Съдържанието на статията
МАНГАН– химичен елемент от 7-ма група на периодичната система, атомен номер 25, атомна маса 54.938. Манганът се намира в четвъртия период между хрома и желязото; тя е постоянен спътник на последния в природата. Има само един стабилен изотоп, 55 Mn. Естественият манган се състои изцяло от изотопа 55 Mn. Установено е, че нестабилни ядра с масови числа 51, 52, 54 и 57 се получават чрез бомбардиране на съседни (по период) елементи с дейтрони, неутрони, протони, алфа-частици или фотони. Например, радиоактивният изотоп 57 Mn е изолиран чрез химическо отделяне от продуктите на бомбардировката и неговият полуживот е 1,7 ± 0,1 минути.
Манганът, според номера на групата, проявява максимална степен на окисление +7, но може да съществува и във всички по-ниски степени на окисление от 0 до +7. Най-важните от тях са две, четири и седем.
Някои манганови съединения са известни от древни времена. Мангановият диоксид (пиролузит) се смяташе за вид магнитна желязна руда (магнезии) и се използваше като "стъкларски сапун" поради способността му да обезцветява съдържащите желязо стъкла. Това свойство на пиролузита е открито много отдавна и в древните ръкописи минералът може да бъде идентифициран не толкова по многобройните и различни имена, колкото по тази индивидуална характеристика. Древният римски историк Плиний Стари, който почина при изригването на Везувий, нарече черния немагнитен пиролузит „женски магнит“ за разлика от кафявата магнитна желязна руда. През Средновековието майсторите на стъкло вече правят разлика между магнезиев лапис - магнитна желязна руда и псевдомагнит (фалшив магнит) - пиролузит. Името пиролузит е дадено за първи път на този минерал от W. Heidenger през 1826 г., който го основава на употребата му в производството на стъкло: от гръцкото pur – огън и luen – за измиване. Има подобни аргументи в описанието на този минерал от Роджър дьо Л'Ил, който го нарича le savon des verriers или sapo vitriorum (стъкларски сапун).Всъщност, както беше споменато по-горе, минералът е описан много по-рано от Плиний под името magnesius lapis и алхимикът Василий Валентин, наречен Браунщайн, който го е нарекъл така, защото този минерал (в повечето случаи черно-сив на цвят) дава кафява глазура върху глинени продукти.Интересна е историята на произхода на името на минерала - magnesius lapis, от което произлиза съвременното име на елемента.Въпреки че пиролузитът е немагнитен, което Плиний също признава, той се съгласява да го счита за lapis magnesius поради външното му сходство, обяснявайки разликата му от други минерали, привлечени от желязото с разликата в пола: фероманган magnesius lapis е от женски род и следователно, според древните, е по-привлекателен, също така обяснява употребата на думата magnes, свързвайки я с името на овчаря Magnes, който забелязал, че ноктите на обувките му и железен връх на пръчка бяха привлечени от земята на мястото, където беше открита магнитна желязна руда. Възможно е обаче това име да се дължи на факта, че една от разновидностите на lapis magnes, която има бял цвят, е открита в Азия на територията, наречена Магнезия. Според друга хипотеза, изложена от L. Delatre, се приема, че терминът дължи произхода си на гръцката дума magganon - илюзия; това е свързано с крехкото и нестабилно поведение на метала, получен от руда и подобен на външен вид на желязната руда. Delattre също предполага, че терминът е свързан с района на Мангана в Източна Индия. Терминът манган се среща най-често в трудовете на Албертус Магнус (1193–1280). В по-късни материали терминът е донякъде модифициран: вместо „магнезий“ (магнезия) - „манган“ (манган). Едва през 1774 г. големият шведски химик Карл Вилхелм Шееле открива, че мангановата руда и нейният концентрат съдържат неизвестен преди това метал. В известното си изследване на свойствата на пиролузита, представено на Стокхолмската академия на науките, той все пак съобщава за откриването на друг нов елемент, хлор. Въпреки че Шееле открива този метал, той не успява да го изолира в чиста форма. През същата година Юхан Ган получава метално зърно (braunsteinmetall) чрез калциниране на смес от пиролузит и въглища. Хан навива манганов оксид на топки, нагрява ги в тигел, облицован с въглен, и по този начин получава голям брой малки метални топчета, представляващи една трета от теглото на използвания минерал. Смята се също, че именно Хан е предложил името манган за новото вещество, но дълго време полученият метал продължава да се нарича по същия начин като рудата - браунщайн. Терминът манган става универсален едва в началото на 19 век. Наричаше се манган. По-късно този метал е преименуван на манганий, за да се избегне объркване с магнезия, който е открит по същото време. В Русия през първата половина на 19 век. Използвано е наименованието манган, а по-късно се среща и друго име – манган, свързано с производството на лилав емайл.
