Марганец химия: Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

Содержание

Марганец, цинк и серебро, подготовка к ЕГЭ по химии

Марганец

Содержится в количестве 0,03% по массе в земной коре. Наряду с железом и его сплавами относится к черным металлам.

Для соединений марганца характерны степени окисления +2, +3, +4, +6 +7. В соединения +2 и +3 марганец проявляет основные свойства, +4 — амфотерные, +6, +7 — кислотные.

Наиболее известными минералами, в которых содержится марганец, являются:

  • MnO2 — пиролюзит
  • MnO(OH) — бурая марганцевая руда, манганит
  • 3Mn2O3*MnSiO3 — браунит

Получают марганец алюминотермией, восстановлением коксом, электролизом.

MnO2 + Al = (t) Al2O3 + Mn

MnO2 + C = (t) Mn + CO

MnSO4 + H2O = (электролиз) Mn + O2 + H2SO4

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами

    • На воздухе марганец вступает во взаимодействие с кислородом, пассивируется: на поверхности металла образуется оксидная пленка.

    Mn + O2 = MnO2

    При нагревании марганец реагирует с азотом, углеродом, кремнием, бором и фосфором.

    Mn + N2

    = (t) Mn3N2

    Mn + C = (t) Mn3C

    Mn + Si = (t) Mn2Si

    Mn + P = (t) Mn3P2

  • Реакция с водой

    • При нагревании марганец вытесняет водород из воды.

    Mn + H2O = (t) Mn(OH)2 + H2↑

  • Реакции с кислотами

    • Марганец стоит в ряду напряжений до водорода и способен вытеснить его из кислот.

    Mn + HCl = MnCl2

    + H2↑

    Под воздействием кислот, которые обладают окислительными свойствами, марганец окисляется.

    Mn + H2SO4(конц.) = MnSO4 + SO2 + H2O

    Mn + HNO3(конц.) = (t) Mn(NO3)2 + NO2 + H2O

    Mn + HNO3(разб.) = (t) Mn(NO3)2 + NO + H2O

Соединения марганца II

Для соединений марганца II характерны основные свойства. Оксид марганца II может быть получен разложением карбоната марганца, либо восстановлением оксида марганца IV до оксида марганца II.

При растворении (и нагревании!) марганца в воде образуется гидроксид марганца II.

Mn + H2O = (t) Mn(OH)2 + H2↑

MnSO4 + KOH = (t) Mn(OH)2 + K2SO4

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

Mn(OH)2 + O2 = MnO2 + H2O

Оксид и гидроксид марганца II проявляют основные свойства. При реакции с кислотами дает соответствующие соли.

Mn(OH)2 + HCl = MnCl2 + H2O

Соли марганца II получается при его растворении в разбавленных кислотах. Эти соли способны вступать в реакции с другими солями, кислотами, если выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит.

Mn + HCl = MnCl2 + H2

MnSO4 + (NH4)2S = MnS↓ + (NH4)2SO4

При действии сильных окислителей ион Mn2+ способен переходить в ион Mn7+

MnSO4 + PbO2 + HNO3 = HMnO4 + PbSO4 + Pb(NO3)2 + H2O

Соединения марганца IV проявляют амфотерный характер.

Оксид марганца IV можно получить разложением нитрата марганца II.

Mn(NO3)2 = (t) MnO2 + NO2 + O2

В реакциях с щелочами марганец переходит в СО +6, в кислой среде — принимает СО +2.

MnO2 + Na2CO3 + NaNO3 = Na2MnO4 + NaNO2 + CO2

MnO2 + HCl = MnCl2 + Cl2 + H2O

Соединения марганца VI — MnO3, H2MnO4 — неустойчивы, в свободном виде не получены. Обладают кислотными свойствами. Наиболее устойчивые соли — манганаты, окрашивающие раствор в зеленый цвет.

Манганаты получают в ходе разложения перманганатов, а также реакциями в щелочной среде.

KMnO4 = (t) K2MnO4 + MnO2 + O2↑ (способ получения кислорода)

Li2SO3 + KMnO4 + LiOH = Li2SO4 + K2MnO4 + H2O

MnO2 + NaOH + NaNO3 = Na2MnO4 + NaNO2 + H2O

MnSO4 + KClO3 + KOH = K2MnO4 + KCl + K2SO4

В водной среде манганаты разлагаются на с.о. +7 и +4. Манганаты окисляют хлором.

K2MnO4 + H2O = KMnO4 + MnO2 + KOH

K2MnO4 + Cl2 = KMnO4 + KCl

Соединения марганца VII — неустойчивый Mn2O7, и относительно устойчивая в разбавленных растворах HMnO4 — проявляют кислотные свойства. Соли марганцовой кислоты — перманганаты.

В различных средах — кислотной, нейтральной и щелочной — марганец принимает различные степени окисления. Внимательно изучите таблицу ниже.

Оксид марганца VII получают в реакции перманганата с сильными кислотами.

KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4

При растворении оксида марганца VII (кислотного оксида) в щелочи образуются соли марганцовой кислоты — перманганаты.

Mn2O7 + KOH = KMnO4 + H2O

Марганцовая кислота получается в реакциях сильных окислителей с солями марганца II.

Mn(NO3)2 + PbO2 + HNO3 = HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2

O

В растворах с концентрацией марганцовой кислоты более 20% происходит ее разложение.

HMnO4 = MnO + O2 + H2O

При нагревании перманганата калия (в быту — марганцовка) разлагается с образованием бурого MnO2, выделением кислорода.

KMnO4 = (t) K2MnO4 + MnO2 + O2↑

При стоянии в растворе постепенно разлагается водой.

KMnO4 + H2O = MnO2 + KOH + O2↑

В кислой среде марганец принимает наиболее устойчивую (для кислой среды) — Mn2+, в щелочной — Mn6+.

KMnO4 + H2SO4 = MnSO4 + O2↑ + K2SO4 + H2O

KMnO4 + KOH = K2MnO4 + O2 + H2O

Цинк

Название цинка, вероятно, связано формой его кристаллитов: в переводе с немецкого Zinke — зубец. С древнейших времен известен сплав меди с цинком — латунь.

Для цинка характерна постоянная степень окисления +2.

Наиболее известные минералы, в которых содержится цинк:

  • ZnS — цинковая обманка, сфалерит
  • ZnO — цинкит
  • ZnCO3 — симсонит, цинковый шпат
  • 2ZnO*SiO2*H2O — гемиморфит

Получение

Пирометаллургический метод получения цинка заключается в обжиге цинковой обманки, и последующем восстановлении оксида цинка различными восстановителями: чаще всего C, также возможно CO и H2.

ZnS + O2 = (t) ZnO + SO2

ZnO + C = (t) Zn + CO

ZnO + H2 = (t) Zn + H2O

ZnO + CO = (t) Zn + CO2

Гидрометаллургический метод получения основывается на электролизе сульфата цинка.

ZnSO4 + H2O = (электролиз) Zn + H2SO4 + O2

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами (и аммиаком 🙂

    • На воздухе цинк покрывается оксидной пленкой. При нагревании цинк реагирует с галогенами, фосфором, серой, селеном.

    Zn + O2 = ZnO

    Zn + Br2 = (t) ZnBr2

    Zn + P = (t) Zn3P2

    Zn + S = (t) ZnS

    Для цинка не характерны реакции с водородом, бором, кремнием, азотом, углеродом. Нитрид цинка можно получить в ходе реакции цинка с аммиаком.

    Zn + NH3 = (t) Zn3N2 + H2↑

  • Реакции с кислотами

    • Zn + HCl = ZnCl2 + H2↑

    Zn + H2SO4(разб. ) = ZnSO4 + H2↑

    Zn + H2SO4(конц.) = ZnSO4 + H2S↑ + H2O

  • Реакции с щелочами

    • Цинк способен проявлять амфотерные (двойственные) свойства: реагирует как с кислотами, так и с основаниями. При добавлении цинка в раствор щелочи выделяется водород.

    Zn + H2O + NaOH = Na2[Zn(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия)

Соединения цинка II

Эти соединения обладают амфотерными свойствами. Оксид цинка II можно получить в ходе реакции горения цинка или при разложении нитрата цинка.

Zn + O2 = (t) ZnO

Zn(NO3)2 = (t) ZnO + NO2↑ + O2↑

Оксид цинка II проявляет амфотерные свойства, реагирует как с кислотами, так и с щелочами.

ZnO + HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

ZnO + H2O + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)

Комплексные соли образуются в растворе, при прокаливании они не образуются.

ZnO + 2NaOH = (t) H2O + Na2ZnO2 (цинкат натрия)

Оксид цинка II может быть восстановлен до чистого цинка различными восстановителями.

ZnO + C = (t) Zn + CO

ZnO + H2 = (t) Zn + H2O

ZnO + CO = (t) Zn + CO2

Гидроксид цинка II получается в ходе реакций между растворимыми солями цинка и щелочами.

ZnSO4 + NaOH = Na2SO4 + Zn(OH)2↓

Гидроксид цинка II обладает амфотерными свойствами, реагирует как с кислотами, так и с основаниями.

Zn(OH)2 + HCl = ZnCl2 + H2O

Zn(OH)2 + HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O

Zn(OH)2 + NaOH = Na2[Zn(OH)4]

При прокаливании комплексные соли распадаются, вода испаряется.

Na2[Zn(OH)4] = (t) Na2ZnO2 + H2O

Zn(OH)2 + NaOH = (t) Na2ZnO2 + H2O

Серебро

Драгоценный металл, известный человеку с древнейших времен. Встречаемся в самородном виде. Будучи благородным металлом, серебро обладает низкой реакционной способностью.

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами

    • Серебро не окисляется кислородом даже при высокой температуре. Галогены легко окисляют серебро до соответствующих галогенидов. При нагревании с серой получается сульфид серебра.

    Ag + Cl2 = AgCl

    Ag + S = (t) Ag2S

  • Реакции с кислотами

    • Серебро не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, однако способно реагировать с концентрированными кислотами.

    Ag + HNO3(конц.) = AgNO3 + NO2↑ + H2O

    Потемнение серебряных изделий обусловлено реакцией серебра с сероводородом в присутствии кислорода.

    Ag + H2S + O2 = Ag2S + H2O

  • С солями

    • Ag + FeCl3 = AgCl + FeCl2

  • С органическими веществами

    • В дальнейшем, при изучении органической химии, вы не раз столкнетесь с соединением серебра — аммиачным раствором оксида серебра.

    Будет полезно, если вы уже сейчас познакомитесь с его формулой на примере реакции окисления уксусного альдегида до уксусной кислоты.

    CH3CHO + [Ag(NH3)2]OH = CH3COOH + Ag + NH3 + H2O

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

МАРГАНЕЦ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МАРГАНЕЦ – химический элемент 7-й группы периодической системы, атомный номер 25, атомная масса 54,938. Марганец расположен в четвертом периоде между хромом и железом; постоянным спутником последнего он является и в природе. Есть только один устойчивый изотоп 55Mn. Природный марганец целиком состоит из изотопа 55Mn. Установлено, что неустойчивые ядра с массовыми числами 51, 52, 54 и 57 получаются при бомбардировке соседних (по периоду) элементов дейтронами, нейтронами, протонами, альфа-частицами или фотонами. Например, радиоактивный изотоп 57Mn был выделен путем химического разделения из продуктов бомбардировки и его период полураспада составляет 1,7±0,1 мин.

