Mangán (kémiai elem): tulajdonságok, felhasználás, megnevezés, oxidációs állapot, érdekességek

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:29

A kohászat egyik legfontosabb féme a mangán. Ezenkívül általában meglehetősen szokatlan elem, amelyhez érdekes tények kapcsolódnak. Az élő szervezetek számára fontos, számos ötvözet, vegyszer előállításához szükséges. A mangán egy kémiai elem, amelynek fotója az alábbiakban látható. Ebben a cikkben ennek tulajdonságait és jellemzőit fogjuk figyelembe venni.

Vegyi elem jellemzője

Ha a mangánról, mint a periódusos rendszer eleméről beszélünk, akkor mindenekelőtt a benne elfogl alt helyét kell jellemeznünk.

1. A negyedik fő periódusban található, a hetedik csoport, másodlagos alcsoportban.
2. Sorszám - 25. A mangán egy kémiai elem, melynek atommagjainak töltése +25. Az elektronok száma azonos, a neutronok száma - 30.
3. Az atomtömeg értéke 54,938.
4. A mangán kémiai elem megnevezése - Mn.
5. Latin név - mangán.

A króm és a vas között helyezkedik el, ami megmagyarázza a velük való hasonlóságát fizikai és kémiai jellemzőiben.

Mangán - kémiai elem: átmenetifém

Ha figyelembe vesszük egy redukált atom elektronikus konfigurációját, akkor a képlete így fog kinézni: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Nyilvánvalóvá válik, hogy az általunk vizsgált elem egy átmeneti fém a d-családból. Öt elektron a 3d alszinten jelzi az atom stabilitását, ami a kémiai tulajdonságaiban nyilvánul meg.

Fémként a mangán redukálószer, de legtöbb vegyülete meglehetősen erős oxidáló képességet képes felmutatni. Ennek oka az elem eltérő oxidációs állapota és vegyértéke. Ez a család összes fémének sajátossága.

Így a mangán egy kémiai elem, amely más atomok között található, és megvan a maga sajátos jellemzői. Nézzük meg részletesebben, melyek ezek a tulajdonságok.

A mangán egy kémiai elem. Oxidációs állapot

Már megadtuk az atom elektronképletét. Elmondása szerint ez az elem több pozitív oxidációs állapotot képes felmutatni. Ez:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Az atom vegyértéke IV. A legstabilabbak azok a vegyületek, amelyekben a mangán értéke +2, +4, +6. A legmagasabb fokú oxidáció lehetővé teszi, hogy a vegyületek a legerősebb oxidálószerként működjenek. Például: KMnO₄, Mn₂O₇.

A +2-es vegyületek redukálószerek, a mangán(II)-hidroxid amfoter tulajdonságokkal rendelkezik, túlnyomórészt a bázikusak. A közbenső oxidációs állapotok amfoter vegyületeket képeznek.

Felfedezési előzmények

A mangán egy kémiai elem, amelyet nem azonnal fedeztek fel, hanem fokozatosan és különböző tudósok által. Ennek vegyületeit azonban már ősidők óta használták az emberek. Az üvegolvasztáshoz mangán (IV)-oxidot használtak. Egy olasz azt állította, hogy ennek a vegyületnek az üvegek vegyi előállítása során történő hozzáadása lilára változtatja a színüket. Ezzel együtt ugyanaz az anyag segít megszüntetni a színes üvegek homályosságát.

Később Ausztriában Kaim tudósnak sikerült egy darab fémes mangánt nyernie pirolizit (mangán(IV)-oxid), hamuzsír és szenet magas hőmérsékletnek téve. Ez a minta azonban sok szennyeződést tartalmazott, amelyeket nem tudott eltávolítani, így a felfedezés nem történt meg.

Még később egy másik tudós is szintetizált egy olyan keveréket, amelynek jelentős része tiszta fém volt. Bergman volt az, aki korábban felfedezte a nikkel elemet. Azonban nem volt hivatott befejezni a munkát.

A mangán egy kémiai elem, amelyet először Karl Scheele nyert és izolált egyszerű anyag formájában 1774-ben. Ezt azonban I. Gannal közösen tette, aki befejezte egy fémdarab olvasztását. De még nekik sem sikerült teljesen megszabadulniuk a szennyeződésektől és 100%-os termékhozamot elérniük.

Ennek ellenére ez az idő azzá váltennek az atomnak a felfedezése. Ugyanazok a tudósok próbáltak nevet adni, mint a felfedezők. Ők a mangán kifejezést választották. A magnézium felfedezése után azonban zűrzavar kezdődött, és a mangán nevét a mai névre változtatták (H. David, 1908).

Mivel a mangán olyan kémiai elem, amelynek tulajdonságai nagyon értékesek számos kohászati folyamathoz, idővel szükségessé vált, hogy megtaláljuk a módját a legtisztább formában történő előállításnak. Ezt a problémát a tudósok világszerte megoldották, de csak 1919-ben sikerült megoldani R. Agladze szovjet kémikus munkájának köszönhetően. Ő volt az, aki megtalálta azt a módszert, amellyel 99,98%-os anyagtartalommal tiszta fémet lehet előállítani a mangán szulfátjaiból és kloridjaiból elektrolízissel. Most ezt a módszert a világ minden táján alkalmazzák.