Манганът се намира на всички континенти в много кристални скали, в които той, подобно на желязото, се разтваря и отново се освобождава под формата на оксиди, карбонати, хидроксиди, волфрамати, силикати, сулфати и други съединения. След желязото, манганът е най-често срещаният от тежките метали и петнадесети сред всички елементи на периодичната таблица. Съдържанието му в земната кора е 0,1% от масата или 0,03% от общия брой атоми. Депозитите на манганови руди са разпространени почти навсякъде, но най-големите от тях се намират на територията на бившия СССР - единствената страна в света производител на манган, която задоволява огромните си нужди от концентрат със собствени вътрешни ресурси. Най-значимите находища се срещат в две основни зони: близо до Чиатури (Грузия) и близо до Никопол, на Днепър. През 1913 г. царска Русия доставя 52% от световния износ на манган, около 76% от който (милиона тона) се добива в Чиатури. Депозитът в Чиатура служи като източник на чуждестранна валута през 20-те години на миналия век. След революцията мината е възстановена през 1923 г. и оттогава десетки чужди кораби, изнасящи руда, се събират на кейовете на Поти. С разпадането на Съветския съюз основните находища остават извън Русия - в Украйна, Казахстан и Грузия. Количеството манганова руда, внесена в Русия, сега възлиза на 1,6 милиона тона по отношение на продаваемата манганова руда.Нуждите на руската промишленост днес се оценяват на 6,0 милиона тона манганова руда (или 1,7-1,8 милиона) т. концентрат). Големи находища на манганова руда имат Китай, Индия, Гана, Бразилия, Южна Африка, Габон, Мароко, САЩ, Австралия, Италия, Австрия. Общото световно производство на манган е 20-25 милиона тона годишно по отношение на метал. На Земята има много минерали, съдържащи манган, най-важните са пиролузит (хидратиран манганов диоксид, MnO 2), браунит (Mn 2 O 3), манганит (MnOOH), родохрозит (MnCO 3). Колоните, поддържащи арките на метростанция Маяковская в Москва, са украсени с тънка рамка от розов минерал - родонит (манганов метасиликат). Гъвкавостта и деликатният цвят правят този камък прекрасен облицовъчен материал. Изделия от родонит се съхраняват в Държавния Ермитаж и много други музеи в Русия. Големи находища на този минерал се намират в Урал, където някога е намерен блок от родонит с тегло четиридесет и седем тона. Уралското находище на родонит е най-голямото в света.
Огромно количество манганови минерали е концентрирано на дъното на Световния океан. Само в Тихия океан ресурсите на този елемент достигат, според различни оценки, от няколко десетки до няколкостотин милиарда тона. Желязо-мангановите възли (така се наричат отлаганията на тези два елемента на дъното на океана) се причиняват от постоянното окисляване (поради разтворения във вода кислород) на разтворими съединения на двувалентен манган. През 1876 г. британският тримачтов ветроход Challenger, завръщайки се от научна експедиция, донесе проби от „манганови пъпки“. Последвалите експедиции показаха, че огромно количество желязо-манганови възли е концентрирано на дъното на Световния океан. До средата на ХХ век те не привличаха много внимание и едва тогава, когато някои „сушени“ находища бяха под заплаха от изчерпване, те започнаха да се считат за истински източници на манганов концентрат. Съдържанието на манган в такава „подводна“ руда понякога достига 50%. По своята форма възлите приличат на картофени възли и имат цвят от кафяв до черен в зависимост от това кой елемент преобладава в тях - желязо или манган. Размерите на повечето от тези образувания варират от милиметър до няколко десетки сантиметра, но се срещат и океански образувания с по-големи размери. Океанографският институт Скрипс (САЩ) съхранява възел с тегло 57 килограма, открит близо до Хавайските острови в Тихия океан. Най-големите експонати тежат около тон.