Марганец, в соответствии с номером группы, проявляет максимальную степень окисления, равную +7, но может существовать также во всех более низких степенях окисления от 0 до +7. Наиболее важные из них – два, четыре и семь.

Некоторые соединения марганца известны еще с древних времен. Диоксид марганца (пиролюзит) считали разновидностью магнитного железняка (magnes) и применяли в качестве «мыла стекловаров», из-за его способности обесцвечивать железосодержащие стекла. Это свойство пиролюзита было открыто очень давно, и в древних рукописях минерал может быть опознан не столько по многочисленным и различным наименованиям его, сколько по этому индивидуальному характерному признаку. Древнеримский историк Плиний Старший, погибший при извержении Везувия, назвал черный немагнитный пиролюзит «женским магнитом» в отличие от коричневого магнитного железняка. В средневековье мастера стеклянных дел уже различали magnesius lapis – магнитный железняк и pseudomagnes (фальшивый магнит) – пиролюзит. Название пиролюзит было впервые дано этому минералу В. Хейденгером в 1826, который исходил из его использования в производстве стекла: от греческого pur– огонь и luen– мыть. Подобные же рассуждения есть в описании этого минерала Роже де Л’Илем, который называл его le savon des verriers или sapo vitriorum (мыло стекольщиков). В действительности, как упоминалось выше, минерал был описан значительно раньше Плинием под названием magnesius lapis и алхимиком Василием Валентином под названием Braunstein, который назвал его так потому, что этот минерал (в большинстве случаев черно-серого цвета) давал коричневую глазурь на глиняных изделиях. Интересна история происхождения названия минерала – magnesius lapis, от которого и происходит современное название элемента. Хотя пиролюзит и немагнитен, что признавал и Плиний, он соглашался рассматривать его как lapis magnesius из-за внешнего сходства, обьясняя его отличие от других минералов, притягивающихся к железу, разницей полов: железомарганцовистый magnesius lapis – женского рода и поэтому, по убеждению древних, более привлекателен. Плиний также обьяснял применение слова magnes, связывая его с именем пастуха Magnes, наблюдавшего, что гвозди его башмаков и железный наконечник палки притягивались к земле в том месте, где был найден магнитный железняк. Однако возможно, что это наименование связано с тем, что одна из разновидностей lapis magnes, имеющая белую окраску, была обнаружена в Азии на территории, называемой Магнезия. Согласно другой гипотезе, выдвинутой Л.Делатре, предполагается, что термин обязан своим происхождением греческому слову magganon – иллюзии; это связывается с хрупким и неустойчивым поведением металла, полученного из руды и внешне сходного с железной рудой. Делатре также предполагал, что термин связан с местностью Мангана в Восточной Индии. Термин manganesis чаще всего встречается в работах Альбертуса Магнуса (1193–1280). В более поздних материалах термин несколько видоизменился: вместо «магнезия» (magnesia) – «марганец» (manganese). Только в 1774 великий шведский химик Карл Вильгельм Шееле установил, что марганцевая руда и ее концентрат содержат неизвестный ранее металл. В его знаменитом исследовании свойств пиролюзита, представленном Стокгольмской академии наук, он, тем не менее, сообщал об открытии другого нового элемента – хлора. Хотя Шееле и открыл этот металл, ему не удалось выделить его в чистом виде. В этом же году Юхан Ган получил королек металла (braunsteinmetall) прокаливанием смеси пиролюзита с углем. Ган скатывал из оксида марганца шарики, нагревал их в тигле, выложенном древесным углем, и при этом получил большое количество маленьких металлических глобул, составляющих одну треть по весу от используемого минерала. Предполагают также, что именно Ган предложил для нового вещества название марганец, однако еще долгое время полученный металл продолжали называть так же, как и руду, – браунштайн. Термин марганец стал всеобщим лишь в начале 19 в. Его назвали manganesium. Позднее этот металл, чтобы не было путаницы с открытым в то же время магнием (magnasium), был переименован в manganium. В России, в первой половине 19 в. испеользовалось название марганцовик, а позже можно было встретить другое – манганес, связанное с изготовлением финифти пурпурного цвета.

Марганец встречается на всех континентах во многих кристаллических породах, в которых он, подобно железу, растворяется и вновь выделяется в виде оксидов, карбонатов, гидроксидов, вольфраматов, силикатов, сульфатов и других соединений. После железа марганец – самый распространенный из тяжелых металлов и пятнадцатый среди всех элементов периодической системы. Содержание его в земной коре составляет 0,1% по массе или 0,03% от общего числа атомов. Залежи марганцевых руд распространены практически повсеместно, но наиболее крупные из них расположены на территории бывшего СССР – единственной страны-производителя марганца в мире, удовлетворявшей свои огромные потребности в концентрате собственными внутренними ресурсами. Самые значительные месторождения залегают в двух основных районах: около Чиатури (Грузия) и близ Никополя, на Днепре. В 1913 царская Россия поставляла 52% мирового экспорта марганца, около 76% которого (миллион тонн), добывалось в Чиатури. Чиатурское месторождение служило источником получения иностранной валюты в 1920-х. После революции рудник восстановили в 1923, и с тех пор у причалов Поти собирались десятки иностранных кораблей, вывозивших руду. С распадом Советского Союза основные залежи остались за пределами России – на Украине, в Казахстане и Грузии. Количество импортируемой в Россию марганцевой руды сейчас составляет в пересчете на товарную марганцевую руду 1,6 млн. т. Потребность же промышленности России на сегодняшний день оценивается в 6,0 млн. т. марганцевой руды (или 1,7–1,8 млн. т. концентрата). Крупными месторождениями марганцевой руды владеют Китай, Индия, Гана, Бразилия, Южно-Африканская республика, Габон, Марокко, США, Австралия, Италия, Австрия. Общая мировая добыча марганца составляет 20–25 млн. тонн в год в пересчете на металл. На Земле есть множество минералов, содержащих марганец, наиболее важные – пиролюзит (гидратированный диоксид марганца, MnO2), браунит (Mn2O3), манганит (MnOOH), родохрозит (MnCO3). Колонны, поддерживающие своды станции метро «Маяковская» в Москве, украшены тонким обрамлением из розового минерала – родонита (метасиликата марганца). Податливость и нежный цвет делают этот камень замечательным облицовочным материалом. Изделия из родонита хранятся в Государственном Эрмитаже и многих других музеях России. Большие залежи этого минерала встречаются на Урале, где когда-то была найдена глыба родонита массой в сорок семь тонн. Уральское месторождение родонита самое крупное в мире.

Огромное количество марганцевых минералов сосредоточено на дне Мирового океана. Только в Тихом океане ресурсы этого элемента достигают, по разным оценкам, от нескольких десятков до нескольких сотен миллиардов тонн. Железо-марганцевые конкреции (а именно так называют отложения этих двух элементов на дне океана) обусловлены постоянным окислением (за счет растворенного в воде кислорода) растворимых соединений двухвалентного марганца. Еще в 1876 британский трехмачтовый парусник «Челленджер», возвращаясь из научной экспедиции, привез образцы «марганцевых почек». Последующие экспедиции показали, что на дне Мирового океана сосредоточено огромное количество железо-марганцевых конкреций. До середины двадцатого столетия они не привлекали к себе особого внимания и лишь потом, когда некоторые «сухопутные» месторождения оказались под угрозой истощения, их стали рассматривать как реальные источники марганцевого концентрата. Содержание марганца в такой «подводной» руде иногда достигает 50%. По своей форме конкреции напоминают картофельные клубеньки и имеют цвет от коричневого до черного в зависимости от того, какой элемент в них преобладет – железо или марганец. Размеры большинства таких образований колеблются от миллиметра до нескольких десятков сантиметров, но встречаются и океанические образования более крупных размеров. В Скриппсовском океанографическом институте (США) находится конкреция массой 57 килограммов, найденная неподалеку от Гавайских островов в Тихом океане. Наиболее круные экспонаты имеют массу около тонны.

Металлический марганец. В России марганец стали выплавлять в первой четверти 19 в. в виде сплава с железом – ферромарганца. Внешне чистый марганец похож на железо, однако отличается от него большей твердостью и хрупкостью. Это серебристо-белый металл, приобретающий серый цвет от примеси углерода. Плотность марганца – 7200 кг/м3 – близка к плотности железа, однако температура плавления его существенно ниже, чем у железа, и составляет 1247° С. Марганец в слитках в сухом воздухе покрывается слоем оксида, предохраняющим от дальнейшего окисления; во влажном воздухе окисление идет в объеме. В мелкораздробленном состоянии марганец окисляется легко, а при некоторых условиях становится пирофорным (самовоспламеняющимся на воздухе). Вообще реакционная способность металлического марганца существенно зависит от его чистоты. Так 99,9%-ый марганец практически не взаимодействует с водой и медленно реагирует с водяным паром, тогда как металл, загрязненный примесями углерода, кислорода или азота, медленно взаимодействует с водой уже при комнатной температуре и быстро с горячей:

Mn + 2H2O = Mn(OH)2 + H2.

Марганец легко растворяется в разбавленных кислотах, но пассивируется холодной концентрированной H2SO4:

Mn + H2SO4(разб.) = MnSO4 + H2.

С хлором, бромом и иодом марганец реагирует с образованием дигалогенидов:

Mn + Hal2 = MnHal2, где Hal = Cl, Br, I.

При повышенных температурах марганец реагирует также с азотом, углеродом, бором, фосфором, кремнием. Например, при температуре 1200° С марганец сгорает в азоте:

3Mn + N2 = Mn3N2 (с примесью Mn5N2).

Металлический марганец имеет четыре модификации: a-Mn (при Т Т = 1100° C), d-Mn (при Т > 1137° C). В элементарной ячейке кристаллической решетки альфа-марганца содержится 58 атомов, поэтому, по образному выражению замечательного кристаллохимика профессора Московского Университета Г.Б.Бокия, эта модификация «большое чудо природы».

Известно несколько промышленных способов получения металлического марганца.

Восстановление углем или алюминием в тиглях из MgO или CaO в электрических печах. Процесс служит, главным образом, для получения ферромарганца путем восстановления смеси оксидов железа и марганца при 1000–1100° C:

3Mn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3.

Этим же способом металлический марганец можно получить в лаборатории, поджигая смесь оксида марганца и порошка алюминия с помощью магниевой ленты

Восстановление безводных галогенидов марганца(II) натрием, магнием или водородом применяется для получения кристаллов марганца.

Наиболее чистый марганец (99,98%) получают электролизом растворов MnSO4 в присутствии (NH4)2SO4 при pH 8-8,5, при этом в процессе электролиза выделяется гамма-форма металла. Для очистки марганца от газовых примесей применяют двойную перегонку в высоком вакууме с последующей переплавкой в аргоне и закаливанием. Первое место в мире по производству и экспорту металлического марганца (чистоты 99,9%) занимает ЮАР. К концу 20 в. объем выплавки в этой стране составил 35 тысяч тонн в год, то есть примерно 42% от всего мирового производства. На мировом рынке цена на металлический марганец колеблется от 1500 до 3000 американских долл. за тонну в зависимости от чистоты металла.

Соединения марганца.

Марганец образует огромное число различных соединений, в которых он содержится в различных степенях окисления от 0 до +7, однако практический интерес представляют вещества, где марганец двух-, четырех- и семивалентен.

