Манган

от Уикипедия, свободната енциклопедия
(пренасочване от Mn)
Манган
Манган – сребрист с метален блясък
Манган – сребрист с метален блясък
Сребрист с метален блясък
Спектрални линии на манган
Спектрални линии на манган
ХромМанганЖелязо


Mn

Tc
Периодична система
Общи данни
Име, символ, ZМанган, Mn, 25
Група, период, блок74d
Химическа серияпреходен метал
Електронна конфигурация[Ar] 3d5 4s2
e- на енергийно ниво2, 8, 13, 2
CAS номер7439-96-5
Свойства на атома
Атомна маса54,938045 u
Ковалентен радиус1: 139±5 pm
2: 161±8 pm
Степен на окисление7, 6, 5, 4, 3,
2, 1, −1, −2, −3
ОксидMn2O7 (киселинен)
MnO2 (амфотерен)
MnO (основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,55
Йонизационна енергияI: 717,3 kJ/mol
II: 150 kJ/mol
III: 3248 kJ/mol
IV: 4940 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояниетвърдо вещество
Кристална структуракубична обемноцентрирана
Плътност7210 kg/m3
Температура на топене1519 K (1246 °C)
Температура на кипене2334 K (2061 °C)
Специф. топлина на топене12,91 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение221 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 1228 1347 1493 1691 1955 2333
Скорост на звука5150 m/s при 20 °C
Специф. ел. съпротивление1,44 Ω.mm2/m
Топлопроводимост7,81 W/(m·K)
Магнетизъмпарамагнитен
Модул на еластичност198 GPa
Модул на свиваемост120 GPa
Твърдост по Моос6
Твърдост по Бринел196 MPa
История
ОткритиеКарл Вилхелм Шееле (1774 г.)
ИзолиранеЙохан Готлиб Ган (1774 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
52Mn синт. 5,6 дни ε 52Cr
β+ 52Cr
γ
53Mn радио 3,74×106 г. ε 53Cr
54Mn синт. 312 дни ε 54Cr
γ
55Mn 100 % стабилен

Манганът заема 25 място в менделеевата таблица, преходен метал. Атомната му маса е 54,9380. Намира се в VII Б (7) група. Открит е от шведския химик Карл Вилхелм Шееле. В чист вид е получен от шведския химик Юхан Готлиб Ган през 1774 г. при редукция на манганов диоксид с въглерод. Разтворим при широки граници на pH. Всички манганови съединения, особено на Mn(II), са силно отровни.[1] Причинява различни заболявания – отслабване на зрението, слуха, треперене на крайниците, смърт. Манганът е тежкият метал, който най-трудно се премахва от замърсени води. Утаява се при химична неутрализация. Има микроорганизми, хемолитотрофни бактерии, които при pH около неутралното, окисляват 3 валентния манган до 4 валентен, чрез прекисен механизъм – генерират токсичните съединения.

При микробно дисимилативната сулфат-редукция част от мангана се утаява като магнезиев сулфид чрез сярна киселина. При високи концентрации на сярна киселина манганът се утаява по-трудно. Сорбцията е ефикасния механизъм за задържане на манган. При зимни условия растежът на микроорганизми е инхибирен, сорбцията чрез първата биомаса е ефикасен механизъм за отстраняване на разтворен манган от замърсени руди. Манганът е основен микроелемент в храната.

Просто вещество[редактиране | редактиране на кода]

Манганът е сребристосив метал, твърд и високо топим. По външен вид прилича на желязото, но е по-твърд, не е така ковък и е по-ниско топим. В зависимост от температурата съществува в 4 кристални модификации:[2] α-Mn под 720 °C, β-Mn 740 °C – 1060 °C, γ-Mn 1060 °C – 1140 °C, δ-Mn над 1140 °C.

Разпространение, получаване и употреба[редактиране | редактиране на кода]

Кристална друза от родохрозит (червен) и манганит (черен)

Манганът е между добре разпространените елементи, като съставя 0.09 масови (0.032 молни)[1] процента от земната кора. Най-голямо практическо значение имат минералите пиролузит (MnO2), хаусманит (Mn3O4) и родохрозит(MnCO3).[3]

Чист манган се получава при редукция на оксидите с въглерод, алуминий или силиций:[2]

3Mn3O4 + 8Al → 9Mn + 4Al2O3; ΔH298 = -2519 kJ

За нуждите на черната металургия е удобно да се получава направо сплавта фероманган (60 – 90 % Mn и 40 – 10 % Fe), като във високи пещи се редуцира смес от MnO2 и Fe2O3. Манганът, прибавен към желязото повишава неговата твърдост и устойчивост на корозия.[2] Сплав от 83 % Cu, 13 % Mn и 4 % Ni, наречена манганин, има високо електросъпротивление, което слабо се променя с повишаване на температурата и се използва в електротехниката за направа на реостати и др.

