Mangāns (ķīmiskais elements): īpašības, pielietojums, apzīmējums, oksidācijas pakāpe, interesanti fakti

2024 Autors: Angel Austin | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 05:35

Viens no svarīgākajiem metalurģijas metāliem ir mangāns. Turklāt tas kopumā ir diezgan neparasts elements, ar kuru tiek saistīti interesanti fakti. Svarīgs dzīviem organismiem, nepieciešams daudzu sakausējumu, ķīmisko vielu ražošanā. Mangāns ir ķīmiskais elements, kura fotoattēlu var redzēt zemāk. Šajā rakstā mēs aplūkosim tā īpašības un īpašības.

Ķīmiskajam elementam raksturīgs

Ja runājam par mangānu kā periodiskas sistēmas elementu, tad vispirms jāraksturo tā atrašanās vieta tajā.

1. Atrodas ceturtajā galvenajā periodā, septītajā grupā, sekundārajā apakšgrupā.
2. Kārtas skaitlis - 25. Mangāns ir ķīmisks elements, kura atomu kodolu lādiņš ir +25. Elektronu skaits ir vienāds, neitronu - 30.
3. Atommasas vērtība ir 54, 938.
4. Ķīmiskā elementa mangāna apzīmējums - Mn.
5. Nosaukums latīņu valodā - mangāns.

Atrodas starp hromu un dzelzi, kas izskaidro tā līdzību ar tiem fizikālās un ķīmiskās īpašības.

Mangāns - ķīmiskais elements: pārejas metāls

Ja ņemam vērā reducēta atoma elektronisko konfigurāciju, tad tā formula izskatīsies šādi: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Kļūst acīmredzams, ka elements, kuru mēs apsveram, ir pārejas metāls no d-ģimenes. Pieci elektroni 3d apakšlīmenī norāda uz atoma stabilitāti, kas izpaužas tā ķīmiskajās īpašībās.

Kā metāls, mangāns ir reducētājs, taču lielākajai daļai tā savienojumu ir diezgan spēcīgas oksidēšanas spējas. Tas ir saistīts ar dažādiem oksidācijas stāvokļiem un valences, kas šim elementam piemīt. Tā ir visu šīs saimes metālu īpatnība.

Tādējādi mangāns ir ķīmisks elements, kas atrodas starp citiem atomiem un kam ir savas īpašās īpašības. Apsvērsim šīs īpašības sīkāk.

Mangāns ir ķīmisks elements. Oksidācijas stāvoklis

Mēs jau esam devuši atoma elektronisko formulu. Pēc viņas teiktā, šis elements spēj uzrādīt vairākus pozitīvus oksidācijas stāvokļus. Tas ir:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Atoma valence ir IV. Visstabilākie ir tie savienojumi, kuros mangānam ir vērtības +2, +4, +6. Augstākā oksidācijas pakāpe ļauj savienojumiem darboties kā spēcīgākajiem oksidētājiem. Piemēram: KMnO₄, Mn₂O₇.

Savienojumi ar +2 ir reducētāji, mangāna (II) hidroksīdam ir amfoteriskas īpašības, pārsvarā ir bāziskās īpašības. Vidēji oksidācijas stāvokļi veido amfotēriskus savienojumus.

Atklājumu vēsture

Mangāns ir ķīmisks elements, kuru atklāja nevis uzreiz, bet gan pakāpeniski un dažādi zinātnieki. Tomēr tā savienojumus cilvēki ir izmantojuši kopš seniem laikiem. Stikla kausēšanai izmantoja mangāna (IV) oksīdu. Kāds itālis norādīja, ka, pievienojot šo savienojumu ķīmiskajā briļļu ražošanā, to krāsa kļūst purpursarkana. Līdztekus tam šī pati viela palīdz novērst miglainību krāsainajās brillēs.

Vēlāk Austrijā zinātniekam Kaimam izdevās iegūt metāliskā mangāna gabalu, pakļaujot pirolzītu (mangāna (IV) oksīdu), potašu un ogles augstām temperatūrām. Tomēr šajā paraugā bija daudz piemaisījumu, kurus viņš nevarēja novērst, tāpēc atklājums nenotika.