Оксид марганца(II) – порошок от серо-зеленого до травянисто-зеленого цвета. Его получают либо прокаливанием карбоната марганца (II) в атмосфере инертного газа, либо частичным восстановлением MnO2 водородом. В мелкоизмельченном состоянии легко окисляется. В природе изредка встречается в виде минерала манганозита.Является катализатором некоторых промышленно важных реакций дегидрирования органических соединений.

Хлорид марганца(II) – в безводном состоянии представляет собой листочки светло-розового света и получается при обработке марганца, его оксида или карбоната сухим хлороводородом:

MnCO3 + 2HCl = MnCl2 + CO2 + H2O.

Тетрагидрат хлорида марганца(II) удобно получать растворением карбоната марганца(II) в соляной кислоте и упариванием образовавшегося раствора. Безводный MnCl2 весьма гигроскопичен.

Сульфат марганца (II) – в безводном состоянии практически не имеющий цвета порошок, горький на вкус и получающийся при дегидратации соответствующих кристаллогидратов (MnSO4·nH2O, где n = 1,4,5,7). Гептагидрат сульфата марганца иногда встречается в природе в виде минерала миллардита и устойчив при температуре ниже 9° C. При комнатной температуре устойчив MnSO4·5H2O, называемый марганцевым купоросом. В промышленности сульфат марганца получают растворением пиролюзита в горячей концентрированной серной кислоте:

2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 2H2O.

или прокаливанием MnO2 с безводным FeSO4:

4MnO2 + 4FeSO4 = 4MnSO4 + 2Fe2O3 + O2.

Cоли двухвалентного марганца каталитически действуют на протекание некоторых окислительных процессов, особенно происходящих под действием атмосферного кислорода, на этом основано их применение в качестве сиккативов – веществ, которые будучи растворенными в льняном масле, ускоряют его окисление кислородом воздуха и, тем самым, способствуют более быстрому высыханию. Льняное масло, содержащее сиккатив, называют олифой. В качестве сиккативов применяются некоторые органические соли марганца.

Из соединений марганца(IV) наибольшее значение имеет диоксид марганца, который является важнейшим минералом марганца. Различают несколько форм природного диоксида марганца: пиролюзит, рамсделит, псиломелан и криптомелан.

Диоксид марганца в лаборатории можно получить прокаливанием на воздухе Mn(NO3)2:

Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2;

окислением соединений марганца(II) в щелочной среде хлором, гипохлоритом натрия:

Mn(OH)2 + Cl2 +2KOH = MnO2 + 2KCl + 2H2O

Mn(OH)2 + NaOCl = MnO2 + NaCl + H2O.

Диоксид марганца представляет собой черный порошок амфотерного характера, проявляющий как окислительные, так и восстановительные свойства:

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

MnO2 + Cl2 + 4KOH = K2MnO4 + 2KCl + 2H2O.

Диоксид марганца, введенный в состав стекла, уничтожает зеленую окраску, обусловленную силикатом железа и придает стеклу розовый цвет (или черный, если MnO2 добавлено много). Тонкодисперсный порошок диоксида марганца обладает адсорбирующими свойствами: поглощает хлор, соли бария, радия и некоторых других металлов.

Несмотря на огромную значимость пиролюзита, в быту гораздо чаще приходится встречаться с веществом, в котором марганец семивалентен, – перманганатом калия («марганцовкой»), получившим распространение благодаря его ярко выраженным антисептическим свойствам. Сейчас перманганат калия получают электролитическим окислением растворов манганата (VI) калия. Это соединение представляет собой кристаллы пурпурно-красного цвета, устойчивые на воздухе и умеренно растворимые в воде. Однако его растворы в воде быстро разлагаются на свету и медленно в темноте с выделением кислорода. Перманганат калия – сильный окислитель. Вот некоторые примеры его окислительной активности:

2KMnO4 + 10HCl + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5Cl2 + K2SO4 + 8H2O

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O

8KMnO4 + 5PH3 + 12 H2SO4 = 8MnSO4 + 5H3PO4 + 4K2SO4 + 12H2O.

Перманганат калия широко применяется в медицине, ветеринарии и лабораторной практике.

Перманганат калия – соль марганцевой кислоты HMnO4, существующей только в растворе с максимальной концентрацией около 20%. Цвет ее растворов подобен цвету раствора KMnO4. Марганцевая кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот. Реакция образования марганцевой кислоты при действии диоксида свинца или висмутата натрия на соли марганца(II) имеет значение в аналитической химии, так как благодаря возникающей интенсивной розовой окраске, можно открыть даже следы марганца.

Оксид марганца(VII) Mn2O7 – марганцевый ангидрид представляет собой зелено-бурое тяжелое масло, получающееся при действии концентрированной серной кислоты на твердый перманганат калия:

2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O.

Это вещество – чрезвычайно сильный окислитель, взрывается при ударе или нагревании. Многие вещества, такие как сера, фосфор, древесная стружка, спирт, при малейшем соприкосновении с ним воспламеняются. При растворении в большом количестве воды образует марганцевую кислоту.

Применение марганца в металлургии. Марганец необходим в производстве стали, и сегодня ему нет эффективной его замены. С введением марганца в ванну с расплавом, он выполняет несколько функций. При раскислении и рафинировании стали марганец восстанавливает оксиды железа, превращаясь в оксид марганца, который устраняется в виде шлака. Марганец взаимодействует с серой, и образовавшиеся сульфиды также переходят в шлак. Алюминий и кремний, хотя и служат раскислителями наряду с марганцем, не способны выполнять функцию десульфуризации. Введение элемента № 25 вызывает замедление скорости роста зерна при нагреве, что приводит к получению мелкозернистой стали. Известно также, что алюминий и кремний, напротив, ускоряют рост зерен.

Вводить марганец в сталь в процессе плавки можно при использовании ферросплавов. Еще в 19 в. металлурги научились выплавлять зеркальный чугун, содержащий 5–20% марганца и 3,5–5,5% углерода. Пионером в этой области стал английский металлург Генри Бессемер. Зеркальный чугун, подобно чистому марганцу, обладает свойством удалять из расплавленной стали кислород и серу. В те времена зеркальный чугун получали в доменной печи путем восстановления содержащих марганец шпатовых железняков, ввозимых из Рейнской Пруссии – из Штальберга.

Бессемер приветствовал дальнейшее развитие производства марганцевых сплавов, и под его руководством Гендерсон организовал в 1863 на заводе Феникс в Глазго производство ферромарганца – сплава, содержащего 25–35% марганца. Ферромарганец обладал преимуществами перед зеркальным чугуном при производстве стали, так как придавал ей большую вязкость и пластичность. Наиболее экономически выгодный способ производства ферромарганца – выплавка в доменной печи.

Несмотря на то, что получение ферромарганца Гендерсоном было технически прогрессивным процессом, этот сплав долгое время не находил применения из-за трудностей, возникающих при выплавке. Промышленная выплавка ферромарганца в России началась в 1876 в доменных печах Нижне-Тагильского завода. Русский металлург А.П.Аносов еще в 1841 в своем труде О булатах описал добавление ферромарганца в сталь. Кроме ферромарганца в металлургии широкое применение находит силикомарганец (15–20% Mn, около 10% Si и меньше 5% С).

В 1878 девятнадцатилетний шеффилдский металлург Роберт Гадфилд приступил к изучению сплавов железа с другими металлами и в 1882 выплавил сталь с 12%-ым содержанием марганца. В 1883 Гадфилду был выдан первый британский патент на марганцовистую сталь. Оказалось, что закалка стали Гадфилда в воде придает ей такие замечательные свойства, как износостойкость и увеличение твердости при длительном действии нагрузок. Эти свойства сразу нашли применение при изготовлении железнодорожных рельсов, гусениц тракторов, сейфов, замков и многих других изделий.

В технике широко применяются тройные сплавы марганец-медь-никель – манганины. Они обладают большим электрическим сопротивлением, не зависящим от температуры, но зависящим от давления. Поэтому манганины используются при изготовлении электрических манометров. Действительно, обычным манометром нельзя измерить давление в 10 тыс. атмосфер, это можно сделать электрическим манометром, заранее зная зависимость сопротивления манганина от давления.

Интересны сплавы марганца с медью (особенно 70% Mn и 30% Cu), они могут поглощать энергию колебаний, это находит применение там, где необходимо уменьшить вредные производственные шумы.

Как показал Гейслер в 1898, марганец образует сплавы с некоторыми металлами, например с алюминием, сурьмой, оловом, медью, отличающиеся способностью намагничиваться, хотя они и не содержат ферромагнитных компонентов. Это свойство связано с наличием в таких сплавах интерметаллических соединений. По имени первооткрывателя подобные материалы называются сплавами Гейслера.

Биологическая роль марганца.

Марганец относится к важнейшим из жизненно необходимых микроэлементов и участвует в регуляции важнейших биохимических процессов. Установлено, что небольшие количества элемента № 25 есть во всех живых организмах. Марганец участвует в основных нейрохимических процессах в центральной нервной системе, в образовании костной и соединительной тканей, регуляции жирового и углеводного обмена, обмене витаминов С, Е, холина и витаминов группы В.

В крови человека и большинства животных содержание марганца составляет около 0,02 мг/л. Суточная потребность взрослого организма составляет 3–5 мг Mn. Марганец оказывает влияние на процессы кроветворения и иммунную защиту организма. Укушенного каракуртом (ядовитым среднеазиатским пауком) человека можно спасти, если ввести ему внутривенно раствор сульфата марганца.

Избыточное накопление марганца в организме сказывается, в первую очередь, на функционировании центральной нервной системы. Это проявляется в утомляемости, сонливости, ухудшении функций памяти и наблюдается в основном у рабочих, связанных с производством марганца и его сплавов.

Дефицит марганца – одно из распространенных отклонений в элементном обмене современного человека. Это связано со значительным снижением потребления богатых марганцем продуктов (грубая растительная пища, зелень), увеличением количества фосфатов в организме (лимонады, консервы и др.), ухудшением экологической ситуации в крупных городах и психо-эмоциональной перенапряженностью. Коррекция дефицита марганца оказывает положительное влияние на состояние здоровья человека.

Юрий Крутяков

Апрельская образовательная программа по химии: О программе

Положение об апрельской химической образовательной программе Образовательного центра «Сириус»

1. Общие положения

Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения апрельской химической образовательной программы Образовательного центра «Сириус» (далее – образовательная программа), ее методическое и финансовое обеспечение.

1.1. Образовательная программа по химии проводится в Образовательном центре «Сириус» (Образовательный Фонд «Талант и Успех») с 1 по 24 апреля 2019 года.

1.2. Количество участников образовательной программы: не более 150 школьников 8-10 классов, успешно прошедших конкурсный отбор, из них: 8 класс – до 25 человек, 9 класс – до 75 человек, 10 класс – до 50 человек.

Принять участие в образовательной программе могут только зарегистрировавшиеся школьники.

1.3. К участию в образовательной программе допускаются школьники, являющиеся гражданами Российской Федерации.

1.4. Персональный состав участников образовательной программы утверждается Экспертным советом Образовательного Фонда «Талант и успех» (далее – Фонд) по направлению «Наука».

1.5. Научно-методическое и кадровое сопровождение образовательной программы осуществляют Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Центр Педагогического мастерства г. Москвы.

