Mangán (chemický prvok): vlastnosti, použitie, označenie, oxidačný stav, zaujímavé fakty

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 05:40

Jedným z najdôležitejších kovov pre metalurgiu je mangán. Navyše ide vo všeobecnosti o dosť nezvyčajný prvok, s ktorým sa spájajú zaujímavé fakty. Dôležité pre živé organizmy, potrebné pri výrobe mnohých zliatin, chemikálií. Mangán je chemický prvok, ktorého fotografiu je možné vidieť nižšie. V tomto článku sa budeme zaoberať jeho vlastnosťami a charakteristikami.

Charakteristika chemického prvku

Ak hovoríme o mangáne ako prvku periodickej sústavy, tak v prvom rade by sme mali charakterizovať jeho postavenie v nej.

1. Nachádza sa vo štvrtom hlavnom období, siedmej skupine, sekundárnej podskupine.
2. Poradové číslo - 25. Mangán je chemický prvok, ktorého náboj jadier atómov je +25. Počet elektrónov je rovnaký, neutrónov - 30.
3. Hodnota atómovej hmotnosti je 54 938.
4. Označenie chemického prvku mangán - Mn.
5. Latinský názov - mangán.

Nachádza sa medzi chrómom a železom, čo vysvetľuje jeho podobnosť s nimi vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach.

Mangán – chemický prvok: prechodný kov

Ak vezmeme do úvahy elektronickú konfiguráciu redukovaného atómu, jeho vzorec bude vyzerať takto: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Je zrejmé, že prvok, ktorý uvažujeme, je prechodný kov z rodiny d. Päť elektrónov na 3D podúrovni označuje stabilitu atómu, ktorá sa prejavuje v jeho chemických vlastnostiach.

Mangán je ako kov redukčné činidlo, ale väčšina jeho zlúčenín je schopná vykazovať pomerne silné oxidačné schopnosti. Je to spôsobené rôznymi oxidačnými stavmi a mocnosťami, ktoré tento prvok má. Toto je zvláštnosť všetkých kovov tejto rodiny.

Mangán je teda chemický prvok, ktorý sa nachádza medzi ostatnými atómami a má svoje špeciálne vlastnosti. Pozrime sa, aké sú tieto vlastnosti podrobnejšie.

Mangán je chemický prvok. Oxidačný stav

Elektrónový vzorec atómu sme už dali. Tento prvok je podľa nej schopný vykazovať niekoľko pozitívnych oxidačných stavov. Toto je:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Valencia atómu je IV. Najstabilnejšie sú tie zlúčeniny, v ktorých má mangán hodnoty +2, +4, +6. Najvyšší stupeň oxidácie umožňuje zlúčeninám pôsobiť ako najsilnejšie oxidačné činidlá. Napríklad: KMnO₄, Mn₂O₇.

Zlúčeniny s +2 sú redukčné činidlá, hydroxid manganatý (II) má amfotérne vlastnosti, s prevahou zásaditých. Stredné oxidačné stavy tvoria amfotérne zlúčeniny.

História objavov

Mangán je chemický prvok, ktorý nebol objavený okamžite, ale postupne a rôznymi vedcami. Jeho zlúčeniny však ľudia používali už od staroveku. Oxid mangánu (IV) sa používal na tavenie skla. Jeden Talian uviedol skutočnosť, že pridanie tejto zlúčeniny pri chemickej výrobe okuliarov zmení ich farbu na fialovú. Spolu s tým tá istá látka pomáha eliminovať zákal vo farebných sklách.

Neskôr v Rakúsku sa vedcovi Kaimovi podarilo získať kúsok kovového mangánu vystavením pyrolyzitu (oxid mangánu (IV)), potaše a uhlia vysokým teplotám. Táto vzorka však obsahovala veľa nečistôt, ktoré sa mu nepodarilo odstrániť, takže k objavu nedošlo.