Pat vēlāk cits zinātnieks arī sintezēja maisījumu, kurā ievērojama daļa bija tīrs metāls. Tas bija Bergmans, kurš iepriekš bija atklājis elementu niķelis. Tomēr viņam nebija lemts pabeigt darbu.

Mangāns ir ķīmisks elements, ko pirmo reizi vienkāršas vielas veidā ieguva un izdalīja Kārlis Šēle 1774. gadā. Taču viņš to izdarīja kopā ar I. Ganu, kura pabeidza metāla gabala kausēšanas procesu. Bet pat viņiem neizdevās pilnībā atbrīvot to no piemaisījumiem un iegūt 100% produkta ražu.

Tomēr šis laiks ir kļuvisšī atoma atklāšana. Tie paši zinātnieki mēģināja dot vārdu kā atklājēji. Viņi izvēlējās terminu mangāns. Tomēr pēc magnija atklāšanas sākās apjukums, un mangāna nosaukums tika nomainīts uz mūsdienu nosaukumu (H. David, 1908).

Tā kā mangāns ir ķīmisks elements, kura īpašības ir ļoti vērtīgas daudziem metalurģijas procesiem, laika gaitā radās nepieciešamība atrast veidu, kā to iegūt tīrākā veidā. Šo problēmu atrisināja zinātnieki visā pasaulē, taču to izdevās atrisināt tikai 1919. gadā, pateicoties padomju ķīmiķa R. Agladzes darbam. Tieši viņš atrada metodi, ar kuras palīdzību elektrolīzes ceļā no mangāna sulfātiem un hlorīdiem ir iespējams iegūt tīru metālu ar vielas saturu 99,98%. Tagad šī metode tiek izmantota visā pasaulē.

Būt dabā

Mangāns ir ķīmisks elements, kura vienkāršas vielas fotoattēlu var redzēt zemāk. Dabā ir daudz šī atoma izotopu, kuros neitronu skaits ir ļoti atšķirīgs. Tādējādi masas skaitļi svārstās no 44 līdz 69. Tomēr vienīgais stabilais izotops ir elements ar vērtību ⁵⁵Mn, visiem pārējiem ir vai nu nenozīmīgi īss pussabrukšanas periods, vai arī tie pastāv pārāk mazs daudzums.

Tā kā mangāns ir ķīmisks elements, kura oksidācijas pakāpe ir ļoti atšķirīga, tas arī dabā veido daudzus savienojumus. Tīrā veidā šis elements vispār nenotiek. Minerālos un rūdās tā pastāvīgais kaimiņš ir dzelzs. Kopumā var identificēt vairākus svarīgākos iežus, tostarp mangānu.

1. Pirolīts. Saliktā formula: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelāns, MnO2mMnOnH2O molekula.
3. Manganīts, formula MnOOH.
4. Brūnīts ir retāks nekā pārējais. Formula Mn₂O₃.
5. Gausmanīts, formula MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. Mangāna karbonāta rūdas.
8. Aveņu spars vai rodohrozīts - MnCO₃.
9. Purpurīts - Mn₃PO₄.

Papildus tam varat norādīt vēl dažus minerālus, kas ietver arī attiecīgo elementu. Tas ir:

• kalcīts;
• siderite;
• māla minerāli;
• halcedons;
• opāls;
• smilšu un dūņu savienojumi.

Papildus akmeņiem un nogulumiežiem, minerāliem, mangāns ir ķīmisks elements, kas ir daļa no šādiem objektiem:

1. Augu organismi. Lielākie šī elementa akumulatori ir: ūdenskastaņa, pīles, kramaļģes.
2. Rūsēņu sēnes.
3. Daži baktēriju veidi.
4. Sekojošie dzīvnieki: sarkanās skudras, vēžveidīgie, mīkstmieši.
5. Cilvēki - ikdienas nepieciešamība ir aptuveni 3–5 mg.
6. Okeānu ūdeņi satur 0,3% šī elementa.
7. Kopējais saturs zemes garozā 0,1% pēc masas.

Kopumā tas ir 14. vietā visbiežāk sastopamais elements uz mūsu planētas. Starp smagajiem metāliem tas ir otrais pēcdzelzs.

