ja MnO 2 sekä yhdistetty oksidi Mn 3 O 4 ( 2MnO·Mn 2 O 3 tai Mn 2 MnO 4 suola ).
Kun mangaani(IV)oksidi ( pyrolusiitti ) fuusioidaan alkalien kanssa hapen läsnä ollessa, muodostuu manganaatteja :
Manganaattiliuoksella on tummanvihreä väri. Kun tehdään happamaksi, reaktio etenee
Liuos muuttuu punaiseksi MnO 4 − -anionin ilmaantumisen vuoksi ja siitä saostuu ruskea mangaani (IV) oksidihydroksidisakka.
Permangaanihappo on erittäin vahvaa, mutta epästabiilia, sitä ei voi väkevöidä yli 20 %:ksi. Itse happo ja sen suolat ( permanganaatit ) ovat voimakkaita hapettimia. Esimerkiksi kaliumpermanganaatti hapettaa liuoksen pH :sta riippuen erilaisia aineita ja pelkistyy eri hapetusasteisiksi mangaaniyhdisteiksi. Happamassa ympäristössä - mangaani (II) -yhdisteisiin asti, neutraalissa - mangaani (IV) -yhdisteisiin asti, voimakkaasti emäksisessä - mangaani (VI) -yhdisteisiin asti.
Kalsinoituna permanganaatit hajoavat vapauttamalla happea (yksi laboratoriomenetelmistä puhtaan hapen saamiseksi). Reaktio etenee yhtälön mukaisesti (esimerkiksi kaliumpermanganaatti)
Voimakkaiden hapettimien vaikutuksesta Mn 2+ -ioni siirtyy MnO 4 − -ioniksi :
Tätä reaktiota käytetään Mn 2+ :n kvalitatiiviseen määritykseen (katso kohta "Määritys kemiallisilla analyysimenetelmillä").
Kun Mn(II)-suolojen liuoksia alkalisoidaan, niistä saostuu mangaani(II)hydroksidisakka, joka muuttuu nopeasti ruskeaksi ilmassa hapettumisen seurauksena. Katso reaktion yksityiskohtainen kuvaus kohdasta "Määritys kemiallisilla analyysimenetelmillä". Neutraaleissa tai happamissa vesiliuoksissa Mn 2+ -ioni muodostaa vaaleanpunaisen vesikompleksin [Mn(H 2 O) 6 ] 2+ .
Suolat MnCl3 , Mn2 ( S04 ) 3 ovat epästabiileja . Hydroksidit Mn (OH) 2 ja Mn (OH) 3 ovat emäksisiä, MnO (OH) 2 - amfoteerisia. Mangaani(IV)kloridi MnCl 4 on erittäin epästabiili, hajoaa kuumennettaessa, jota käytetään kloorin saamiseksi :
Mangaanin nollahapetustila ilmenee yhdisteissä, joissa on σ-luovuttaja- ja π-akseptoriligandeja. Joten mangaanille tunnetaan karbonyyli, jonka koostumus on Mn2 ( CO) 10 .
Tunnetaan myös muita mangaaniyhdisteitä, joissa on σ-luovuttaja- ja π-akseptoriligandeja (PF3 , NO , N2 , P( C5H5 ) 3 ) .
Syntymäpaikka:
Mangaani on monoisotooppinen alkuaine - luonnossa on vain yksi stabiili isotooppi 55 Mn. Kaikki muut mangaanin isotoopit ovat epävakaita ja radioaktiivisia , ne saadaan keinotekoisesti. Mangaanista tunnetaan 25 radioaktiivista isotooppia, joiden massaluku on välillä 44-70. Vakaimmat niistä ovat 53 Mn (puoliintumisaika T 1/2 = 3,7 miljoonaa vuotta ), 54 Mn ( T 1/2 = 312,3 päivää ) ja 52 Mn ( T1 /2 = 5,591 päivää ). Mangaanin valoisotooppien ( A < 55 ) hallitseva hajoamiskanava on elektronien sieppaus (ja joskus sen kanssa kilpaileva positronihajoaminen ) vastaaviksi kromin isotoopeiksi. Raskaiden isotooppien ( A > 55 ) päähajoamiskanava on β - -hajoaminen vastaaviksi raudan isotoopeiksi. On myös 7 isomeeriä (metastabiileja virittyneitä tiloja), joiden puoliintumisajat ovat yli 100 ns .