Ešte neskôr iný vedec tiež syntetizoval zmes, v ktorej bol významný podiel čistý kov. Bol to Bergman, ktorý predtým objavil prvok nikel. Nebolo mu však súdené dokončiť prácu.

Mangán je chemický prvok, ktorý prvýkrát získal a izoloval vo forme jednoduchej látky Karl Scheele v roku 1774. Urobil to však spolu s I. Ganom, ktorý dokončil proces tavenia kusu kovu. Ale ani im sa nepodarilo úplne ho zbaviť nečistôt a získať 100% výťažnosť produktu.

Napriek tomu tento čas nastalobjav tohto atómu. Tí istí vedci sa pokúsili dať meno ako objavitelia. Zvolili výraz mangán. Po objavení horčíka však začal zmätok a názov mangánu sa zmenil na moderný (H. David, 1908).

Keďže mangán je chemický prvok, ktorého vlastnosti sú veľmi cenné pre mnohé metalurgické procesy, postupom času bolo potrebné nájsť spôsob, ako ho získať v najčistejšej forme. Tento problém riešili vedci na celom svete, no podarilo sa ho vyriešiť až v roku 1919 vďaka práci sovietskeho chemika R. Agladzeho. Bol to on, kto našiel metódu, ktorou je možné zo síranov a chloridov mangánu elektrolýzou získať čistý kov s látkovým obsahom 99,98 %. Teraz sa táto metóda používa na celom svete.

Byť v prírode

Mangán je chemický prvok, ktorého fotografiu jednoduchej látky môžete vidieť nižšie. V prírode existuje veľa izotopov tohto atómu, pričom počet neutrónov sa značne líši. Hmotnostné čísla sa teda pohybujú od 44 do 69. Jediným stabilným izotopom je však prvok s hodnotou ⁵⁵Mn, všetky ostatné majú buď zanedbateľne krátky polčas rozpadu alebo existujú v príliš malé množstvá.

Keďže mangán je chemický prvok, ktorého oxidačný stav je veľmi odlišný, tvorí aj v prírode veľa zlúčenín. Vo svojej čistej forme sa tento prvok vôbec nevyskytuje. V mineráloch a rudách je jeho stálym susedom železo. Celkovo možno identifikovať niekoľko najdôležitejších hornín, medzi ktoré patrí mangán.

1. Pyroluzit. Vzorec zlúčeniny: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelan, MnO2mMnOnH2O molekula.
3. Manganit, vzorec MnOOH.
4. Brownit je vzácnejší ako ostatné. Vzorec Mn₂O₃.
5. Gausmanit, vzorec MnMn₂O_4.
6. Rhodonit Mn₂(SiO₃)₂.
7. Uhličitanové rudy mangánu.
8. Malinový trn alebo rodochrozit – MnCO₃.
9. purpuritová - Mn₃PO₄.

Okrem toho môžete označiť niekoľko ďalších minerálov, ktoré tiež obsahujú príslušný prvok. Toto je:

• calcit;
• siderite;
• ílovité minerály;
• chalcedony;
• opal;
• piesočnato-hlinité zlúčeniny.

Okrem hornín a sedimentárnych hornín, minerálov je mangán chemický prvok, ktorý je súčasťou nasledujúcich objektov:

1. Rastlinné organizmy. Najväčšími akumulátormi tohto prvku sú: pagaštan vodný, žaburinka, rozsievky.
2. Hrzavé huby.
3. Niektoré druhy baktérií.
4. Nasledujúce zvieratá: červené mravce, kôrovce, mäkkýše.
5. Ľudia – denná potreba je približne 3-5 mg.
6. Vody oceánov obsahujú 0,3 % tohto prvku.
7. Celkový obsah v zemskej kôre 0,1 % hmotnosti.

Vo všeobecnosti je to 14. najrozšírenejší prvok zo všetkých na našej planéte. Medzi ťažkými kovmi je na druhom miesteželezo.