Метален манган.В Русия манганът започва да се топи през първата четвърт на 19 век. под формата на сплав с желязо - фероманган. Външно чистият манган е подобен на желязото, но се различава от него по това, че е по-твърд и чуплив. Това е сребристо-бял метал, който придобива сив цвят от примес на въглерод. Плътността на мангана - 7200 kg / m 3 - е близка до плътността на желязото, но неговата точка на топене е значително по-ниска от тази на желязото и е 1247 ° C. Манганът в блокове в сух въздух е покрит със слой от оксид , който предпазва от по-нататъшно окисляване; Във влажен въздух окислението се извършва в обем. Във фино смляно състояние манганът лесно се окислява и при определени условия става пирофорен (самозапалващ се на въздух). Като цяло, реактивоспособността на металния манган зависи значително от неговата чистота. Така 99,9% манган практически не взаимодейства с вода и реагира бавно с водна пара, докато металът, замърсен с примеси от въглерод, кислород или азот, бавно реагира с вода вече при стайна температура и бързо с гореща вода:
Mn + 2H 2 O = Mn(OH) 2 + H 2.
Манганът лесно се разтваря в разредени киселини, но се пасивира от студена концентрирана H2SO4:
Mn + H 2 SO 4 (разреден) = MnSO 4 + H 2.
Манганът реагира с хлор, бром и йод, за да образува дихалогениди:
Mn + Hal 2 = MnHal 2, където Hal = Cl, Br, I.
При повишени температури манганът реагира и с азот, въглерод, бор, фосфор и силиций. Например, при температура от 1200 ° C, манганът изгаря в азот:
3Mn + N 2 = Mn 3 N 2 (с примес на Mn 5 N 2).
Металният манган има четири модификации: a-Mn (at TТ = 1100° C), d-Mn (ат T> 1137°C). Единичната клетка на алфа-мангановата кристална решетка съдържа 58 атома, следователно, според образния израз на забележителния кристалохимик, професор от Московския университет Г. Б. Бокий, тази модификация е „велико чудо на природата“.
Има няколко промишлени метода за производство на метален манган.
Редукция с въглища или алуминий в MgO или CaO тигели в електрически пещи. Процесът служи главно за получаване на фероманган чрез редуциране на смес от железни и манганови оксиди при 1000–1100° C:
3Mn 3 O 4 + 8Al = 9Mn + 4Al 2 O 3.
По същия начин металният манган може да се получи в лабораторията чрез запалване на смес от манганов оксид и алуминиев прах с помощта на магнезиева лента
Редукцията на безводни манганови (II) халиди с натрий, магнезий или водород се използва за получаване на манганови кристали.
Най-чистият манган (99,98%) се получава чрез електролиза на разтвори на MnSO 4 в присъствието на (NH 4) 2 SO 4 при рН 8-8,5, докато гама-формата на метала се освобождава по време на процеса на електролиза. За пречистване на манган от газови примеси се използва двойна дестилация във висок вакуум, последвано от претопяване в аргон и втвърдяване. Южна Африка е на първо място в света по производство и износ на метален манган (99,9% чистота). До края на 20в. обемът на топене в тази страна възлиза на 35 хиляди тона годишно, т.е. приблизително 42% от общото световно производство. На световния пазар цената на металния манган варира от 1500 до 3000 щатски долара за тон в зависимост от чистотата на метала.
Манганови съединения.
Манганът образува огромен брой различни съединения, в които се съдържа в различни степени на окисление от 0 до +7, но практически интерес представляват веществата, в които манганът е дву-, четири- и седемвалентен.
Манганов оксид(II) – прах от сиво-зелен до тревисто-зелен цвят. Получава се или чрез калциниране на манганов (II) карбонат в атмосфера на инертен газ, или чрез частична редукция на MnO 2 с водород. Във фино смляно състояние лесно се окислява. В природата понякога се среща под формата на минерала манганозит.Той е катализатор за някои промишлено важни реакции на дехидрогениране на органични съединения.
Манганов хлорид(II) – в безводно състояние изглежда като светлорозови листа и се получава чрез третиране на манган, неговия оксид или карбонат със сух хлороводород:
MnCO3 + 2HCl = MnCl2 + CO2 + H2O.
Манганов (II) хлорид тетрахидрат може удобно да се получи чрез разтваряне на манганов (II) карбонат в солна киселина и изпаряване на получения разтвор. Безводният MnCl2 е много хигроскопичен.
