Марганец и его соединения

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ

ВГСХА

КАФЕДРА ХИМИИ

Реферат на тему:

Выполнил: студент первого курса

инженерного факультета

15 б группы

Кошманов В.В.

Проверил: Харченко Н.Т.

Великие Луки 1998г.

Содержание:

Историческая справка. 3

Распространение в природе. 3

Физические и химические свойства. 3

Соединения двухвалентного марганца. 4

Соединения четырёхвалентного марганца. 4

Соединения шестивалентного марганца. 5

Соединения семивалентного марганца. 5

Получение. 6

Применение марганца и его соединений. 6

Литература. 7

Историческая справка.

Минералы Марганца известны издавна. Древнеримский натуралист Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали для обесцвечивания жидкой стеклянной массы; речь шла о минерале пиролюзите MnO₂. В Грузии пиролюзит с древнейших времён служил присадочным материалом при получении железа. Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного железняка. В 1774 году К.Шелле доказал, что это соединение неизвестного металла, а другой шведский учёный Ю.Гаи, сильно нагревая смесь пиролюзита с углём, получил Марганец загрязнённый углеродом. Название Марганец традиционно происходит от немецкого Marganerz-марганцевая руда.

Распространение в природе.

Среднее Содержание Марганца в земной коре 0.1%, в большинстве изверженных пород 0.06-0.2% по массе, где он находится в рассеянном состоянии в форме Mn2+ (аналог Fe²⁺). На земной поверхности Mn²⁺ легко окисляется, здесь известны также минералы Mn³⁺ и Mn⁴⁺. В биосфере Марганец энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительных условиях. Наиболее подвижен Марганец в кислых водах тундры и лесных ландшафтах, где он находится в форме Mn²⁺. Содержание Марганца здесь часто повышенно и культурные растения местами страдают от избытка Марганца; в почвах, озёрах, болотах образуются железно марганцовые конкуренции, озёрные и болотные руды. В сухих степях и пустынях в условиях щелочной окислительной среды Марганец малоподвижен. Организмы бедны Марганцем, культурные растения часто нуждаются в марганцовых микро удобрениях. Речные воды бедны Марганцем (10^-6-10^-5г/л.), однако суммарный вынос этого элемента огромен, причём основная его масса осаждается в прибрежной зоне.

Физические и химические свойства.

В чистом виде марганец получают либо электролизом раствора сульфата марганца (II), либо восстановлением из оксидов кремнием в электрических печках. Элементарный Марганец представляет собой серебристо-белый твердый, но хрупкий металл. Его хрупкость объясняется тем, что при нормальных температурах в элементарную ячейку Mn входит 58 атомов в сложной ажурной структуре, не относящейся к числу плотноупакованных. Плотность Марганца 7.44 г/см³, температура плавления 1244^оС, температура кипения 2150^оС. В реакциях проявляет валентность от 2 до 7, наиболее устойчивые степени окисления +2,+4,+7.

Соединения двухвалентного марганца.

Соли двухвалентного марганца можно получить при растворении в разбавленных кислотах:

Mn+2HCl MnCl₂+H2

При растворении в воде образуется гидроксид Mn(II):

Mn+2HOH Mn(OH)₂+H₂

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

MnSO₄+2NaOH Mn(OH)₂ +NaSO₄

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

2Mn(OH)₂+O₂ MnO(OH)₂

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

Mn(OH)₂+2HCl MnCl₂+2H₂O

Оксид марганца может быть получен при разложении карбоната марганца:

MnCO₃ MnO+CO₂

Либо при восстановлении диоксида марганца водородом:

MnO₂+H₂ MnO+H₂O

Соединения четырёхвалентного марганца.

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

Mn(NO₃)₂ MnO₂+2NO₂

Так и при восстановлении соединений марганца в щелочной среде:

3K₂MnO₄+2H₂O 2KMnO₄+MnO₂+4KOH

Последняя реакция является примером реакции самоокисления - самовосстановления, для которых характерно то, что часть атомов одного и того же элемента окисляется, восстанавливая одновременно оставшиеся атомы того же элемента:

Mn⁶⁺+2e=Mn⁴⁺ 1

Mn⁶⁺-e=Mn⁷⁺ 2

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

MnO₂+4HCl MnCl₂+Cl₂+2H₂O

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

Соединения шестивалентного марганца.

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

MnO₂+2KOH+KNO₃ K₂MnO₂+KNO₂+H₂O

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

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

Сильные окислители переводят марганец шестивалентный в семивалентный.

2K₂MnO₄+Cl2₂ 2KMnO₄+2KCl

Соединения семивалентного марганца.

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

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

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

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

4HMnO₄ 4MnO+3O₂ +2H₂O

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

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

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

2KMnO₄ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Этой реакцией в лаборатории иногда пользуются для получения кислорода.

Получение.

Наиболее чистый марганец получают в промышленности, по способу советского электрохимика Р. И. Агладзе (1939), электролизом водных растворов MnSO₄ с добавкой (NH₄)₂SO₄ при pH = 8.0 - 8.5. Процесс ведут с анодами из свинца и катодами из титанового сплава АТ-3 или нержавеющей стали. Чешуйки марганца снимают с катодов и если надо переплавляют.

Менее чистый марганец получают алюминотермией, а также электротермией.

Добыча марганцевой руды в СССР.

Применение марганца и его соединений.

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

Диоксид марганца используют в качестве катализатора в процессах окисления аммиака, органических реакциях и реакциях разложения неорганических солей. В керамической промышленности MnO₂ используют для окрашивания эмалей и глазурей в черный и тёмно-коричневый цвет. Высокодисперсный MnO₂ обладает хорошей адсорбирующей способностью и применяется для очистки воздуха от вредных примесей.

Перманганат калия применяют для отбеливания льна и шерсти, обесцвечивания технологических растворов, как окислитель органических веществ.

В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия применяют как антисептическое средство в виде водного раствора, для промывания ран, полоскания горла, смазывания язв и ожогов. Раствор KMnO₄ применяют и внутрь при некоторых случаях отравления алкалоидами и цианидами. Марганец является одним из активнейших микроэлементов и встречается почти во всех растительных и живых организмах. Он улучшает процессы кроветворения в организмах.

Не стоит забывать, что соединения марганца могут оказывать токсичное действие на организм человека. Предельно допустимая концентрация марганца в воздухе 0.3 мг/м³. При выраженном отравлении наблюдается поражение нервной системы с характерным синдромом марганцевого парксинсонизма.

Список литературы:

1. Большая советская энциклопедия.

2. Ю.М.Шилов, Ю.И.Смушкевич, П.М.Чукуров, М.И.Тарасенко, "Общая химия", М.,1983г.