Ferromangaanin muodossa olevaa mangaania käytetään teräksen hapettumisen poistamiseen sen sulamisen aikana, eli hapen poistamiseen siitä. Lisäksi se sitoo rikkiä , mikä myös parantaa terästen ominaisuuksia. Jopa 12-13 % Mn:n lisääminen teräkseen (ns. Hadfield-teräs ), joskus yhdessä muiden seosmetallien kanssa, vahvistaa terästä voimakkaasti, tekee siitä kovan ja kulutusta ja iskuja kestävän (ns. " kovettuminen " "). Tällaista terästä käytetään kuulamyllyjen, maansiirto- ja kivenmurskauskoneiden, panssarielementtien jne. valmistukseen. "Peilivalurautaan" syötetään jopa 20 % Mn:a.
1920-1940-luvuilla mangaanin käyttö mahdollisti panssaroidun teräksen sulatuksen. 1950-luvun alussa Stal-lehdessä syntyi keskustelu mahdollisuudesta vähentää valuraudan mangaanipitoisuutta ja siten kieltäytyä tukemasta tiettyä mangaanipitoisuutta avosulatusprosessissa, jossa yhdessä V. I. Yavoisky ja V. I. Baptizmansky , E. I. Zarvin osallistuivat, jotka tuotantokokeiden perusteella osoittivat olemassa olevan tekniikan epätarkoituksenmukaisuuden. Myöhemmin hän osoitti mahdollisuuden suorittaa avotakkaprosessi vähämangaanipitoisella valuraudalla. ZSMK: n lanseerauksen myötä alkoi vähämangaanipitoisen valuraudan jalostuksen kehittäminen muuntimissa [6] .
Seoksella, jossa on 83 % Cu , 13 % Mn ja 4 % Ni ( manganiini ), on korkea sähkövastus, joka muuttuu vähän lämpötilan mukaan. Siksi sitä käytetään reostaattien valmistukseen jne.
Mangaania lisätään pronssiin ja messingiin .
Merkittävä määrä mangaanidioksidia kuluu galvaanisten mangaani- sinkkikennojen valmistuksessa , MnO 2 :ta käytetään tällaisissa kennoissa hapettavana aineena- depolarisaattorina .
Mangaaniyhdisteitä käytetään myös laajasti sekä hienoorgaanisessa synteesissä (MnO 2 ja KMnO 4 hapettimina) että teollisessa orgaanisessa synteesissä (hiilivetyjen hapetuskatalyyttien komponentit, esim. tereftaalihapon valmistuksessa hapettamalla p - ksyleeniä , hapettamalla parafiinit korkeammiksi rasvahapoiksi).
Mangaaniarsenidilla on jättimäinen magneettinen lämpövaikutus , joka lisääntyy paineen myötä.
Mangaanitelluridi on lupaava lämpösähköinen materiaali ( termo-EMF 500 μV/K).
Mangaani kuuluu viidenteen analyyttiseen kationien ryhmään.
Analyyttisessä kemiassa Mn2 + -kationien havaitsemiseen käytetyt spesifiset reaktiot ovat seuraavat:
1. Emäksiset alkalit mangaani(II)-suolojen kanssa antavat valkoisen mangaani(II)hydroksidisaostuman:
Ilmassa oleva sakka muuttaa värinsä ruskeaksi ilmakehän hapen aiheuttaman hapettumisen vuoksi.
Reaktion toteuttaminen. Kaksi tippaa alkaliliuosta lisätään kahteen pisaraan mangaanisuolaliuosta. Tarkkaile sakan värin muutosta.
2. Vetyperoksidi hapettaa alkalin läsnä ollessa mangaani(II)suolat tummanruskeaksi mangaani(IV)yhdisteeksi:
Reaktion toteuttaminen. Neljä tippaa alkaliliuosta ja kaksi tippaa H 2 O 2 -liuosta lisätään kahteen pisaraan mangaanisuolaliuosta .