Манганов сулфат(II) - в безводно състояние, практически безцветен прах, горчив на вкус и получен чрез дехидратация на съответните кристални хидрати (MnSO 4 · nH 2 O, където n = 1,4,5,7). Мангановият сулфат хептахидрат понякога се среща в природата като минерал милардит и е стабилен при температури под 9° C. При стайна температура MnSO 4 ·5H 2 O, наречен манганов сулфат, е стабилен. В промишлеността мангановият сулфат се получава чрез разтваряне на пиролузит в гореща концентрирана сярна киселина:
2MnO 2 + 2H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + O 2 + 2H 2 O.
или чрез калциниране на MnO 2 с безводен FeSO 4:
4MnO 2 + 4FeSO 4 = 4MnSO 4 + 2Fe 2 O 3 + O 2.
Солите на двувалентния манган имат каталитичен ефект върху протичането на някои окислителни процеси, особено тези, протичащи под въздействието на атмосферния кислород; това е основата за използването им като сушители - вещества, които, разтворени в ленено масло, ускоряват окисляването му с атмосферни кислород и по този начин допринасят за по-бързото изсъхване. Лененото масло, съдържащо изсушаващ агент, се нарича изсушаващо масло. Някои органични манганови соли се използват като изсушители.
От съединенията на манган (IV) най-важен е мангановият диоксид, който е най-важният минерал на мангана. Има няколко форми на естествен манганов диоксид: пиролузит, рамсделит, псиломелан и криптомелан.
Мангановият диоксид може да се получи в лабораторията чрез калциниране на Mn(NO 3) 2 във въздух:
Mn(NO 3) 2 = MnO 2 + 2NO 2;
окисляване на манганови (II) съединения в алкална среда с хлор, натриев хипохлорит:
Mn(OH) 2 + Cl 2 + 2KOH = MnO 2 + 2KCl + 2H 2 O
Mn(OH) 2 + NaOCl = MnO 2 + NaCl + H 2 O.
Мангановият диоксид е черен прах с амфотерна природа, проявяващ както окислителни, така и редуциращи свойства:
MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
MnO 2 + Cl 2 + 4KOH = K 2 MnO 4 + 2KCl + 2H 2 O.
Мангановият диоксид, въведен в състава на стъклото, унищожава зеления цвят, причинен от железния силикат, и придава на стъклото розов цвят (или черен, ако се добави много MnO 2 ). Финият прах от манганов диоксид има адсорбиращи свойства: абсорбира хлор, бариеви соли, радий и някои други метали.
Въпреки огромното значение на пиролузита, в ежедневието е много по-често срещано вещество, в което манганът е полувалентен - калиев перманганат („калиев перманганат“), който стана широко разпространен поради своите изразени антисептични свойства. Сега калиевият перманганат се получава чрез електролитно окисляване на разтвори на калиев манганат (VI). Това съединение изглежда като лилаво-червени кристали, стабилни на въздух и умерено разтворими във вода. Водните му разтвори обаче се разлагат бързо на светло и бавно на тъмно, при което се отделя кислород. Калиевият перманганат е силен окислител. Ето няколко примера за неговата окислителна активност:
2KMnO 4 + 10HCl + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5Cl 2 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O
8KMnO 4 + 5PH 3 + 12 H 2 SO 4 = 8MnSO 4 + 5H 3 PO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O.
Калиевият перманганат се използва широко в медицината, ветеринарната медицина и лабораторната практика.
Калиевият перманганат е сол на манганова киселина HMnO 4, която съществува само в разтвор с максимална концентрация около 20%. Цветът на неговите разтвори е подобен на цвета на разтвора KMnO 4. Мангановата киселина е една от най-силните киселини. Реакцията на образуване на манганова киселина чрез действието на оловен диоксид или натриев бисмутат върху манганови (II) соли е важна в аналитичната химия, тъй като поради интензивния розов цвят, който възниква, могат да бъдат открити дори следи от манган.
Манганов (VII) оксид Mn 2 O 7 - манганов анхидрид е зелено-кафяво тежко масло, получено чрез действието на концентрирана сярна киселина върху твърд калиев перманганат:
2KMnO 4 + H 2 SO 4 = Mn 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O.