A természetben lenni

A mangán egy kémiai elem, amelynek egy egyszerű anyagáról készült fotó az alábbiakban látható. A természetben ennek az atomnak számos izotópja van, amelyekben a neutronok száma nagyon változó. Így a tömegszámok 44 és 69 között mozognak. Az egyetlen stabil izotóp azonban a ⁵⁵Mn értékű elem, az összes többi felezési ideje elhanyagolhatóan rövid, vagy túl kicsi mennyiség.

Mivel a mangán egy kémiai elem, amelynek oxidációs állapota nagyon eltérő, a természetben is számos vegyületet képez. Tiszta formájában ez az elem egyáltalán nem fordul elő. Ásványokban és ércekben állandó szomszédja a vas. Összességében a legfontosabb kőzetek közül több, köztük a mangán is azonosítható.

1. Pirolusit. Összetett képlet: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelán, MnO2mMnOnH2O molekula.
3. Manganit, képlet MnOOH.
4. A barna ritkább, mint a többi. Formula Mn₂O₃.
5. Gausmanit, képlet MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. Mangánkarbonát ércek.
8. Málna spárga vagy rodokrozit - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

Ezen kívül még néhány ásványt kijelölhet, amelyek a kérdéses elemet is tartalmazzák. Ez:

• kalcit;
• siderite;
• agyagásványok;
• kalcedon;
• opál;
• homok-iszapos keverékek.

A kőzetek és üledékes kőzetek, ásványok mellett a mangán olyan kémiai elem, amely a következő objektumok része:

1. Növényi szervezetek. Ennek az elemnek a legnagyobb akkumulátorai: vízi gesztenye, békalencse, kovamoszat.
2. Rozsdagomba.
3. Bizonyos típusú baktériumok.
4. Követő állatok: vörös hangyák, rákfélék, puhatestűek.
5. Emberek – a napi szükséglet körülbelül 3-5 mg.
6. Az óceánok vizei ennek az elemnek 0,3%-át tartalmazzák.
7. A földkéreg össztartalma 0,1 tömegszázalék.

Általában ez a 14. legnagyobb mennyiségben előforduló elem bolygónkon. A nehézfémek között ez a másodikvas.

Fizikai tulajdonságok

A mangán, mint egyszerű anyag tulajdonságai szempontjából több alapvető fizikai tulajdonság is megkülönböztethető.

1. Egyszerű anyag formájában meglehetősen szilárd fém (a Mohs-skálán a mutató 4). Szín - ezüstös-fehér, levegőben védőréteggel borított, fényes a vágásban.
2. Az olvadáspont 1246⁰C.
3. Forraljuk – 2061⁰C.
4. A vezető tulajdonságai jók, paramágneses.
5. A fémsűrűség 7,44 g/cm³.
6. Négy polimorf módosulat formájában létezik (α, β, γ, σ), amelyek a kristályrács szerkezetében és alakjában, valamint az atomok tömörítési sűrűségében különböznek egymástól. Az olvadáspontjuk is eltérő.

A kohászatban a mangánnak három fő formáját használják: β, γ, σ. Az alfa ritkább, mivel tulajdonságait tekintve túlságosan törékeny.

Kémiai tulajdonságok

A kémia szempontjából a mangán olyan kémiai elem, amelynek iontöltése +2 és +7 között nagyon változó. Ez rányomja bélyegét tevékenységére. A levegőben lévő szabad formában a mangán nagyon gyengén reagál vízzel, és híg savakban oldódik. Azonban amint a hőmérséklet emelkedik, a fém aktivitása drámaian megnő.

Tehát, képes kapcsolatba lépni:

• nitrogén;
• szén;
• halogének;
• szilícium;
• foszfor;
• kén és egyéb nemfémek.

Levegő nélkül melegítve a fém könnyen gőzállapotba kerül. A mangán oxidációs állapotától függően vegyületei redukálószerek és oxidálószerek egyaránt lehetnek. Egyesek amfoter tulajdonságokat mutatnak. Tehát a főbbek azokra a vegyületekre jellemzőek, amelyekben +2. Amfoter - +4, savas és erős oxidáló a legmagasabb értékben +7.

Annak ellenére, hogy a mangán átmenetifém, kevés összetett vegyület van hozzá. Ez az atom stabil elektronkonfigurációjának köszönhető, mivel 3d-s alszintje 5 elektront tartalmaz.

Megszerzési módszerek

A mangán (egy kémiai elem) ipari kinyerésének három fő módja van. Mivel a név latinul olvasható, már jelöltük a mangánt. Ha lefordítod oroszra, akkor ez lesz: "igen, tényleg tisztázom, elszínezem." A mangán nevét az ókor óta ismert nyilvánvaló tulajdonságainak köszönheti.