1.6. В связи с целостностью и содержательной логикой образовательной программы, интенсивным режимом занятий и объемом академической нагрузки, рассчитанной на весь период пребывания обучающихся в Образовательном центре «Сириус», не допускается участие школьников в отдельных мероприятиях или части образовательной программы: исключены заезды и выезды школьников вне сроков, установленных Экспертным советом Фонда по направлению «Наука».

1.7. В случае нарушений правил пребывания в Образовательном центре «Сириус» или требований настоящего Положения решением Координационного совета участник образовательной программы может быть отчислен с образовательной программы.

1.8. В течение учебного года (с июля по июнь следующего календарного года) допускается участие школьников не более, чем в двух образовательных программах по направлению «Наука» (по любым профилям, включая проектные образовательные программы), не идущих подряд.

2. Цели и задачи образовательной программы

2.1. Цели проведения образовательной программы: подготовка к участию в олимпиадах по химии высшего уровня, развитие способностей учащихся и расширение кругозора путем интенсивных занятий по углубленной программе у ведущих педагогов России, развитие проектного мышления и умения работать в коллективе в процессе выполнения практико-ориентированных задач.

2.2. Задачи образовательной программы:

• углубление знаний участников образовательной программы в области химии и материаловедения;

• развитие умений, навыков и отработка приемов решения олимпиадных задач;

• развитие умений и навыков экспериментальной работы с веществами и материалами;

• развитие умений ставить перед собой задачи и самостоятельно их решать;

• формирование межпредметных связей путем решения практико-ориентированных задач;

• популяризация химии и смежных областей знания.

3. Порядок отбора участников образовательной программы

3.1. Отбор участников образовательной программы осуществляется Координационным советом, формируемым Руководителем Образовательного Фонда «Талант и успех», на основании требований, изложенных в настоящем Положении, а также Порядку отбора школьников на профильные образовательные программы Фонда по направлению «Наука».

3.2. Для участия в образовательной программе приглашаются учащиеся образовательных организаций всех регионов РФ, показавшие высокие результаты на химических олимпиадах в 2017-2018 и 2018-2019 учебных годах.

3.3. Для участия в отборе на образовательную программу необходимо пройти регистрацию на сайте Образовательного центра «Сириус». Регистрация будет доступна до 22 февраля 2019 года.

3.4. На образовательную программу приглашаются учащиеся 8-9-10 классов в соответствии с рейтингом, составленным на основании оценки академических достижений школьников.

3.5. При отборе на образовательную программу будут оцениваться следующие академические достижения школьников:

  • Победитель регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии 2018-2019 учебного года – 10 баллов.
  • Призер регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии 2018-2019 учебного года – 7 баллов.
  • Участник регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии 2018-2019 учебного года (только для 8 класса) – 5 баллов.
  • Победитель олимпиад по химии 1-го уровня за 2017-2018 учебный год – 5 баллов.
  • Призер олимпиад по химии 1-го уровня за 2017-2018 учебный год – 3 балла.
  • Победитель олимпиад по химии 2—3-го уровней за 2017-2018 учебный год – 2 балла.
  • Призер олимпиад по химии 2—3-го уровней за 2017-2018 учебный год – 1 балл.

3. 6. К участию в конкурсном отборе также приглашаются школьники 8 класса – победители и призеры муниципального этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии 2018-2019 учебного года.

Учащиеся 8 класса, участвующие в конкурсном отборе, дополнительно должны предоставить мотивационное письмо, с указанием трех наивысших, по мнению школьника, академических достижений по химии и смежным дисциплинам.

Мотивационные письма необходимо загрузить в графу «Иные достижения».
За оценку мотивационного письма может быть дополнительно начислено от 0 до 3 баллов.

3.7. По итогам оценки академических достижений кандидатов формируется рейтинговый список кандидатов на участие в образовательной программе, который упорядочивается по убыванию суммы баллов, набранных школьниками (отдельно по 8-му, 9-му и 10-му классу).

3.8. При формировании рейтинга суммируются наивысшее достижение школьника за участие во Всероссийской олимпиаде школьников 2018-2019 учебного года и наивысшее достижение школьника за участие в олимпиадах по химии 1-2-3-го уровня 2017-2018 учебного года.

В случае равенства баллов в рейтинговом списке у двух и более школьников приоритет в приглашении на программу имеют школьники, показавшие лучший результат на региональном этапе Всероссийской олимпиады школьников по химии 2018-2019 учебного года

3.9. От одного региона в образовательной программе могут принять участие не более 20% школьников по каждому классу, то есть, за 8 класс – до 5 человек, за 9 класс – до 15 человек, за 10 класс – до 10 человек.

3.10. Участники заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии 2018-2019 учебного года не могут принять участие в апрельской образовательной программе по химии. При этом они могут принять участие в августовской образовательной программе по химии Образовательного центра «Сириус».

3.11. Учащиеся, отказавшиеся от участия в образовательной программе, могут быть заменены на следующих за ними по рейтингу школьников. Решение о замене участников принимается Координационным советом программы.

3. 12. Список участников Образовательной программы будет опубликован на сайте Образовательного центра «Сириус» не позднее 26 февраля 2019 года.

4. Аннотация образовательной программы

Программа включает в себя теоретические (лекции, семинары) и практические занятия в лабораториях по неорганической, аналитической и органической химии, лекции и семинары ведущих преподавателей. Также предусмотрены спортивные и культурно-досуговые мероприятия, экскурсии по Олимпийскому парку, в Красную Поляну. Помимо этого, в вечернее время школьникам предоставляется возможность посещать образовательные лекции, расширяющие их кругозор.

5. Финансирование образовательной программы

Оплата проезда, пребывания и питания школьников – участников образовательной программы осуществляется за счет средств Образовательного Фонда «Талант и успех».

§ 17. СОЕДИНЕНИЯ МАРГАНЦА. Токсикологическая химия. В.Ф. Крамаренко

Применение и токсичность соединений марганца. Соединения марганца относятся к веществам, которые в ряде случаев являются причиной отравлений. Эти соединения применяются в технике и медицине. Оксид марганца (IV), так называемый пиролюзит, находится в природе. Он является полезным ископаемым, применяемым для получения металлического марганца и его солей. При перемалывании пиролюзита на мельницах образуется пыль, которая через легкие может проникать в организм людей и вызывать отравления. Оксид марганца (IV) используется как добавка к некоторым видам сталей, для обесцвечивания стекломассы, при изготовлении линолеума и некоторых лаков. В технике применяются некоторые соли марганца для изготовления красок. Перманганат калия является окислителем. Он применяется в медицине как дезинфицирующее средство. Отмечены случаи применения перманганата калия для криминальных абортов. Некоторые соли марганца применяются в химических лабораториях как реактивы. Марганец в незначительных количествах содержится в клетках и тканях организма (см. табл. 7).

Соединения марганца относятся к числу сильных протоплаз-матических ядов. Они действуют на центральную нервную систему, вызывая в ней органические изменения, поражают почки, легкие, органы кровообращения и т. д. При использовании концентрированных растворов перманганата калия для полоскания горла может наступить отек слизистых оболочек рта и глотки.

Прием внутрь концентрированных растворов соединений марганца может быть причиной перфорации желудка. Соединения марганца могут вызвать отек голосовых связок и т. д. При попадании концентрированных растворов соединений марганца в матку, влагалище, мочевой пузырь может появиться угроза перитонита.

Соединения марганца накапливаются в печени. Они выделяются из организма через пищевой канал и с мочой. При патолого-анатомическом вскрытии трупов лиц, умерших в результате отравления соединениями марганца, отмечаются ожоги слизистых оболочек в различных участках пищевого канала, напоминающие ожоги, вызванные едкими щелочами. Обнаруживаются дегенеративные изменения в некоторых паренхиматозных органах.

Исследование минерализатов на наличие соединений марганца

Ионы марганца, содержащиеся в минерализатах, определяют при помощи реакций с периодатом калия и персульфатом аммония. После окисления ионов марганца этими реактивами образуются перманганат-ионы, имеющие фиолетовую окраску. Обе реакции являются специфичными для обнаружения ионов марганца, так как катионы других металлов при окислении указанными реактивами не дают фиолетовой окраски.

Реакция с периодатом калия КIO 4. При взаимодействии ионов марганца с периодатом калия образуется темно-красный осадок. Образование этого осадка происходит главным образом в сильно разбавленных растворах соединений марганца. В присутствии фосфатов не образуется этот осадок, а происходит окисление ионов марганца Mn 2+ до MnO 4— :

Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, 4 мл воды, 1 мл насыщенного раствора дигидрофосфата натрия и 0,2 г периодата калия. После нагревания пробирки на кипящей водяной бане в течение 20 мин при наличии ионов марганца в минерализате раствор приобретает красно-фиолетовую или розовую окраску. Предел обнаружения: 0,1 мкг марганца в 1 мл. Граница обнаружения: 0,02 мг марганца в 100 г биологического материала.

Реакция с персульфатом аммония. В зависимости от условий выполнения реакции персульфат аммония может окислять ионы марганца с образованием различных соединений. При кипячении в кислой среде без катализаторов персульфат аммония окисляет ионы марганца до марганцовистой кислоты Н 2 MnO 4 :

В щелочной среде без катализаторов персульфат аммония окисляет ионы марганца до MnО 2 :

В присутствии катализаторов (соли серебра или смесь 0,1 н. растворов нитратов кобальта, никеля и ртути) персульфат аммония окисляет ионы марганца до перманганат-ионов MnO 4— :

Ионы железа (III), которые могут быть в минерализатах в больших количествах, затрудняют распознавание окраски перманганатионов. Для маскировки ионов железа прибавляют фосфаты, которые с ионами железа образуют бесцветный комплекс [Fe(РО 4 ) 2 ] 3-.

Реакции окисления ионов марганца персульфатом мешают восстановители, обесцвечивающие перманганат-ионы, а также хлориды, бромиды и другие ионы, которые осаждают ионы серебра, являющиеся катализатором.

На протекание реакции персульфата с ионами марганца влияет рН среды. Эта реакция хорошо протекает в 3 н. кислоте. При недостаточной кислотности образуется темно-бурый осадок марганцовистой кислоты Н 2 MnO 4, а при большом избытке кислоты может происходить восстановление перманганат-ионов персульфатом:

Выполнение реакции. В пробирку вносят 1 мл минерализата, 4 мл воды, 1 мл насыщенного раствора дигидрофосфата натрия. Смесь нагревают на кипящей водяной бане в течение 5—6 мин. К горячему раствору прибавляют 1 каплю 10%-го раствора нитрата серебра и 0,5 г персульфата аммония. Смесь енова нагревают в течение нескольких минут (до разложения избытка персульфата). При наличии ионов марганца в минерализате появляется красно-фиолетовая или розовая окраска. Предел обнаружения: 0,1 мкг марганца в 1 мл. Граница обнаружения: 0,1 мг марганца в 100 г биологического материала.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДЫДУЩАЯ | СЛЕДУЮЩАЯ

Марганец — химический элемент — конспект — Химия

11

2Mn3+ + 2h3O = Mn2+ + MnO2 (тв.) + 4H+ K  109

Темно-коричневый кристаллический ацетилацетонат трехвалентного

марганца легко получается при окислении Mn2+ кислородом или хлором в

щелочном в присутствии ацетилацетона.