Това вещество е изключително силен окислител и експлодира при удар или нагряване. Много вещества, като сяра, фосфор, дървени стърготини, алкохол, се запалват при най-малък контакт с него. Когато се разтвори в големи количества вода, образува перманганова киселина.
Приложение на мангана в металургията. Манганът е от съществено значение за производството на стомана и днес няма ефективен заместител. С въвеждането на манган във ваната за стопилка, той изпълнява няколко функции. По време на дезоксидацията и рафинирането на стоманата манганът редуцира железните оксиди, превръщайки се в манганов оксид, който се елиминира като шлака. Манганът реагира със сярата и получените сулфиди също се превръщат в шлака. Алуминият и силицият, въпреки че служат като дезоксиданти заедно с мангана, не могат да изпълняват функцията на десулфуризация. Въвеждането на елемент № 25 води до забавяне на скоростта на растеж на зърното при нагряване, което води до получаване на фино зърнеста стомана. Известно е също, че алуминият и силицият, напротив, ускоряват растежа на зърното.
Манганът може да бъде въведен в стоманата по време на процеса на топене, когато се използват феросплави. Още през 19 век. металурзите се научиха да топят огледален чугун, съдържащ 5–20% манган и 3,5–5,5% въглерод. Пионер в тази област е английският металург Хенри Бесемер. Огледалният чугун, подобно на чистия манган, има свойството да премахва кислорода и сярата от разтопената стомана. В онези дни огледалният чугун се е произвеждал в доменна пещ чрез редуциране на съдържащи манган железни руди, внесени от Рейнска Прусия - от Stahlberg.
Бесемер приветства по-нататъшното развитие на производството на манганови сплави и под негово ръководство Хендерсън организира през 1863 г. производството на фероманган, сплав, съдържаща 25–35% манган, в завода Phoenix в Глазгоу. Фероманганът имаше предимства пред огледалния чугун при производството на стомана, тъй като му придаваше по-голяма якост и пластичност. Най-рентабилният метод за производство на фероманган е топенето в доменна пещ.
Въпреки факта, че производството на фероманган от Хендерсън е технически прогресивен процес, тази сплав не се използва дълго време поради трудности, възникнали по време на топенето. Промишленото топене на фероманган в Русия започва през 1876 г. в доменните пещи на завода в Нижне Тагил. Руският металург А. П. Аносов през 1841 г. в своята работа Относно дамаската стоманаописва добавянето на фероманган към стоманата. В допълнение към феромангана, силикоманганът (15–20% Mn, около 10% Si и по-малко от 5% C) се използва широко в металургията.
През 1878 г. деветнадесетгодишният металург от Шефилд Робърт Хадфийлд започва да изучава сплави на желязо с други метали и през 1882 г. топи стомана с 12% съдържание на манган. През 1883 г. Hadfield получава първия британски патент за манганова стомана. Оказа се, че закаляването на стоманата Hadfield във вода й придава такива забележителни свойства като устойчивост на износване и повишена твърдост при продължителни натоварвания. Тези свойства веднага намериха приложение в производството на железопътни релси, тракторни релси, сейфове, брави и много други продукти.
В технологията се използват широко трикомпонентни сплави манган-мед-никел - манганини. Те имат високо електрическо съпротивление, независимо от температурата, но зависимо от налягането. Следователно манганините се използват в производството на електрически манометри. Наистина е невъзможно да се измери налягане от 10 хиляди атмосфери с конвенционален манометър, това може да се направи с електрически манометър, като се знае предварително зависимостта на съпротивлението на манганин от налягането.
Интересни са сплавите на манган с мед (особено 70% Mn и 30% Cu), те могат да абсорбират вибрационна енергия, това се използва, когато е необходимо да се намали вредният промишлен шум.
Както показа Гайслер през 1898 г., манганът образува сплави с определени метали, като алуминий, антимон, калай, мед, които се отличават със способността си да се магнетизират, въпреки че не съдържат феромагнитни компоненти. Това свойство се дължи на наличието на интерметални съединения в такива сплави. По името на откривателя такива материали се наричат сплави на Heusler.
Биологична роля на мангана.
Манганът е един от най-важните жизненоважни микроелементи и участва в регулирането на важни биохимични процеси. Установено е, че малки количества от елемент № 25 присъстват във всички живи организми. Манганът участва в основните неврохимични процеси в централната нервна система, в образуването на костна и съединителна тъкан, регулиране на метаболизма на мазнините и въглехидратите, метаболизма на витамините С, Е, холина и витамините от група В.
