Марганец

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное агентство  по образованию

Уральский государственный экономический университет 
 

Кафедра химии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 
 

на тему: ”Марганец” 
 
 
 
 
 
 
 
 

Студента: Зубарева Мария Сергеевна

Группа: ТПОП-06-2

Преподаватель: Стенина Людмила Эдуардовна. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург, 2006 г.

Оглавление

I. Введение…………………………………………………………………………...3

II. Марганец………………………………………………………………………….4

1. Общая характеристика марганца………………………………………...4

     Соединения двухвалентного марганца………………………………5

  Соединения четырехвалентного марганца…………………………..5

  Соединения шестивалентного марганца……………………………..6

  Соединения семивалентного марганца……………………………....7

2. Нахождение в природе, получение………………………………………9
3. Применение марганца и его соединений……………………………….11

III. Заключение…………………………………………………………………......12

IV. Список литературы…………………………………………………………….13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. Введение

     Приступая к написанию работы, я ставила  перед собой цель: рассмотреть  свойства, получение и применение марганца.

     Минералы  Марганца известны издавна. Древнеримский натуралист  Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали  для  обесцвечивания  жидкой стеклянной массы; речь шла о минерале пиролюзите MnO₂. В Грузии пиролюзит с древнейших времён служил присадочным материалом при  получении железа. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом черной магнезии, к которому магнит «равнодушен». Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и  считали разновидностью магнитного железняка. В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале 19 в. для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz — марганцевая руда). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II.Марганец

1. Общая характеристика марганца

     Марганец, Mn- химический элемент с атомным номером 25, атомная масса 54,9380. Химический символ элемента Mn произносится так же, как и название самого элемента. Природный марганец состоит только из нуклида  ⁵⁵Mn. Конфигурация двух внешних электронных слоев атома марганца  3s²p⁶d⁵4s². В периодической системе Д. И. Менделеева марганец входит в группу VII, и располагается в 4-м периоде. Образует соединения в степенях окисления от +2 (валентность II) до +7 (валентность VII), наиболее устойчивы степени окисления +2 и +7. У марганца, как и у многих других переходных металлов, известны также соединения, содержащие атомы марганца в степени окисления 0.

     В чистом виде марганец  получают либо электролизом раствора  сульфата марганца(II), либо восстановлением из оксидов  кремнием в  электрических печках. На воздухе марганец окисляется, в  результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn₃O₄ и внутреннего слоя состава MnO.  

       Элементарный Марганец представляет собой серебристо-белый твердый, но хрупкий металл. Плотность Марганца 7.44 г/см3, температура плавления 1244^оС,  температура  кипения  2150^оС.  
 
 
 
 

1.1. Соединения двухвалентного марганца

        Соли двухвалентного марганца  можно   получить при растворении в разбавленных кислотах:

     Mn+2HCl = MnCl₂+H₂

        При растворении в воде образуется  гидроксид Mn(II):

     Mn+2HOH = Mn(OH)₂+H₂

        Гидроксид марганца можно получить в виде белого осадка при  действии  на растворы солей двухвалентного марганца щелочью:

     MnSO₄+2NaOH = Mn(OH)₂+NaSO₄

        Соединения Mn(II) на воздухе неустойчивы, и Mn(OH)₂  на  воздухе быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид четырёхвалентного марганца.

     2Mn(OH)₂+O₂ = MnO(OH)₂

        Гидроксид марганца проявляет только основные свойства и не реагирует  со щелочами, а при взаимодействии с кислотами даёт соответствующие соли.

     Mn(OH)₂+2HCl = MnCl₂+2H₂O

        Оксид марганца может быть получен при разложении карбоната марганца:

     MnCO₃ = MnO+CO₂

        Либо при восстановлении диоксида  марганца водородом:

     MnO₂+H₂ = MnO+H₂O 

                    1.2. Соединения четырехвалентного марганца.

          Из  соединений  четырёхвалентного   марганца  наиболее известен диоксид  марганца MnO2 - пиролюзит. Поскольку  валентность IV является промежуточной,  соединения Mn(VI) образуются как при окислении двухвалентного марганца.

Mn(NO₃)₂ = MnO₂+2NO₂

     Так и при восстановлении соединений марганца в щелочной среде:

     3K₂MnO₄+2H₂O = 2KMnO₄+MnO₂+4KOH

     Последняя   реакция   является   примером   реакции   самоокисления-

самовосстановления, для которых характерно то, что часть атомов  одного  и того же элемента окисляется, восстанавливая одновременно оставшиеся  атомы того же элемента:

     Mn6+2e=Mn4    1

     Mn6-e=Mn7       2

     В свою очередь MnО₂  может окислять  галогениды  и галоген водороды, например HCl:

     MnO₂+4HCl = MnCl₂+Cl₂+2H₂O

     Диоксид марганца - твёрдое порошкообразное  вещество.  Он  проявляет  как  основные, так и кислотные свойства. 