Основной ацетат с трехкоординированным атомом кислорода в

центре, который получают действием KMnO4 на ацетат Mn2+ в уксусной

кислоте, окисляет олефины до лактонов. Он используется в

промышленности для окисления толуола в фенол.

Комплексы трех- и четырехвалентного марганца играют, по-видимому,

важную роль в фотосинтезе, где выделение кислорода зависит от наличия

марганца.

7. Соединения марганца в биологических системах Марганец весьма интересен в биохимическом отношении. Точные

анализы показывают, что он имеется в организмах всех растений и

животных. Содержание его обычно не превышает тысячных долей

процента, но иногда бывает значительно выше. Например, в листьях свёклы

содержится до 0,03%, в организме рыжих муравьёв — до 0,05%, а в

некоторых бактериях даже до нескольких процентов Mn. Опыты с

кормлением мышей показали, что марганец является необходимой

составной частью их пищи. В организме человека больше всего марганца

(до 0,0004%) содержит сердце, печень и надпочечники. Влияние его на

жизнедеятельность, по-видимому, очень разнообразно и сказывается

главным образом на росте, образовании крови и функции половых желёз.

В избыточных против нормы количествах марганцовые соединения

действуют как яды, вызывая хроническое отравление. Последнее может

быть обусловлено вдыханием содержащей эти соединения пыли.

Проявляется оно в различных расстройствах нервной системы, причём

развивается болезнь очень медленно.

Марганец принадлежит к числу немногих элементов, способных

существовать в восьми различных состояниях окисления. Однако в

Марганец (Mn, Manganum) — влияние на организм, польза и вред, описание

История марганца

Первооткрывателями марганца принято считать шведских химиков К. Шееле и Ю. Гана, первый из которых в 1774 году обнаружил неизвестный металл в широко используемой железной руде, называемой в древности чёрной магнезией, второй же путём нагревания смеси пиролюзита (основного минерала марганца) с углём получил металлический марганец (calorizator). Название новый металл получил от немецкого Manganerz, т.е. марганцевая руда.

Общая характеристика марганца

Марганец является элементом побочной подгруппы VII группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 25 и атомную массу 54,9380. Принятое обозначение – Mn (от латинского Manganum).

Нахождение в природе

Марганец достаточно распространён, входит во вторую десятку элементов по распространённости. В земной коре встречается чаще всего совместно с железными рудами, но имеются и месторождения именно марганца, например в Грузии и России.

Физические и химические свойства

Марганец является тяжёлым серебристо-белым металлом, так называемым чёрным металлом. При нагревании имеет свойство разлагать воду, вытесняя водород. В обычном состоянии поглощает водород.

Суточная потребность в марганце

Для взрослого здорового человека суточная потребность в марганце составляет 5-10 мг.

Продукты питания богатые марганцем

Марганец попадает в организм человека с пищей, поэтому в обязательном порядке необходимо ежедневно съедать один или несколько продуктов из следующего списка:

  • орехи (арахис, грецкий орех, миндаль, фисташки, фундук)
  • крупы и злаки (пшено, гречка, овсянка, рис, рожь, пшеница)
  • бобовые (горох, фасоль, чечевица)
  • овощи и зелень (салат, листья свёклы, укроп, шпинат, чеснок)
  • ягоды и фрукты (абрикосы, брусника, малина, черника, чёрная смородина)
  • грибы (белые, подосиновики, лисички)
  • говяжья печень.

Полезные свойства марганца и его влияние на организм

Функции марганца в организме человека:

  • регуляция уровня глюкозы в крови, стимуляция выработки аскорбиновой кислоты
  • профилактика сахара диабета путём снижения уровня сахара в крови
  • нормализация мозговой деятельности и процессов в нервной системе
  • участие в работе поджелудочной железы и синтезе холестерина
  • способствование росту соединительных тканей, хрящей и костей
  • влияние на липидный обмен и предотвращение избыточного отложения жира в печени
  • участие в делении клеток
  • снижение активности «плохого» холестерина и замедление роста холестериновых бляшек.

Взаимодействие с другими

Марганец помогает активизировать ферменты, необходимые для правильного использования организмом биотина, витаминов B1 и С. Взаимодействие марганца с медью и цинком является признанным антиоксидантным средством. Большие дозы кальция и фосфора будут задерживать всасывание марганца.

Применение марганца в жизни

Наибольшее применение марганец нашёл в металлургии, также при производстве реостатов, гальванических элементов. Соединения марганца используют как термоэлектрический материал.

Признаки нехватки марганца

При режиме питания, утяжелённом большим количеством углеводов, в организме происходит перерасход марганца, что проявляется следующими симптомами: анемия, снижение прочности костей, задержка роста, а также атрофия яичников у женщин и яичек у мужчин.

Признаки избытка марганца

Излишек марганца также неполезен организму, его проявлениями могут служить сонливость, боли в мышцах, потеря аппетита и изменения в формировании костей – так называемый «марганцевый» рахит.

Автор: Виктория Н. (специально для Calorizator.ru)
Копирование данной статьи целиком или частично запрещено.

Марганец вместо никеля. Химики нашли способ сделать литий-ионные батареи более емкими и экологичными

На литий-ионных аккумуляторах сейчас работает буквально все: от сотовых телефонов до электромобилей и даже марсохода Curiosity. «В таких устройствах, как мобильные телефоны, используются аккумуляторы на основе кобальтата лития, однако с точки зрения науки это уже устаревший материал, к тому же он дорогой и может возгораться при работе аккумулятора при больших токах. Аккумуляторы в автомобилях и прочей крупногабаритной технике работают на других химических соединениях, например литий-железо-фосфате, более дешевом и безопасном катодном материале. Тем не менее поиск новых материалов продолжается: нужны материалы с еще большей энергоемкостью и удельной энергией», — пояснила Косова.

В каждом литий-ионном аккумуляторе есть положительный электрод — оксид или соль (например, фосфат), содержащие ионы лития, электролит — раствор, содержащий соли лития, и отрицательный электрод (например, графит). Во время зарядки аккумулятора электрический ток заставляет положительно заряженные ионы лития двигаться в электролите от одного электрода к другому, во время разрядки ионы движутся в обратном направлении. Материал положительного электрода может быть разным, что влияет на емкость аккумулятора и другие его характеристики.

Ранее было известно, что, если использовать для положительного электрода материалы, которые содержат никель, получаются неплохие результаты. «Наша работа посвящена соединению, содержащему марганец: он дешевле никеля и менее токсичен», — пояснила исследователь.

Литий-ионные аккумуляторы, работающие на основе соединений марганца, существуют, в них используется литий-марганцевая шпинель LiMn2O4. Такие аккумуляторы используются в электромобилях, они хорошо работают при температуре ниже 50 градусов Цельсия, однако при повышении температуры их емкость падает.

«Мы решили синтезировать и исследовать соединение, в которое также входят марганец и литий, но в другом соотношении (отношение Li:Mn в нем выше, а значит, и емкость должна быть больше). В результате обнаружили новый материал (Li4Mn2O5) с емкостью, которая превышала все ранее известные соединения»,
 

— сказала Косова. Она подчеркнула, что механохимический метод синтеза позволяет получать это соединение при комнатной температуре и в форме наноразмерных частиц. Это важно, так как наличие наноструктуры у электродов улучшает их электрохимические свойства.

Эта работа вначале проводилась в рамках договора о научном сотрудничестве с французским производителем материалов для аккумуляторов SAFT. Компания зарегистрировала несколько патентов. В дальнейшем к работе подключился французский университет города Кан, специалисты которого независимо подтвердили полученные результаты и провели дополнительные структурные исследования нового соединения, уточнила ученый.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature Materials.

 Екатерина Боровикова

Химия марганца — Chemistry LibreTexts

Название 25-го элемента происходит от латинского слова magnes, что означает магнит. Он был открыт в 1774 году Шееле и изолирован в том же году Йоханом Ганом. Марганец — один из немногих элементов, которые люди используют ежедневно. В 1774 году шведский ученый по имени Иоганн Готлиб Ган смог выделить металлический марганец, восстановив соединение диоксида марганца. Примечательно, что марганец использовался людьми на протяжении веков.

Введение

В чистом виде Марганец — твердый, хрупкий металл серо-белого цвета. Он наиболее известен как легирующий агент для стали. Повышает способность к горячей обработке стали и повышает устойчивость к ударам. Римская империя использовала марганец в своем оружии, и они смогли победить своих врагов. Свойство твердости марганца помогло им создать прочное вооружение для войны. Кроме того, люди использовали соединения марганца за столетия до зарождения человеческой цивилизации.История использования марганца восходит к эпохе каменного века, когда кочевники использовали его в качестве пигмента для украшения своих пещер и священных мест. Марганец — это элемент, который помогал и до сих пор помогает людям улучшить свою личную жизнь различными способами.

История марганца

  • 1771-Марганец признан элементом шведским химиком Шееле
  • 1774 — Впервые выделено Дж. Ган.
  • 1799 — выданы патенты в Великобритании на использование марганца в сталеплавильном производстве
  • 1808-Патенты выданы в США.k. для использования марганца в сталеплавильном производстве
  • 1816-Немецкий исследователь обнаружил, что марганец увеличивает твердость железа, не снижая его пластичность или вязкость.
  • 1826-Prieger в Германии произвел ферромарганец, содержащий 80% марганца, в тигле.
  • 1840-J.M. Хит производил металлический марганец в Англии.
  • 1841 г. Началось промышленное производство «spiegeleisen», чугуна с высоким содержанием марганца.
  • 1875-Промышленное производство ферромарганца с содержанием марганца 65%.запущен
  • 1860-Начало современной черной металлургии.
  • 1868-Изобретение сухого элемента с использованием диоксида марганца

Откуда это?

Можно подумать, что изначально марганец находился в металлической форме, но это не так. Марганец не встречается в природе как свободный металл, о котором нам нравится думать. Вместо этого марганец существует в виде минералов с добавками оксидов, силикатов и карбонатов, добавленных к смеси. Большая часть маганезии добывается из руд, найденных в разных местах по всему миру.Известно также, что марганец находится на дне океана в виде конкреций, которые представляют собой большие куски металлических руд.

Физические свойства

Атомная структура марганца включает четыре электронные подоболочки.

  • Первая подоболочка содержит 2 электрона
  • Вторая подоболочка содержит 8 электронов
  • Третья подоболочка содержит 13 электронов
  • Четыре подоболочки содержат 2 электрона

Другие свойства марганца:

Символ: Mn
Атомный номер: 25
Массовое число: 54. 93805 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ар] 3d 5 4s 2
Энергия ионизации: Первый: 717
Секунда: 1509
Третий: 3248
Общие состояния окисления: +2, +3, +4, +7
Точка плавления: 1245 С
Точка кипения 1862 С
Плотность 7470 кг / м 3

Реакции марганца в окружающем мире

Марганец очень химически активен и обладает способностью реагировать с различными химическими элементами, которые мы наблюдаем изо дня в день, что позволяет разнообразить его функции и способы использования.Из-за своей валентной электронной конфигурации, он позволяет нам использовать его по-разному и уникальным образом, чем обычно не могут быть использованы другие элементы. В биологических системах марганец является важнейшим компонентом витамина \ (B_1 \).