В кръвта на хората и повечето животни съдържанието на манган е около 0,02 mg/l. Дневната нужда на възрастен организъм е 3-5 mg Mn. Манганът влияе върху процесите на хемопоезата и имунната защита на организма. Човек, ухапан от каракурт (отровен средноазиатски паяк), може да бъде спасен, ако се приложи интравенозно разтвор на манганов сулфат.
Прекомерното натрупване на манган в организма засяга на първо място функционирането на централната нервна система. Това се проявява в умора, сънливост, влошаване на функциите на паметта и се наблюдава главно при работници, свързани с производството на манган и неговите сплави.
Дефицитът на манган е едно от често срещаните отклонения в елементарния метаболизъм на съвременния човек. Това се дължи на значително намаляване на консумацията на богати на манган храни (груби растителни храни, зеленчуци), увеличаване на количеството фосфати в тялото (лимонада, консерви и др.), Влошаване на екологичната ситуация в големи градове и психо-емоционален стрес. Коригирането на дефицита на манган има положителен ефект върху човешкото здраве.
Юрий Крутяков
Мангановите минерали, по-специално пиролузитът, са били известни още в древността. Пиролузитът се смяташе за вид магнитна желязна руда и се използваше в производството на стъкло за избистряне. Фактът, че минералът, за разлика от истинската магнитна желязна руда, не се привлича от магнит, беше обяснен по доста забавен начин: смяташе се, че пиролузитът е женски минерал и е безразличен към магнитите.
През 18 век манганът е изолиран в чист вид. И днес ще говорим за това подробно. Така че, нека обсъдим дали манганът е вреден, къде можете да го купите, как да получите манган и дали се подчинява на GOST.
Манганът принадлежи към подобна група 7 група 4 период. Елементът е общ - заема 14-то място.
Елементът принадлежи към тежките метали - атомно тегло над 40. Пасивира се на въздух - покрива се с плътен оксиден филм, който предотвратява по-нататъшната реакция с кислорода. Благодарение на този филм той е неактивен при нормални условия.
При нагряване манганът реагира с много прости вещества, киселини и основи, образувайки съединения с много различни степени на окисление: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Металът е преходен метал, следователно проявява както редуциращи, така и окислителни свойства с еднаква лекота. С метали, например с, образува твърди разтвори, без да реагира.
Това видео ще ви каже какво е манган:
Характеристики и разлики от други материали
Манганът е сребристо-бял метал, плътен, твърд, с необичайно сложна структура. Последното е причината за крехкостта на веществото. Известни са 4 модификации на мангана. Сплавите с метал позволяват да се стабилизира всяка от тях и да се получат твърди разтвори с много различни свойства.
- Манганът е един от жизненоважните микроелементи. Освен това, това се отнася еднакво както за растенията, така и за животните. Елементът участва във фотосинтезата, в процеса на дишане, активира редица ензими, е незаменим участник в мускулния метаболизъм и т.н. Дневната доза манган за човека е 2–9 mg. Както дефицитът, така и излишъкът на даден елемент са еднакво опасни.
- Металът е по-тежък и по-твърд от желязото, но няма практическа употреба в чист вид поради високата си крехкост. Но неговите сплави и съединения са от необичайно голямо значение за националната икономика. Използва се в черната и цветната металургия, в производството на торове, в електротехниката, във финия органичен синтез и др.
- Манганът е доста различен от металите от собствената си подгрупа. Технеций е радиоактивен елемент, получен по изкуствен път. Реният се класифицира като следи и рядък елемент. Борият също може да бъде получен само изкуствено и не се среща в природата. Химическата реактивност както на технеция, така и на рения е много по-ниска от тази на мангана. С изключение на ядрения синтез, само манганът има практически приложения.
Манган (снимка)
Предимства и недостатъци
Физическите и химичните свойства на метала са такива, че на практика те се занимават не със самия манган, а с неговите многобройни съединения и сплави, така че предимствата и недостатъците на материала трябва да се разглеждат от тази гледна точка.
- Манганът образува голямо разнообразие от сплави с почти всички метали, което е определено предимство.
- напълно взаимно разтворими, т.е. те образуват твърди разтвори с всяко съотношение на елементи, хомогенни по свойства. В този случай сплавта ще има много по-ниска точка на кипене от мангана.