Fyzikálne vlastnosti

Z hľadiska vlastností mangánu ako jednoduchej látky možno preň rozlíšiť niekoľko základných fyzikálnych vlastností.

1. Vo forme jednoduchej látky je to pomerne pevný kov (na Mohsovej stupnici je ukazovateľ 4). Farba - strieborno-biela, na vzduchu pokrytá ochranným oxidovým filmom, v reze lesklá.
2. Teplota topenia je 1246⁰C.
3. Variť - 2061⁰C.
4. Vlastnosti vodiča sú dobré, je paramagnetický.
5. Hustota kovu je 7,44 g/cm³.
6. Existuje vo forme štyroch polymorfných modifikácií (α, β, γ, σ), ktoré sa líšia štruktúrou a tvarom kryštálovej mriežky a hustotou zloženia atómov. Ich teplota topenia je tiež odlišná.

V metalurgii sa používajú tri hlavné formy mangánu: β, γ, σ. Alfa je vzácnejšia, pretože je príliš krehká vo svojich vlastnostiach.

Chemické vlastnosti

Z hľadiska chémie je mangán chemický prvok, ktorého iónový náboj sa značne mení od +2 do +7. To zanecháva stopy na jeho činnosti. Vo voľnej forme na vzduchu mangán veľmi slabo reaguje s vodou a rozpúšťa sa v zriedených kyselinách. Akonáhle sa však teplota zvýši, aktivita kovu sa dramaticky zvýši.

Je teda schopný komunikovať s:

• dusík;
• carbon;
• halogény;
• silicon;
• fosfor;
• síra a iné nekovy.

Pri zahrievaní bez vzduchu kov ľahko prechádza do stavu pary. V závislosti od oxidačného stavu, ktorý mangán vykazuje, môžu byť jeho zlúčeniny redukčnými aj oxidačnými činidlami. Niektoré vykazujú amfotérne vlastnosti. Hlavné sú teda charakteristické pre zlúčeniny, v ktorých je +2. Amfotérne - +4 a kyslé a silne oxidačné v najvyššej hodnote +7.

Napriek tomu, že mangán je prechodný kov, jeho komplexných zlúčenín je málo. Je to kvôli stabilnej elektronickej konfigurácii atómu, pretože jeho 3D podúroveň obsahuje 5 elektrónov.

Spôsoby získania

Existujú tri hlavné spôsoby, akými sa mangán (chemický prvok) získava v priemysle. Keďže názov sa číta v latinčine, už sme určili - manganum. Ak to preložíte do ruštiny, potom to bude "áno, naozaj objasňujem, odfarbujem." Mangán vďačí za svoj názov zjavným vlastnostiam známym už od staroveku.

Napriek sláve sa im ho však v čistej forme podarilo dostať do používania až v roku 1919. To sa vykonáva nasledujúcimi metódami.

1. Elektrolýza, výťažok produktu je 99,98 %. Týmto spôsobom sa mangán získava v chemickom priemysle.
2. Silikotermálna alebo kremíková redukcia. Pri tejto metóde dochádza k taveniu oxidu kremičitého a mangánu (IV), čo vedie k vytvoreniu čistého kovu. Výťažnosť je asi 68%, ako vedľajší účinok je kombinácia mangánu s kremíkom za vzniku silicidu. Themetóda sa používa v metalurgickom priemysle.
3. Aluminotermická metóda - obnova hliníkom. Tiež neposkytuje príliš vysoký výťažok produktu, mangán sa tvorí kontaminovaný nečistotami.

Výroba tohto kovu je dôležitá pre mnohé procesy uskutočňované v metalurgii. Aj malý prídavok mangánu môže výrazne ovplyvniť vlastnosti zliatin. Bolo dokázané, že sa v ňom rozpúšťa veľa kovov a vypĺňajú jeho kryštálovú mriežku.