Чистый металл производится из наиболее распространенного соединения (\ (MnO_2 \) — 10 th , наиболее распространенное соединение в земной коре). Его можно восстановить химическим путем или очистить электролитическим способом. Элемент имеет по крайней мере 5 стабильных степеней окисления с отличительными цветами (что типично для переходных металлов).Обычно он встречается в лаборатории как соединение \ (KMnO_4 \), которое является сильным окислителем. \ (MnO_2 \) катализирует разложение \ (H_2O_2 \) и иногда используется для мелкомасштабного производства газообразного кислорода в лаборатории.

Марганец и воздух

По своему расположению в таблице Менделеева, марганец немного менее электроотрицателен, чем его соседи, что делает его немного менее реактивным по отношению к воздуху. Металлический марганец имеет способность гореть в присутствии кислорода с образованием Mn 3 O 4 .

\ [\ ce {3Mn (s) + 2O2 (g) \ rightarrow Mn_3O4 (s)} \]

Марганец и азот

Марганец может реагировать в присутствии азота, который также содержится в воздухе, с образованием \ (Mn_3N_2 \).

\ [\ ce {3Mn (s) + N2 (g) \ rightarrow Mn3N2 (s)} \]

Марганец и вода

Если рассматривать все в нормальных условиях, марганец не вступает в реакцию с водой

Марганец и кислоты

Марганец легко растворяется в кислых растворах

Марганец и галогены

Марганец реагирует с галогенами 17 группы с образованием галогенидов марганца (II).Примером может быть, если марганец реагирует с хлором, образуется хлорид марганца (II). Несколько примеров реакций показаны ниже, но реакции с другими галогенами, такими как фтор, аналогичны.

\ [Mn (s) + Cl_2 (g) \ rightarrow MnCl_2 (s) \]

\ [Mn (s) + Br_2 (g) \ rightarrow MnBr_2 (s) \]

\ [Mn (s) + I_2 (g) \ rightarrow MnI_2 (s) \]

Ядерная химия марганца

Марганец, как и многие другие элементы периодической таблицы, особенно металлы, способен образовывать изотопы. Существует больше изотопов, чем перечислено. Однако те изотопы, которые не показаны в таблице, представляют собой изотопы, период полураспада которых легко найти.

Изотоп Период полураспада
Mn51 46,2 мин
Mn52 5.591 сут
Mn53 370 000 лет
Mn54 312.3 дня
Mn55 стабильный
Мн56 2,57
Мн57 1,45 мин

Использование марганца в современном мире

Здоровье и биология

Использование марганца для личного здоровья людей и в медицине сегодня по-прежнему важно, как никогда. Хотя многие люди могут опасаться важности потребления важных минералов вместе с витаминами, многие не слишком осведомлены о важности потребления марганца в рационе человека.Наличие марганца в организме жизненно важно для процессов на клеточном уровне. Без него жизненно важные ферменты нарушаются и могут вызвать проблемы со здоровьем. Например, марганец помогает в образовании соединительной ткани в нашем организме, без него или с минимальным количеством, связки и мышцы, например, менее гибкие, и травмы могут возникать быстрее. Однако если употребить слишком много марганца, могут возникнуть такие проблемы со здоровьем, как слабость, сонливость и даже паралич.К счастью, потребление слишком большого количества марганца встречается очень редко и обычно случается с теми, кто работает на шахтах или фабриках, которые могут вдыхать марганцевую пыль.

Промышленность и технологии

Присутствие марганца в таких отраслях, как сталелитейная промышленность, имеет решающее значение для успеха именно в этой отрасли. Если мы оглянемся на историю марганца, представленную в начале этого модуля, мы увидим, что использование марганца в стали возникло не недавно, а в конце 1700-х годов.Тем не менее, этот метод по-прежнему используется сегодня из-за его влияния на качество и свойства стали. Марганец используется для образования сплава в стали, который, в свою очередь, приводит к лучшим свойствам, таким как ударная вязкость, жесткость, износостойкость, твердость и, что наиболее важно, прочность. Марганец также способствует улучшению качества стали при прокатке и ковке. Марганец также отвечает за окрашивание стекла в пурпурный оттенок и также может использоваться в отраслях, где примеси в стекле образуются из-за примесей железа, поскольку марганец может вернуть стеклу его нормальный цвет.

В технике, хотя и не современной, как это было сделано в 1868 году, марганец используется в изобретении сухих элементов. Это диоксид марганца, который используется для деполяризации.

Проблемы

1. Запишите химическую реакцию между марганцем и галогенфтором.
2. Насколько активен марганец с водой?
3. Каково одно из основных применений марганца в технике?
4. Какова электронная конфигурация марганца?
5.Какие степени окисления может принимать марганец?

ответов

1. Mn (s) + F 2 (g) → MnF 2 (s)
2. Марганец не вступает в реакцию с водой при нормальных условиях.
3. Марганец широко используется в сталелитейной промышленности. Он используется для улучшения свойств стали, чтобы сделать сплавы более прочными и жесткими.
4. [Ar] 3d 5 4s 2
5. +2, +3, +4, +5, +6, +7

Список литературы

  1. Петруччи, Ральф, Уильям Харвуд и Ф.Джеффри Харинг. Общая химия: принципы и современные приложения. Река Верхний Сэдл: Pearson Prentice Hall, 2007
  2. Зумдаль, Стивен С., химия, пятое издание. Houghton Mifflin, Нью-Йорк, 2000

Авторы и авторство

  • Марисол Аумада и Абель Сильва
  • Дэвид Джин (UCD)

Химия марганца

Химия марганца History

Для главы по химии марганца из текста Elsevier «Химия элементов» Гринвуда и Ирншоу см. Онлайн-исследования по металлам

Происхождение
Марганец является 12-м по распространенности элементом и 3-м по распространенности переходным металлом. (ср.Fe, Ti). В природе встречается ряд форм марганца (~ 300 минералов). что дает общее содержание 0,106%. 12 из этих минералов экономически выгодны в том числе: пиролюзит (MnO 2 ), манганит (Mn 2 O 3 .H 2 O), гаусманнит (Mn 3 O 4 ), родохрозит (MnCO 3 ) и Mn-конкреции.
Основные месторождения находятся в Южной Африке и на Украине (> 80%) и других важные месторождения марганца находятся в Китае, Австралии, Бразилии, Габоне, Индии и Мексике.

Международный центр экологических и ядерных наук (ICENS) имеет текущую программу картографирования геохимического содержания Ямайки. «Геохимический атлас Ямайки» был опубликован в 1995 г. и доступен на Amazon или ICENS.
Результаты, полученные для марганца, показаны ниже (любезно предоставлено профессором Г. К. Лалором).

Извлечение
Металл получают восстановлением алюминием или в доменной печи. Металл напоминает железо, будучи умеренно реактивным, и при высоких температурах реагирует энергично с рядом неметаллов.Например, он горит в N 2 при 1200 ° C с образованием Mn 3 N 2 и обжиг на воздухе дает Mn 3 O 4

Использует
85-90% производимого марганца идет на производство ферромарганцевых сплавов. Монеты 1 и 2 евро содержат марганец, так как там его больше и дешевле. чем никель.
Диоксид марганца использовался в катодах сухих аккумуляторных батарей и в новые щелочные батарейки.
Соли марганца использовались в производстве стекла со времен Египта и Рима. и найден в красках еще 17000 лет назад.
Его используют в стекле либо для добавления цвета, либо для уменьшения эффекта примесей железа. Цвет стекла см. ниже.

Марганец в биологии
Марганец — незаменимый микроэлемент для всех форм жизни. Он накапливается в митохондриях и необходим для их функции. Считается, что транспортный белок марганца, трансманганин, содержит Mn (III).Известно несколько металлоферментов: аргиназа, пируваткарбоксилаза и супероксиддисмутаза.

Человек выделяет примерно 10 кг мочевины в год в результате гидролиза. аргинина фермент аргиназа, обнаруженный в печени, который является последней ступенью цикла мочевины. Эта реакция позволяет избавиться от азотистых отходов распада. белков.

В аргиназах I и II млекопитающих присутствуют биядерные кластеры марганца. на активном сайте.В структуре 1rla Ближайшие соседи марганца были идентифицированы как: Asp124, Asp128, Asp232, Asp234, His101, His126.

Оксиды

оксиды марганца
Формула Цвет Состояние окисления МП ° C
Mn 2 O 7 зеленое масло млн 7+ 5. 9
MnO 2 черный млн 4+ 535d
Mn 2 O 3 черный млн 3+ 1080d
Mn 3 O 4 — Хаусманит черный Mn 2/3 + 1705
MnO серо-зеленый Мн 2+ 1650

Препараты:

Mn 3 O 4 получают из других оксидов. нагреванием на воздухе при 1000 ° C
MnO получают из других оксидов путем нагревание с H 2 при температурах ниже 1200 ° C выше, чем образуется металлический марганец.
MnO 2 уже много лет используется для обесцвечивания товарного стекла. При добавлении к расплавленному стеклу небольшого количества красно-коричневого Mn (III) получается маскирует сине-зеленый цвет от примесей железа. То есть, добавив реагент с дополнительным цветом примеси, результирующий эффект это уравновесить и дать прозрачное стекло.
MnO 2 используется в качестве окислителя для превращения анилина в гидрохинон.
Mn 2 O 7 взрывоопасен при температуре выше 3 ° C.Считается, что некоторые аварии произошли, когда вместо добавления конц. HCl к твердому KMnO 4 для производства Cl 2 неправильной бутылки выбрано и конц H 2 SO 4 использовался ведущим к образованию зеленого масла, которое взрывается.

Соли оксидов в высокой степени окисления

Слияние MnO 2 с гидроксидом щелочного металла и окислитель, такой как KNO 3 , дает очень темно-зеленый соли манганата (VI) (манганаты), которые стабильны в сильно щелочной раствор, но который легко диспропорционирует в нейтральном или кислотный раствор.

3MnO 4 2- + 4H + → 2MnO 4 — + MnO 2 + 2H 2 O

Соли манганата (VII) темно-фиолетового цвета (перманганаты) могут быть приготовлен в водном растворе окислением солей марганца (II) с очень сильными окислителями, такими как PbO 2 или НаБиО 3 . Они производятся в промышленных масштабах щелочными окислительное плавление MnO 2 с последующим электролитическим окислением манганата (VI):

2MnO 2 + 4KOH + O 2 → 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

2K 2 MnO 4 + 2H 2 O → 2KMnO 4 + 2KOH + H 2

Наиболее важным манганатом (VII) является KMnO 4 и очень интенсивным фиолетовый цвет обусловлен полосой переноса заряда, а не переходом d-d.это хорошо известный окислитель.

Редокс-свойства KMnO 4 .

  сильная база
  MnO  4   -  + e- → MnO  4   2-  E = 0,56 В (БЫСТРО)
  MnO  4   2-  + 2H  2  O + e- → MnO  2  + 4OH- E = 0,60 В (МЕДЛЕННО)

  умеренная база
  MnO  4   -  + 2H  2  O + 3e- → MnO  2  + 4OH- E = 0. 59V

  дил. H  2  SO  4 
  MnO  4   -  + 8H  2  O + 5e- → Mn  2+  + 4H  2  O E = 1,51 В
Обычные условия для его использования: 0,02M KMnO 4 и 1,5M H 2 SO 4 .