Fizikālās īpašības

No mangāna kā vienkāršas vielas īpašību viedokļa tam var izdalīt vairākas fizikālās pamatīpašības.

1. Vienkāršas vielas veidā tas ir diezgan ciets metāls (pēc Mosa skalas rādītājs ir 4). Krāsa - sudrabaini b alta, gaisā pārklāta ar aizsargājošu oksīda plēvi, spīdīga griezumā.
2. Kušanas temperatūra ir 1246⁰C.
3. Vāra - 2061⁰C.
4. Vadītāja īpašības ir labas, tas ir paramagnētisks.
5. Metāla blīvums ir 7,44 g/cm³.
6. Pastāv četru polimorfu modifikāciju veidā (α, β, γ, σ), kas atšķiras ar kristāliskā režģa struktūru un formu un atomu blīvuma blīvumu. Arī to kušanas temperatūra ir atšķirīga.

Metalurģijā izmanto trīs galvenās mangāna formas: β, γ, σ. Alfa ir retāka, jo tā ir pārāk trausla pēc savām īpašībām.

Ķīmiskās īpašības

No ķīmijas viedokļa mangāns ir ķīmisks elements, kura jonu lādiņš ļoti svārstās no +2 līdz +7. Tas atstāj pēdas viņa darbībā. Brīvā veidā gaisā mangāns ļoti vāji reaģē ar ūdeni un izšķīst atšķaidītās skābēs. Taču, tiklīdz temperatūra tiek paaugstināta, metāla aktivitāte krasi palielinās.

Tātad viņš var mijiedarboties ar:

• slāpeklis;
• ogleklis;
• halogēni;
• silīcijs;
• fosfors;
• sērs un citi nemetāli.

Sildot bez gaisa, metāls viegli pāriet tvaika stāvoklī. Atkarībā no mangāna oksidācijas pakāpes tā savienojumi var būt gan reducētāji, gan oksidētāji. Dažiem ir amfoteriskas īpašības. Tātad galvenie ir raksturīgi savienojumiem, kuros tas ir +2. Amfoterisks - +4 un skābs un spēcīgi oksidējošs visaugstākajā vērtībā +7.

Neskatoties uz to, ka mangāns ir pārejas metāls, tam ir maz sarežģītu savienojumu. Tas ir saistīts ar stabilu atoma elektronisko konfigurāciju, jo tā 3d apakšlīmenī ir 5 elektroni.

Iegūšanas metodes

Ir trīs galvenie veidi, kā rūpniecībā iegūst mangānu (ķīmisko elementu). Tā kā nosaukums ir lasīts latīņu valodā, mēs jau esam norādījuši - manganum. Ja jūs to pārtulkosiet krieviski, tad tas būs "jā, es tiešām precizēju, es izkrāsoju". Mangāns ir parādā savu nosaukumu acīmredzamajām īpašībām, kas zināmas kopš senatnes.

Tomēr, neskatoties uz slavu, viņiem izdevās iegūt to tīrā veidā lietošanai tikai 1919. gadā. To veic, izmantojot šādas metodes.

1. Elektrolīze, produkta iznākums ir 99,98%. Tādā veidā mangānu iegūst ķīmiskajā rūpniecībā.
2. Silikotermiskā jeb silīcija samazināšana. Ar šo metodi silīcijs un mangāna (IV) oksīds tiek sakausēti, kā rezultātā veidojas tīrs metāls. Iznākums ir aptuveni 68%, jo blakusparādība ir mangāna un silīcija kombinācija, veidojot silicīdu. Themetodi izmanto metalurģijas rūpniecībā.
3. Aluminotermiskā metode - restaurācija ar alumīniju. Nedod arī pārāk augstu produkta iznākumu, mangāns veidojas piesārņots ar piemaisījumiem.

Šī metāla ražošana ir svarīga daudziem procesiem, ko veic metalurģijā. Pat neliela mangāna pievienošana var ievērojami ietekmēt sakausējumu īpašības. Ir pierādīts, ka tajā izšķīst daudzi metāli, aizpildot tā kristālisko režģi.