A hírnév ellenére azonban csak 1919-ben sikerült tiszta formájában felhasználásra megszerezniük. Ez a következő módszerekkel történik.

1. Elektrolízis, a termék hozama 99,98%. Ily módon mangánt nyernek a vegyiparban.
2. Szilikotermikus vagy szilíciumcsökkentés. Ezzel a módszerrel szilíciumot és mangán (IV)-oxidot olvasztnak össze, amelynek eredményeként tiszta fém keletkezik. A hozam körülbelül 68%, mivel mellékhatásként a mangán és a szilícium kombinációja szilicid képződik. Aa módszert a kohászati iparban alkalmazzák.
3. Aluminoterm módszer - restaurálás alumíniummal. Szintén nem ad túl magas termékhozamot, a mangán szennyeződésekkel szennyezve képződik.

Ennek a fémnek az előállítása fontos a kohászatban végzett számos folyamatban. Már egy kis mennyiségű mangán is nagymértékben befolyásolhatja az ötvözetek tulajdonságait. Bebizonyosodott, hogy sok fém feloldódik benne, kitöltve a kristályrácsát.

Ennek az elemnek a kitermelése és gyártása tekintetében Oroszország az első helyen áll a világon. Ezt a folyamatot olyan országokban is végrehajtják, mint például:

• Kína.
• Dél-Afrika.
• Kazahsztán.
• Georgia.
• Ukrajna.

Ipari felhasználás

A mangán egy kémiai elem, melynek használata nem csak a kohászatban fontos. hanem más területeken is. A tiszta formában lévő fémen kívül ennek az atomnak a különféle vegyületei is nagy jelentőséggel bírnak. Jelöljük ki a főbbeket.

1. Többféle ötvözet létezik, amelyek a mangánnak köszönhetően egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek. Így például a Hadfield acél olyan erős és kopásálló, hogy kotrógépek, kőfeldolgozó gépek, zúzógépek, golyósmalmok és páncélozott alkatrészek alkatrészeinek olvasztására használják.
2. A mangán-dioxid a galvanizálás kötelező oxidáló eleme, depolarizátorok létrehozására használják.
3. A szerves megvalósításához mangánvegyületekre van szükségkülönböző anyagok szintézise.
4. A kálium-permanganátot (vagy kálium-permanganátot) az orvostudományban erős fertőtlenítőszerként használják.
5. Ez az elem bronz, sárgaréz része, saját ötvözetet képez a rézzel, amelyet repülőgép-turbinák, lapátok és egyéb alkatrészek gyártására használnak.

Biológiai szerep

Egy személy napi mangánszükséglete 3-5 mg. Ennek az elemnek a hiánya az idegrendszer depressziójához, alvászavarokhoz és szorongáshoz, szédüléshez vezet. Szerepét még nem tanulmányozták teljesen, de nyilvánvaló, hogy mindenekelőtt a következőkre van hatással:

• növekedés;
• az ivarmirigyek működése;
• hormonmunka;
• vérképzés.

Ez az elem minden növényben, állatban és emberben megtalálható, ami bizonyítja fontos biológiai szerepét.

Érdekes tételrészletek

A mangán egy kémiai elem, amelyről érdekes tények bárkit lenyűgözhetnek, és megérthetik, mennyire fontos. Íme ezek közül a legalapvetőbbek, amelyek rányomtak bélyegükre ennek a fémnek a történetében.

1. A Szovjetunióban zajló polgárháború nehéz időszakaiban az egyik első exporttermék a nagy mennyiségű mangánt tartalmazó érc volt.
2. Ha a mangán-dioxidot kálium-hidroxiddal és sósavval olvasztják össze, majd a terméket vízben oldják, elképesztő átalakulások indulnak el. Az oldat először zöldre vált, majd a színe kékre változik.után - lila. Végül bíbor színűvé válik, és fokozatosan barna csapadék hullik ki. Ha a keveréket megrázzuk, akkor a zöld szín újra visszaáll, és minden újra megtörténik. Erről kapta a kálium-permanganát nevét, ami „ásványi kaméleon”-nak felel meg.
3. Ha mangánt tartalmazó műtrágyát juttatunk a talajra, akkor a növények termőképessége nő, és a fotoszintézis sebessége is megnő. Az őszi búza jobban magképződik.
4. A rodonit mangánásvány legnagyobb tömbje 47 tonnát nyomott, és az Urálban találták.
5. Van egy háromkomponensű ötvözet, a manganin. Olyan elemekből áll, mint a réz, mangán és nikkel. Különlegessége, hogy nagy elektromos ellenállással rendelkezik, amely független a hőmérséklettől, de nyomás befolyásolja.

Természetesen ez nem minden, amit elmondhatunk erről a fémről. A mangán egy kémiai elem, amelyről érdekes tények meglehetősen változatosak. Főleg, ha azokról a tulajdonságokról beszélünk, amelyeket a különböző ötvözeteknek ad.