Z hľadiska ťažby a výroby tohto prvku je Rusko na prvom mieste na svete. Tento proces sa vykonáva aj v krajinách ako:

• Čína.
• Južná Afrika.
• Kazachstan.
• Gruzínsko.
• Ukrajina.

Priemyselné využitie

Mangán je chemický prvok, ktorého využitie je dôležité nielen v metalurgii. ale aj v iných oblastiach. Okrem kovu v čistej forme majú veľký význam aj rôzne zlúčeniny tohto atómu. Označme tie hlavné.

1. Existuje niekoľko druhov zliatin, ktoré majú vďaka mangánu jedinečné vlastnosti. Napríklad Hadfieldova oceľ je taká pevná a odolná voči opotrebovaniu, že sa používa na tavenie dielov pre rýpadlá, stroje na spracovanie kameňa, drviče, guľové mlyny a pancierové diely.
2. Oxid manganičitý je povinným oxidačným prvkom galvanizácie, používa sa na vytváranie depolarizátorov.
3. Zlúčeniny mangánu sú potrebné na implementáciu organických látoksyntézy rôznych látok.
4. Manganistan draselný (alebo manganistan draselný) sa používa v medicíne ako silný dezinfekčný prostriedok.
5. Tento prvok je súčasťou bronzu, mosadze, tvorí vlastnú zliatinu s meďou, ktorá sa používa na výrobu leteckých turbín, lopatiek a iných častí.

Biologická úloha

Denná potreba mangánu na osobu je 3-5 mg. Nedostatok tohto prvku vedie k depresii nervového systému, poruchám spánku a úzkosti, závratom. Jeho úloha ešte nebola úplne preskúmaná, ale je jasné, že v prvom rade má vplyv na:

• growth;
• aktivita pohlavných žliaz;
• práca s hormónmi;
• tvorba krvi.

Tento prvok je prítomný vo všetkých rastlinách, zvieratách, ľuďoch, čo dokazuje jeho dôležitú biologickú úlohu.

Zaujímavé detaily položky

Mangán je chemický prvok, zaujímavé fakty, ktoré dokážu zapôsobiť na každého človeka a zároveň vám pomôžu pochopiť, aký je dôležitý. Tu sú tie najzákladnejšie z nich, ktoré našli svoju stopu v histórii tohto kovu.

1. V ťažkých časoch občianskej vojny v ZSSR bola jedným z prvých exportných produktov ruda obsahujúca veľké množstvo mangánu.
2. Ak sa oxid manganičitý zlúči s hydroxidom draselným a ľadkom a potom sa produkt rozpustí vo vode, začnú úžasné premeny. Roztok najskôr zozelenie, potom sa farba zmení na modrú.po - fialová. Nakoniec sa zmení na karmínovú a postupne vypadne hnedá zrazenina. Ak sa zmes pretrepe, potom sa znova obnoví zelená farba a všetko sa stane znova. Manganistan draselný dostal svoje meno, čo v preklade znamená "minerálny chameleón".
3. Ak sa hnojivá s obsahom mangánu aplikujú na pôdu, zvýši sa produktivita rastlín a zvýši sa rýchlosť fotosyntézy. Zimná pšenica bude lepšie tvoriť zrná.
4. Najväčší blok mangánového minerálu rodonit vážil 47 ton a bol nájdený na Urale.
5. Existuje ternárna zliatina nazývaná manganín. Pozostáva z prvkov ako meď, mangán a nikel. Jeho jedinečnosť spočíva v tom, že má vysoký elektrický odpor, ktorý je nezávislý od teploty, ale je ovplyvnený tlakom.

Samozrejme, to nie je všetko, čo sa dá o tomto kove povedať. Mangán je chemický prvok, zaujímavé fakty o ňom sú dosť rôznorodé. Najmä ak hovoríme o vlastnostiach, ktoré dáva rôznym zliatinám.