     1.3. Соединения шестивалентного марганца.

        При сплавлении MnO₂ со щелочами в присутствии кислорода,  воздуха  или окислителей получают соли шестивалентного Марганца, называемые  манганатами.

     MnO₂+2KOH+KNO₃ = K2MnO₂+KNO₂+H₂O

        Соединений  марганца  шестивалентного  известно  немного,   и   из   них наибольшее значение соли марганцевой кислоты - манганаты.

        Сама марганцевая кислота, как и  соответствующей  ей  триоксид  марганца MnO3, в свободном виде не существует вследствии неустойчивости  к  процессам окисления - восстановления. Замена  протона  в  кислоте  на  катион  металла приводит к устойчивости манганатов, но их способность к процессам  окисления-восстановления сохраняется. Растворы манганатов окрашены в зелёный цвет.

     При их подкислении образуется   марганцеватая   кислота,разлагается   до соединений марганца четырёхвалентного и семивалентного.

        Сильные окислители переводят марганец шестивалентный в семивалентный.

     2K₂MnO₄+Cl₂ = 2KMnO₄+2KCl 

     1.4. Соединения семивалентного марганца.

        В  семивалентном  состоянии   марганец  проявляет  только   окислительные свойства. Среди применяемых   в  лабораторной  практике  и  в  промышленности окислителей широко применяется перманганат калия KMnO₂,  в быту  называемый марганцовкой.  Перманганат калия представляет   собой   кристаллы чёрно-фиолетового цвета. Водные растворы окрашены в фиолетовый  цвет,  характерный для иона MnO₄.

        Перманганаты являются  солями  марганцевой  кислоты,  которая   устойчива только в разбавленных  растворах (до 20%). Эти растворы  могут  быть  получены действием сильных окислителей на соединения марганца двухвалентного:

     2Mn(NO₃)₂+PbO₂+6HNO₃ = 2HMnO4+5Pb(NO₃)₂+2H₂O

        При концентрации HMnO4 выше 20% происходит разложение её по уравнению:

     4HMnO₄ = 4MnO+3O₂+2H₂O

        Соответствующий марганцевой  кислоте  марганцевый  ангидрид,  или оксид марганца (VII), Mn₂O7 может быть получен путем воздействия концентрированной серной кислоты на перманганат калия. Этот оксид является ещё более сильным окислителем, чем HMnO₄ и KMnO₄. Органические  соединения при с Mn₂O₂ самовоспламеняются. При растворении Mn₂O₂ в воде образуется марганцевая кислота. Из-за неустойчивости  и  крайне  высокой реакционной способности Mn₂O₂ не применяют, а вместо него   используют твердые перманганаты.

        В зависимости от среды  перманганат  калия  может  восстанавливаться  до различных соединений.

        При нагревании сухого перманганата  калия до температуры выше 200  ОС  он разлагается.

     2KMnO₄ = K₂MnO₄+MnO₂+ O₂

        Этой реакцией в лаборатории  иногда пользуются для получения  кислорода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Нахождение в природе, получение

     Марганец  принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40), к которым относятся все элементы переходных рядов, марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном. Небольшие количества марганца содержат многие горные породы. В свободном виде марганец не встречается. Из руд наиболее распространены пиролюзит MnO₂(содержит 63,2 % марганца), манганит MnO₂·Mn (OH)₂(62,5 % марганца), браунит Mn₂O₃(69,5 % марганца), родохрозит MnCO₃(47,8 % марганца), псиломелан mMnO·MnO₂·nH₂O (45-60% марганца) и ряд других. Марганец содержат железо-марганцевые конкреции, которые в больших количествах (сотни миллиардов тонн) находятся на дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов. В морской воде содержится около 1,0·10^–8 % марганца. Промышленного значения эти запасы марганца пока не имеют из-за сложности подъема конкреций на поверхность.

     Чистый  марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO₄, который проводят в присутствии сульфата аммония (NH₄)₂SO₄.

     Небольшое количество металлического марганца в  лаборатории легко приготовить алюмотермическим методом.

     Промышленное  получение марганца начинается с  добычи и обогащения руд. Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление). Иногда в качестве восстановителя используют алюминий или кремний. Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе при восстановлении руд железа и марганца коксом. В ферромарганце содержание углерода составляет 6-8 % по массе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Применение марганца и его соединений

          Марганец в большом количестве  применяется в металлургии в   процессе получения сталей для  удаления из них серы и кислорода.  Однако в  расплав добавляют  не марганец, а справ железа  с марганцем - ферромарганец,  который получают восстановлением  пиролюзита углём. Добавки марганца к   сталям повышают их устойчивость к износу и механическим напряжениям.  В сплавах цветных металлов марганец увеличивает их прочность и устойчивость   к коррозии.