3. Lyijydioksidi PbO 2 väkevän typpihapon läsnäollessa hapettaa kuumennettaessa Mn 2+ :ksi MnO 4 - muodostaen vadelman mangaanihappoa:
Tämä reaktio antaa negatiivisen tuloksen pelkistysaineiden, kuten kloorivetyhapon ja sen suolojen läsnä ollessa, koska ne ovat vuorovaikutuksessa lyijydioksidin sekä muodostuneen permangaanihapon kanssa. Suurilla mangaanimäärillä tätä reaktiota ei voida suorittaa, koska Mn 2+ -ionien ylimäärä pelkistää tuloksena olevan permangaanihapon HMnO 4 :n MnO (OH) 2 :ksi ja karmiininpunaisen värin sijasta ilmaantuu ruskea sakka. Lyijydioksidin sijasta Mn 2+ :n hapettamiseen MnO 4 - :ksi voidaan käyttää muita hapettavia aineita, esimerkiksi ammoniumpersulfaattia (NH 4 ) 2 S 2 O 8 katalyytin - Ag + -ionien tai natriumin läsnä ollessa. vismutti NaBiO 3 :
Reaktion toteuttaminen. Koeputkeen lisätään lasilastalla hieman PbO 2 :ta ja sitten 5 tippaa väkevää typpihappoa HNO 3 ja seosta kuumennetaan kiehuvassa vesihauteessa. Lisää kuumennettuun seokseen 1 tippa mangaani(II)sulfaattiliuosta MnSO 4 ja kuumenna uudelleen 10-15 minuuttia ravistaen putken sisältöä silloin tällöin. Ylimääräisen lyijydioksidin annetaan laskeutua ja tuloksena olevan mangaanihapon punaista väriä havaitaan.
Natriumvismutilla hapetettuna reaktio suoritetaan seuraavasti. Laita koeputkeen 1-2 tippaa mangaani(II)sulfaattiliuosta ja 4 tippaa 6 N natriumhydroksidia. HNO 3 , lisää muutama jyvä natriumvismutaattia ja ravista. Tarkkaile liuoksen karmiininpunaisen värin ulkonäköä.
4. Ammoniumsulfidi (NH 4 ) 2 S saostaa mangaani(II)sulfidia, joka on maalattu lihanväriseksi, mangaanisuolojen liuoksesta:
Sakka liukenee helposti laimeisiin mineraalihappoihin ja jopa etikkahappoon.
Reaktion toteuttaminen. Laita 2 tippaa mangaani (II) suolaliuosta koeputkeen ja lisää 2 tippaa ammoniumsulfidiliuosta.
Mangaania löytyy kaikkien kasvien ja eläinten organismeista, vaikka sen pitoisuus on yleensä hyvin alhainen, prosentin tuhannesosia, sillä on merkittävä vaikutus elintoimintoihin, eli se on hivenaine . Mangaani vaikuttaa kasvuun, verenmuodostukseen ja sukurauhasten toimintaan . Erityisen runsaasti mangaania ovat juurikkaan lehdet ja durian - hedelmät - jopa 0,03%, ja suuria määriä sitä löytyy punamuurahaisten organismeista - jopa 0,05%. Jotkut bakteerit sisältävät jopa useita prosentteja mangaania.
Mangaanin liiallinen kertyminen elimistöön vaikuttaa ennen kaikkea keskushermoston toimintaan. Tämä ilmenee väsymys, uneliaisuus, muistitoimintojen heikkeneminen. Mangaani on polytrooppinen myrkky, joka vaikuttaa myös keuhkoihin, sydän- ja verisuonijärjestelmään sekä maksa-sappijärjestelmään, aiheuttaa allergisen ja mutageenisen vaikutuksen.
Myrkyllinen annos ihmiselle on 40 mg mangaania vuorokaudessa. Ihmisille tappavaa annosta ei ole määritetty.
Suun kautta otettuna mangaani on yksi vähiten myrkyllisistä hivenaineista. Eläinten mangaanimyrkytyksen tärkeimmät merkit ovat kasvun hidastuminen, ruokahalun heikkeneminen, rautaaineenvaihdunnan heikkeneminen ja aivojen toimintahäiriöt.
Ihmisillä ei ole raportoitu mangaanimyrkytyksen tapauksista, jotka olisivat aiheutuneet runsaasti mangaania sisältävien elintarvikkeiden nauttimisesta. Pohjimmiltaan ihmisten myrkytyksiä havaitaan tapauksissa, joissa pitkäaikaisesti hengitetään suuria määriä mangaania työssä [7] . Se ilmenee vakavien mielenterveyshäiriöiden muodossa, mukaan lukien yliärtyneisyys, hypermotiliteetti ja hallusinaatiot - "mangaanihulluus". Tulevaisuudessa ekstrapyramidaalijärjestelmässä kehittyy muutoksia, kuten Parkinsonin tauti.
Kroonisen mangaanimyrkytyksen kliinisen kuvan kehittyminen kestää yleensä useita vuosia. Sille on ominaista melko hidas patologisten muutosten lisääntyminen kehossa, joka johtuu mangaanipitoisuuden lisääntymisestä ympäristössä (erityisesti endeemisen struuman leviämisestä, joka ei liity jodinpuutteeseen).
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja | |
---|---|
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 , |