Šī elementa ieguves un ražošanas ziņā Krievija ieņem pirmo vietu pasaulē. Šis process tiek veikts arī tādās valstīs kā:

• Ķīna.
• Dienvidāfrika.
• Kazahstāna.
• Gruzija.
• Ukraina.

Rūpnieciskai lietošanai

Mangāns ir ķīmisks elements, kura izmantošana ir svarīga ne tikai metalurģijā. bet arī citās jomās. Papildus metālam tīrā veidā liela nozīme ir arī dažādiem šī atoma savienojumiem. Norādīsim galvenos.

1. Ir vairāki sakausējumu veidi, kuriem, pateicoties mangānam, ir unikālas īpašības. Piemēram, Hadfīldas tērauds ir tik izturīgs un nodilumizturīgs, ka to izmanto ekskavatoru, akmens apstrādes iekārtu, drupinātāju, lodīšu dzirnavu un bruņu detaļu kausēšanai.
2. Mangāna dioksīds ir obligāts galvanizācijas oksidējošais elements, to izmanto depolarizatoru radīšanai.
3. Bioloģiskās īstenošanai nepieciešami mangāna savienojumidažādu vielu sintēzes.
4. Kālija permanganātu (jeb kālija permanganātu) medicīnā izmanto kā spēcīgu dezinfekcijas līdzekli.
5. Šis elements ir daļa no bronzas, misiņa, veido savu sakausējumu ar varu, ko izmanto lidmašīnu turbīnu, lāpstiņu un citu detaļu izgatavošanai.

Bioloģiskā loma

Ikdienas mangāna nepieciešamība cilvēkam ir 3-5 mg. Šī elementa trūkums izraisa nervu sistēmas nomākšanu, miega traucējumus un trauksmi, reiboni. Tās loma vēl nav pilnībā izpētīta, taču ir skaidrs, ka, pirmkārt, tā ietekmē:

• izaugsme;
• gonādu darbība;
• hormonu darbs;
• asins veidošanās.

Šis elements ir sastopams visos augos, dzīvniekos, cilvēkos, kas apliecina tā svarīgo bioloģisko lomu.

Interesanti informācija par preci

Mangāns ir ķīmisks elements, par kuru interesanti fakti var pārsteigt ikvienu cilvēku, kā arī likt saprast, cik tas ir svarīgi. Šeit ir visvienkāršākie no tiem, kas ir atraduši savu zīmi šī metāla vēsturē.

1. PSRS pilsoņu kara grūtajos laikos viena no pirmajām eksporta precēm bija rūda, kas saturēja lielu daudzumu mangāna.
2. Ja mangāna dioksīdu sakausē ar kālija hidroksīdu un salpetru un pēc tam produktu izšķīdina ūdenī, sāksies pārsteidzošas pārvērtības. Šķīdums vispirms kļūs zaļš, pēc tam krāsa mainīsies uz zilu.pēc - violeta. Beidzot tas kļūs sārtināts un pamazām izkritīs brūnas nogulsnes. Ja maisījumu sakrata, tad atkal atjaunosies zaļā krāsa un viss atkārtosies. Tieši tāpēc kālija permanganāts ieguva savu nosaukumu, kas tulkojumā nozīmē "minerāls hameleons".
3. Ja zemē iesmērē mangānu saturošus mēslošanas līdzekļus, tad pieaugs augu produktivitāte un palielināsies fotosintēzes ātrums. Ziemas kvieši labāk veidos graudus.
4. Lielākais mangāna minerāla rodonīta bloks svēra 47 tonnas un tika atrasts Urālos.
5. Ir trīskāršs sakausējums, ko sauc par manganīnu. Tas sastāv no tādiem elementiem kā varš, mangāns un niķelis. Tā unikalitāte ir tā, ka tai ir augsta elektriskā pretestība, kas nav atkarīga no temperatūras, bet ko ietekmē spiediens.

Protams, tas vēl nav viss, kas sakāms par šo metālu. Mangāns ir ķīmisks elements, par kuru interesanti fakti ir diezgan dažādi. It īpaši, ja runājam par īpašībām, ko viņš piešķir dažādiem sakausējumiem.