При промышленном производстве сахарина и бензойной кислоты KMnO 4 это окислитель, с медицинской точки зрения он использовался в качестве дезинфицирующего средства. это все больше используется для очистки воды, так как имеет преимущество перед хлором что он не влияет на вкус и имеет бонус в том, что MnO 2 действует как коагулянт для коллоидных примесей.

Галогениды

Галогениды марганца (II)
Формула Цвет МП ° C п.п. ° C м (БМ) Конструкция
MnF 2 бледно-розовый 920–– рутил
MnCl 2 розовый 652 1190 5. 73 CdCl 2
MnBr 2 роза 695– 5,82–
MnI 2 розовый 613– 5,88 CdI 2
Препараты:

Приготовлено из MnCO 3 + HX → MnX 2 + CO 2 + H 2 O

Комплексы марганца

В октаэдрических комплексах Mn (III) ожидается наличие Ян-Теллеровские искажения.Поэтому было интересно сравнить структуры Cr (acac) 3 с Mn (acac) 3 поскольку ожидается, что ион Cr (III) даст правильный октаэдрический форма. Фактически все расстояния между связями Mn-O оказались равными эквивалент.

Необычный комплекс Mn получают по реакции Mn (OAc) 2 с KMnO 4 в HOAc. Это дает [Mn 3 O (OAc) 6 3H 2 O] OAc. Он используется как промышленный окислитель для превращения толуола в фенол.

вернуться на курс C21J наброски
Вернуться в химию, UWI-Mona, Домашняя страница

Авторские права © 2003-2007 Роберт Джон Ланкашир, все права защищены.

Создано и поддерживается профессором Робертом Дж. Ланкашир

Химический факультет Вест-Индского университета,
Кампус Мона, Кингстон 7, Ямайка.


Создан в октябре 2003 г. Ссылки проверены и / или последние изменен 21 ноября 2007 г.
URL http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/manganese.html

Марганец | Введение в химию

Цель обучения
  • Предсказать склонность к окислению или восстановлению марганца с учетом его формулы или степени окисления.
Ключевые моменты
    • Наиболее распространенные степени окисления марганца — 2+, 3+, 4+, 6+ и 7+.
    • Самая стабильная степень окисления марганца — 2+, который имеет бледно-розовый цвет. Это состояние, используемое в живых организмах для выполнения основных функций; другие состояния токсичны для человеческого организма.
    • Твердые соединения марганца (III) характеризуются предпочтением искаженной октаэдрической координации.
    • Марганец является важным микроэлементом во всех формах жизни.
Условия
  • Степень окисления Чистая сумма отрицательных и положительных зарядов на атоме.
  • парамагнетик Демонстрирует парамагнетизм (склонность магнитных диполей выравниваться по внешнему магнитному полю).
  • марганец Металлический химический элемент (обозначение Mn) с атомным номером 25.
    • .

Свойства марганца

Марганец — серебристо-серый металл, напоминающий железо. Он твердый и очень хрупкий, трудно плавится, но легко окисляется. Металлический марганец и его обычные ионы парамагнитны.

Степени окисления марганца

Наиболее распространенные степени окисления марганца — 2+, 3+, 4+, 6+ и 7+. Mn 2+ часто конкурирует с Mg 2+ в биологических системах.Соединения марганца, в которых марганец находится в степени окисления 7+, являются мощными окислителями. Соединения со степенью окисления 5+ (синий) и 6+ (зеленый) являются сильными окислителями.

млн

2+

Самая стабильная степень окисления (степень окисления) для марганца — 2+, который имеет бледно-розовый цвет, и часто встречаются многие соединения марганца (II), такие как сульфат марганца (II) (MnSO 4 ) и марганец (II ) хлорид (MnCl 2 ). Степень окисления 2+ — это состояние, используемое в живых организмах для выполнения основных функций; другие состояния токсичны для человеческого организма.Окисление 2+ марганца происходит в результате удаления двух 4s-электронов, в результате чего остается высокоспиновый ион, в котором все пять 3d-орбиталей содержат один электрон.

млн

3+

Степень окисления 3+ наблюдается в таких соединениях, как ацетат марганца (III); это очень сильные окислители. Для твердых соединений марганца (III) характерно предпочтение искаженной октаэдрической координации и сильный пурпурно-красный цвет.

Другие степени окисления марганца

Степень окисления 5+ может быть получена, если диоксид марганца растворен в расплавленном нитрите натрия.Соли манганата (VI) также могут быть получены путем растворения соединений Mn, таких как диоксид марганца, в расплавленной щелочи при контакте с воздухом. Перманганатные соединения (степень окисления 7+) имеют фиолетовый цвет и могут придавать стеклу фиолетовый цвет. Перманганат калия, перманганат натрия и перманганат бария являются сильными окислителями. Перманганат калия находит применение в качестве местного лекарства (например, при лечении болезней рыб). Растворы перманганата калия были одними из первых красителей и фиксаторов, которые использовались при подготовке биологических клеток и тканей для электронной микроскопии.

Аргиназа Реактивный центр аргиназы с ингибитором бороновой кислоты — атомы марганца показаны желтым цветом.

Марганец в живых организмах

Марганец является незаменимым микроэлементом во всех формах жизни. Классы ферментов, содержащих кофакторы марганца, очень широки. Наиболее известными марганецсодержащими полипептидами могут быть аргиназа, дифтерийный токсин и Mn-содержащая супероксиддисмутаза (Mn-SOD). Mn-SOD — это тип SOD, присутствующий в митохондриях эукариот, а также в большинстве бактерий (этот факт согласуется с теорией бактериального происхождения митохондрий).Фермент Mn-SOD, вероятно, является одним из самых древних, поскольку почти все организмы, живущие в присутствии кислорода, используют его для борьбы с токсическим действием супероксида, образующегося в результате одноэлектронного восстановления двуокиси кислорода. В организме человека содержится около 12 мг марганца, который хранится в основном в костях; в тканях он в основном сосредоточен в печени и почках. В человеческом мозге марганец связан с металлопротеинами марганца, в первую очередь с глутаминсинтетазой в астроцитах.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета.Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Марганец защитник | Химия природы

Джон Эмсли смотрит на жизненно важный элемент.

Марганец является важным элементом для всех видов. Он играет ключевую роль в защите клеток от супероксидного свободного радикала O 2 — и выполняет это как фермент супероксиддисмутаза марганца (Mn-SOD), который превращает O 2 — в H 2 O 2 .Марганец также необходим для других ферментов, он участвует в метаболизме глюкозы, использовании витамина B1 и работе РНК.

Только в 1950-х годах стало понятно, что людям нужен марганец, отчасти потому, что наша потребность очень мала: средний человек содержит всего около 12 мг. Суточная доза составляет в среднем 4 мг, что более чем достаточно. Многие продукты содержат этот элемент, особенно крупы и орехи. Свекла имеет один из самых высоких уровней, как и французский деликатес — улитки.Однако слишком много марганца в виде пыли или паров может свести с ума, и шахтеры, добывающие минералы марганца, раньше страдали от симптомов «марганцевого безумия» с непроизвольным смехом или плачем, агрессией, бредом и галлюцинациями.

Сила Mn-SOD в защите живых клеток была продемонстрирована в 1950-х годах микробом Deinococcus radiodurans . Этот организм способен выжить в мясе, подвергающемся интенсивному облучению, накапливая марганец вместо железа и используя его для уничтожения разрушительного количества свободных радикалов кислорода, которые производит радиация.Таким образом, он позволяет клеточному механизму репарации ДНК продолжать функционировать и не нарушать его полностью.

Предоставлено: © RICK MORGAN / ALAMY

Марганец был известен задолго до того, как был выделен как элемент. Он представляет собой черный пиролюзит (диоксид марганца), который использовался пещерными художниками в регионе Ласко во Франции более 30 000 лет назад. Римский писатель Плиний Старший, погибший при разрушении Помпеи в 79 году нашей эры, писал о черном порошке, который стеклодувы использовали для получения кристально чистой продукции — это почти наверняка был пиролюзит, и он также использовался в качестве черного пигмента. гончары.

Марганцевые руды также свидетельствуют об изменениях в разнообразии планет на протяжении тысячелетий. Недостаток марганца в осадочных породах в период между 400 и 1800 миллионами лет назад указывал на время, когда в океанах был низкий уровень кислорода 1 .

Пиролюзит — самая распространенная марганцевая руда, из которой ежегодно добывается около 25 миллионов тонн. Если наземные месторождения когда-либо будут исчерпаны, нам придется эксплуатировать марганцевые конкреции на дне океана.По оценкам, их насчитывается около триллиона тонн (10 12 ), разбросанных по обширным территориям, особенно в северо-восточной части Тихого океана. В 1876 году парусное судно Challenger было отправлено исследовать глубокие океаны, и оно вернулось с любопытными глыбами конической формы, которые были извлечены из дна океана. Оказалось, что они состоят в основном из марганца и, похоже, образовались вокруг зубов акул, которые являются одной из немногих частей живых существ, способных выжить на дне океана.

Жизнь неразрывно связана с марганцем, и в тех частях океана, где нет железа, успех морских диатомовых водорослей зависит от этого элемента. 2 . Это притяжение микробов к марганцу однажды может стать основой альтернативного источника металла с использованием микробов для извлечения марганца из низкосортных руд, как это сейчас делается для меди и золота 3 .

Металлический марганец как таковой не используется, поскольку он слишком хрупкий, а 95% добытой руды переходит в сплавы — в основном сталь, к которой добавляется около 1% для улучшения ее прочности, рабочих свойств и износостойкости. Сплав, известный как «марганцевая сталь», содержит около 13% марганца, патент на который был выдан в 1883 году 24-летнему металлургу Роберту Хэдфилду из Шеффилда. Этот металл чрезвычайно прочен и используется для изготовления железнодорожных путей, землеройных машин, сейфов, армейских шлемов, стволов для винтовок и тюремных решеток, и до сих пор его называют сталью Гадфилда.

Соединения марганца также находят применение, например, диоксид марганца (IV) (MnO 2 ) добавляют в резину и используют в качестве промышленного катализатора, а оксид марганца (II) (MnO) входит в удобрения, применяемые для производства марганца. дефицитные почвы.Перманганат калия (KMnO 4 ) — со степенью окисления Mn (VII) — используется для удаления органических примесей из отходящих газов и сточных вод. Таким образом, характерный фиолетовый цвет перманганата калия является лишь второстепенным, хотя и красочным, аспектом элемента, который играет ключевую роль в нашей жизни и жизни планеты Земля.

История изменений

  • 03 октября 2014 г.

    В ранее опубликованной версии этой статьи In Your Element следовало указать, что некоторые отрывки в этом эссе основаны на марганцевой главе в книге автора Nature’s Building Blocks .

Информация об авторе

Принадлежность

  1. Джон Эмсли — научный писатель и автор книги «Строительные блоки природы» и других книг

    Джон Эмсли

Автор для корреспонденции

Переписка с Джон Эмсли.

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Эмсли, Дж. Марганец защитник. Nature Chem 5, 978 (2013).https://doi.org/10.1038/nchem.1783

Ссылка для скачивания

Дополнительная литература

  • Элемент 25 — Марганец

    Австралийский химический журнал (2019)

  • В твоей стихии: марганец — защитник

    Природа Химия (2014)

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Марганец

Марганец, химический элемент, относится к переходным металлам.Впервые он был признан отдельным химическим элементом в 1740 году.