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

В създаване на химични връзки могат да участват всички 4s и 3d електрони, за това са възможни всички степени на окисление от 0 до VII,[3] но характерни са II, IV, VI и VII.[2] Най-стабилни са съединенията на Mn(II), а тези с по-висока степен на окисление са силни окислители. Всички манганови съединения са интензивно оцветени, с изключение на Mn2+ съединенията, които са бледо розови.[1]

Електродни потенциали при мангана в кисела среда[1]
Окислена
форма
Редуцирана
форма
E°, [V]
MnO4- MnO42- +0,56
MnO4- MnO2 +1,69
MnO4- Mn2+ +1,32
MnO42- MnO2 +2,26
MnO2 Mn3+ +0,95
MnO2 Mn2+ +1,29
Mn3+ Mn2+ +1,51
Mn2+ Mn -1,185

На въздух се покрива с оксидна корица, която лесно се разрушава при нагряване. Реагира лесно с кислород и сяра, като се получават смесени оксиди и сулфиди. Реагира бурно (гори) с флуор и хлор до MnF2 и MnCl2 съответно. При висока температура (1200 °C[1]) реагира с азота до Mn3N2 и въглерода до Mn3C. Не са познати хидриди.[2][1] В реда на относителна активност, манганът е преди водорода (E°M2+/M = -1,185V) и реагира с разредени киселини, като дава соли на Mn2+

Mn + 2HCl → MnCl2 + H2

На студено конц. HNO3 го пасивира.

Във воден разтвор Mn2+ е под формата на аквакомплекса [Mn(H2O)6]2+, при който оцветяването се дължи на малко вяроятен d-d преход. Поради това, съединенията на Mn(II) слабо абсорбират светлината и имат бледо оцветяване.

Оксиди и хидроксиди[редактиране | редактиране на кода]

Степен на
окисление
Оксид Хидроксид
+2 MnO Mn(OH)2
смесен Mn3O4 *
+3 Mn2O3 MnO(OH)
+4 MnO2 Mn(OH)4 или H2MnO3
+7 Mn2O7 HMnO4

Мангановият оксид е сиво-зелен, с нестехиометричен състав MnO1.00 до MnO1.05. Получава се при редукция на MnO2 с водород или при термична дисоциация на манганов карбонат. Има основни отнасяния, разтваря се в киселини и дава съответните соли на Mn(II)

MnO + 2H3O+ + 3H2O → [Mn(H2O)6]2+

Не се разтваря във вода, а хидроксидът се получава при утаяване на Mn2+ в алкална среда:

Mn(NO3)2 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + 2NaNO3

Мангановият хидроксид е бяла, неразтворима във вода утайка (pKs=17,4[1]), която постепенно потъмнява от въздуха:

Mn(OH)2 + 1/2O2 → 2MnO(OH) + H2O
2MnO(OH) + 1/2O2 + 3H2O → 2Mn(OH)4

Проявява предимно основни свойства, реагира с киселини и дава соли на Mn(II), но при нагряване до висока температура реагира и с основи:

Mn(OH)2 + 4OH- → [Mn(OH)6]4-

Халогениди и оксохалогениди[редактиране | редактиране на кода]

Степен на
окисление
Флуорид Хлорид Бромид Йодид
+2 MnF2, бледо розов MnCl2, розов MnBr2, розов MnI2, розов
+3 MnF3, червеновиолетов - - -
+4 MnF4, син MnCl4 - -

Халогенидите на Mn(II) са твърди, кристални вещества с йонна структура, много разтворими във вода, с изключение на MnF2, който е по-слабо разтворим. Получават се при реакция на манган, манганов диоксид или карбонат със съответната халогеноводородна киселина:

MnCO3 + 2HX → MnX2 + CO2 + H2O; (X = F, Cl, Br, I)

Кристализират като кристалохидрати с 2 или 4 молекули вода – MnCl2.2H2O или MnCl2.4H2O.

При реакция с алкални халогениди се получават комплекси, с коорединационно число 4 или 6:

MnCl2 + 2KCl → K2[MnCl4] и
MnF2 + 4KF → K4[MnF6]

В трета степен на окисление е получен само мангановият трифлуорид (MnF3), чрез флуориране на Mn(II) халогениди. Има структура на деформиран октаедър, разлага се при 600 °C:

2MnF3 → 2MnF2 + F2

За Mn(IV) са известни MnF4 и MnCl4, получават се при реакция на манган със съответния халогенид.

Халогениди в по-високите степени на окисление не са получени.

От оксохалогенидите на мангана са получени MnOCl3, MnO2Cl2, MnO3F и MnO3Cl. Те са нестабилни течности, със зелен до кафяв цвят.[1] Във вода хидролизират до съответните осокиселини:

MnO3F + H2O → HMnO4 + HF

Соли[редактиране | редактиране на кода]

Токсични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Манганът и неговите съединения са токсични.[4]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. а б в г д е ж з Е. Киркова. Химия на елементите итехните съединения. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013.
  2. а б в г д Л. Генов, М. Манева-Петрова. Неорганична химия II част. София, Наука и изкуство, 1990.
  3. а б Д. Лазаров. Неорганична химия. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 1993.
  4. Лопина О.Д., Г. А. Аврунина Г.А., Воронцова Е.И., Прядилова Н.В., Рыжкова М.Н., Хижнякова К.И. Манган (Марганец) // Голямата медицинска енциклопедия (в 30 тома). 3 издание. Т. 13. Ленин и здравеопазването – Мединол (Ленин и здравоохранение – Мединал). Москва, Издателство „Съветска енциклопедия“, 1980. с. 552. Посетен на 1 юни 2018. (на руски) ((ru))