Зона данных

Классификация: переходный металл
Цвет: серо-белый
Атомный вес: 54. 9380
Состояние: твердый
Температура плавления: 1250 o С, 1523 К
Температура кипения: 2060 o С, 2333 К
Электронов: 25
Протонов: 25
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 30
Электронные оболочки: 2,8,13,2
Электронная конфигурация: [Ар] 3d 5 4s 2
Плотность при 20 o C: 7.43 г / см 3
Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления, реакций,
соединений, радиусов, проводимости
Атомный объем: 7,4 см 3 / моль
Состав: сложный (куб.)
Твердость: 6,0 МОС
Удельная теплоемкость 0,48 Дж г -1 К -1
Теплота плавления 12. 91 кДж моль -1
Теплота распыления 283 кДж моль -1
Теплота испарения 219,74 кДж моль -1
1 st энергия ионизации 717,4 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации 1509 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 3248.3 кДж моль -1
Сродство к электрону–
Минимальная степень окисления -3
Мин. общее окисление нет. 0
Максимальная степень окисления 7
Макс. общее окисление нет. 2
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,55
Объем поляризуемости 9.4 Å 3
Реакция с воздухом легкая, w / ht ⇒ Mn 3 O 4 , Mn 3 N 2
Реакция с 15 M HNO 3 легкая, ⇒ Mn (NO 3 ) 2 , NO x
Реакция с 6 M HCl мягкий, ⇒ H 2 , MnCl 2
Реакция с 6 М NaOH–
Оксид (оксиды) MnO, Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , Mn 2 O 7
Гидрид (ы) Нет
Хлорид (ы) MnCl 2
Атомный радиус 140 вечера
Ионный радиус (1+ ион)–
Ионный радиус (2+ ионов) 89 вечера
Ионный радиус (3+ ионов) 75. 15:00
Ионный радиус (1-ионный)–
Ионный радиус (2-ионный)–
Ионный радиус (3-ионный)–
Теплопроводность 7,81 Вт м -1 K -1
Электропроводность 0,5 x 10 6 См -1
Температура замерзания / плавления: 1250 o С, 1523 К

Марганцевые руды: Родохрозит (карбонат марганца) слева: розовый Mn 2+ .Пиролюзит (диоксид марганца) справа: черный Mn 4+ .

Без марганца этой картины не было бы. Фактически, на нашей планете не было бы развитых форм жизни. Марганец необходим для фотосинтеза.

Двуокись марганца придает черный цвет курильщикам — горячим геотермальным источникам на дне океана. Изображение предоставлено НАСА.

Наскальные рисунки возрастом 16000 лет в Ласко, Франция. Черный цвет был создан нашими предками с использованием диоксида марганца.

Открытие марганца

Автор: Дуг Стюарт

Соединения марганца использовались с древних времен.

В первом веке нашей эры, Плиний Старший, римский автор, описал, как черный порошок (диоксид марганца) использовался для производства бесцветного стекла. (1) Он до сих пор используется с той же целью.

Первое признание существования марганца как отдельного элемента было в 1740 году, когда немецкий химик Иоганн Генрих Потт заявил, что пиролюзит (диоксид марганца) содержит новый земной металл.До этого считалось, что пиролюзит представляет собой соединение железа.

Потт получил манганат калия сплавлением едкого калия (гидроксида калия) с пиролюзитом на воздухе.

Изменения цвета, которые он наблюдал в продукте, были зелеными / синими / красными / зелеными, что свидетельствует о том, что пиролюзит не содержит железа. (2), (2.1), (3)

Подробная информация о первом выделении металлического марганца была опубликована в 1770 году Игнатиусом Готфридом Каимом в диссертации под руководством химика Якаба Йожефа Винтерла.

Работая в Вене, Каим смешал порошкообразный пиролюзит с удвоенной массой черного флюса и сильно нагрел смесь. Состав флюса Каима неизвестен, хотя, вероятно, он был основан на древесном угле. (Флюс — это восстановитель.) Если это так, реакция будет:

MnO 2 + C → Mn + CO 2

Каим описал продукт реакции как бело-голубой блестящий хрупкий металл с множеством граней различной формы. При разбивании и просмотре сбоку он заметил синие пятна.

Каим утверждал, что в его продукте не было железа, но он знал, что его марганец не был чистым.

Он предложил другим химикам найти флюс, который мог бы производить чистый металл. (4), (5)

В Швеции Карл Вильгельм Шееле — первооткрыватель хлора и один из независимых первооткрывателей кислорода — знал, что пиролюзит содержит новый элемент. Его попытки изолировать его не увенчались успехом, и он попросил своего друга Йохана Готлиба Гана попробовать.

Ган использовал метод, аналогичный тому, который Каим использовал несколько лет назад, с древесным углем в качестве восстановителя. Ган использовал паяльную трубку, чтобы повысить температуру реакции.

Металл, который он произвел, был белым, твердым и хрупким; в разбитом состоянии имел зернистую структуру. Марганец Гана также был нечистым, но теперь новый металлический элемент получил широкое признание. (2)

Название марганца связано с использованием его соединений в стекольном производстве. Эти соединения на латыни назывались «magnes», что означает «магнит». (6)

Марганец на самом деле не магнитный!

Интересные факты о марганце

  • Марганец — важный элемент фотосинтеза.Без него на Земле не было бы свободного кислорода.
  • Человеческие тела содержат крошечное количество марганца: около 10-20 мг. Если разрезать монету достоинством 10 центов на 100 равных частей, каждая из них будет весить больше, чем вес марганца у среднего человека. Несмотря на это, мы не сможем выжить без этого; марганец выполняет жизненно важные метаболические функции.
  • Людям необходимо часто добавлять марганец, потому что наш организм не может его накапливать.
  • Неандертальцы могли использовать черный диоксид марганца в качестве косметического средства 50 000 лет назад. (7), (8)

Цвета на противоположных сторонах цветового круга отменяются.

Вы когда-нибудь задумывались, как банки для напитков могут быть такими тонкими? Марганец делает алюминий жестким, поэтому для изготовления банок для безалкогольных напитков его требуется меньше.

Переходные металлы хорошо известны своими многоцветными ионами. Наблюдайте за изменением цвета по мере того, как марганец меняет степень окисления с +7 на +6 до +4.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Избыток марганца, особенно при вдыхании порошка / пыли, токсичен.Воздействие пыли марганца или оксида (ов) марганца может привести к заболеванию, называемому марганцем; симптомы напоминают симптомы болезни Паркинсона. К числу рабочих, подвергающихся особому риску воздействия, относятся горняки и сварщики.

Характеристики:

Марганец — это твердый, хрупкий металл серо-белого цвета, который можно отполировать до блеска. Он не магнитный. Металл тускнеет на воздухе и при нагревании окисляется до оксида марганца (II, III) (Mn 3 O 4 ).

Как и другие переходные металлы, марганец имеет несколько общих степеней окисления. Наиболее стабильным является +2 — бледно-розовый цвет в водных растворах. Также важен +4, коричневый / черный, который содержится в диоксиде марганца; и +7 обнаружен в пурпурном перманганат-анионе MnO 4 —. Степень окисления марганца +6 — зеленый.

Использование марганца

Более 2000 лет диоксид марганца используется для изготовления бесцветного стекла. Стекло сделано из песка (кремнезема), и большая часть песка содержит оксид железа (II), который естественным образом придает стеклу зеленый цвет. Иногда неверно утверждают, что диоксид марганца окисляет оксид железа (II) до оксида железа (III); с соответствующим изменением цвета от интенсивно-зеленого до бледно-желтого — а бледно-желтый слишком тусклый, чтобы его можно было увидеть.

На самом деле, настоящая причина обесцвечивания стекла — это дополнительные цвета. Цвета, которые находятся прямо напротив друг друга на цветовом круге (изображение: слева), нейтрализуют друг друга, оставляя бледно-серый цвет.

В стекле диоксид марганца образует силикат фиолетового цвета, который нейтрализует зеленый цвет железа (II). (9)

Диоксид марганца также используется как черно-коричневый пигмент в краске и как наполнитель в сухих батареях.

Большая часть марганцевой руды попадает в производство стали, где марганец обессеривает и раскисляет сталь.

Он также широко используется для производства различных важных сплавов. Например, алюминий, который используется для изготовления большинства банок для безалкогольных напитков, содержит около 1% марганца для повышения жесткости и коррозионной стойкости банок.

Марганцевоорганические соединения можно добавлять в бензин для увеличения его октанового числа и уменьшения детонации двигателя.

Марганец — двенадцатый элемент земной коры по распространенности и важный микроэлемент для всего живого на Земле.

В организме человека несколько марганцевых ферментов необходимы для метаболизма углеводов, холестерина и аминокислот. Обычно в нашем организме содержится около 10-20 мг марганца. Его нужно часто пополнять, потому что наш организм не может его хранить.Около четверти марганца в нашем организме находится в костях, а остальная часть равномерно распределяется по нашим тканям. (10)

Численность и изотопы

Полнота земной коры: 0,1% по весу, 360 частей на миллион по молям

Изобилие солнечной системы: 10 частей на миллион по весу, 0,2 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: 6,5 $ за 100 г

Стоимость, оптом: 0,28 доллара за 100 г

Источник: Марганец встречается в основном в виде минерального пиролюзита (MnO 2 ) и в виде родохрозита (MnCO 3 ). Марганец можно найти в марганцевых конкрециях на дне океана, но в настоящее время они коммерчески нежизнеспособны. В промышленных масштабах марганец получают путем восстановления руд с использованием алюминия. Марганец высокой чистоты получают электролизом сульфата марганца в растворе.

Изотопы: Марганец имеет 21 изотоп, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 46 до 66. Встречающийся в природе марганец состоит из одного стабильного изотопа 55 Mn.

Список литературы
  1. С.Венецкий, Металл из черного камня, Металлург, 1 июля 1966 г., том 10, выпуск 7, с423-425.
  2. Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. III. Некоторые металлы восемнадцатого века, J. ​​Chem. Образов., 1932, 9 (1), стр. 22. 2b. Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов., 1960, Шестое издание, стр. 169-173, Журнал химического образования.
  3. Леопольд Гмелин, Handbuch der Theoretischen Chemie., 1827, Vol. 1, часть 2, с. 882.
  4. Peter Joseph Macquers, Chymisches Wörterbuch oder Allgemeine Begriffe der Chymie nach Alphabetischer Ordnung, 1788, p572-573.
  5. J.C. Wiegleb, Geschichte des Wachsthums und der Erfindungen in der Chemie in der neuern Zeit, Zweyter Band von 1750–1790., 1791, p104.
  6. Саул С. Хаубен, Происхождение названий элементов, J. Chem. Образов., 1933, 10 (4), стр. 227.
  7. Винфрид Хенке, Торольф Хардт, Справочник по палеоантропологии, 2007 г., том 1, стр. 1733, Springer.
  8. BBC Report, Неандертальские «косметические» контейнеры обнаружены 9 января 2010 года.
  9. Дэвид Дингледи, Обесцвечивание стекла., J. Chem. Образов., 1965, 42 (3), с. 160.
  10. Дж. С. Гарроу, W.P.T. Джеймс, А. Ральф, Питание человека и диетология., 2000, стр. 202, Черчилль Ливингстон.
Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  марганец

или

  Факты об элементе марганца

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:

 «Марганец.

No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

➤