- Сплавите на елемента с въглерод и са от най-голямо практическо значение. И двете сплави са от голямо значение за стоманодобивната промишленост.
- Многобройни и разнообразни манганови съединения се използват в химическата, текстилната, стъкларската промишленост, в производството на торове и др. Основата за това разнообразие е химическата активност на веществото.
Недостатъците на метала са свързани с особеностите на неговата структура, които не позволяват самият метал да се използва като конструктивен материал.
- Основната е крехкостта с висока твърдост. Mn до +707 C кристализира в структура, в която клетката включва 58 атома.
- Доста висока точка на кипене; работата с метал с такива високи стойности е трудна.
- Електрическата проводимост на мангана е много ниска, така че използването му в електротехниката също е ограничено.
След това ще говорим за химичните и физичните свойства на мангана.
Свойства и характеристики
Физическите характеристики на метала зависят значително от температурата. Като се има предвид наличието на цели 4 модификации, това не е изненадващо.
Основните характеристики на веществото са както следва:
- плътност - при нормална температура е 7,45 g / cu. см. Тази стойност слабо зависи от температурата: например, при нагряване до 600 С, плътността намалява само със 7%;
- точка на топене – 1244 С;
- точка на кипене – 2095 С;
- топлопроводимостта при 25 C е 66,57 W/(m K), което е нисък показател за метал;
- специфичен топлинен капацитет – 0,478 kJ/(kg K);
- коефициентът на линейно разширение, измерен при 20 С, е равен на 22,3·10 -6 deg -1 - ; Топлинният капацитет и топлопроводимостта на веществото нарастват линейно с повишаване на температурата;
- електрическото съпротивление е 1,5–2,6 μΩ m, само малко по-високо от това на оловото.
Манганът е парамагнетичен, тоест той се магнетизира във външно магнитно поле и се привлича от магнит. Металът преминава в антиферомагнитно състояние при ниски температури и температурата на прехода е различна за всяка модификация.
Структурата и съставът на мангана са описани по-долу.
Манганът и неговите съединения са темата на видеото по-долу:
Структура и състав
Описани са четири структурни модификации на веществото, всяка от които е стабилна в определен температурен диапазон. Легирането с определени метали може да стабилизира всяка фаза.
- До 707 СА-модификацията е стабилна. – кубична тялоцентрирана решетка, чиято елементарна клетка включва 58 атома. Тази структура е много сложна и причинява висока крехкост на веществото. Неговите показатели - топлинен капацитет, топлопроводимост, плътност - са дадени като свойства на веществото.
- При 700–1079 С B-фазата със същия тип решетка, но с по-проста структура е стабилна: клетката се състои от 20 атома. В тази фаза манганът проявява известна пластичност. Плътност на b-модификация – 7,26 g/cu. виж Фазата може лесно да се фиксира чрез охлаждане на веществото при температура над температурата на фазовия преход.
- При температури от 1079 С до 1143 Cg фазата е стабилна. Характеризира се с кубична лицево-центрирана решетка с клетка от 4 атома. Модификацията се характеризира с пластичност. Въпреки това, не е възможно напълно да се фиксира фазата при охлаждане. При температурата на прехода плътността на метала е 6,37 g/куб. см, при норма – 7,21 г/куб. см.
- Над 1143 С и до кипенестабилизира се d-фазата с обемно-центрирана кубична решетка, клетката на която включва 2 атома. Плътността на модификацията е 6,28 g/cu. вижте Интересно е, че d-Mn може да премине в антиферомагнитно състояние при високи температури - 303 C.
Фазовите преходи са от голямо значение при производството на различни сплави, особено след като физическите характеристики на структурните модификации се различават.
Производството на манган е описано по-долу.
производство
Предимно, но има и независими депозити. Така до 40% от световните запаси на манганови руди са концентрирани на територията на находището Чиатура.
Елементът е разпръснат в почти всички скали и лесно се отмива. Съдържанието му в морската вода е ниско, но на дъното на океаните заедно с желязото образува конкреции, в които съдържанието на елемента достига 45%. Тези находища се считат за обещаващи за по-нататъшно развитие.
На територията на Русия има малко големи находища на манган, поради което той е остро дефицитна суровина за Руската федерация.
Най-известните минерали: пиролузит, магнетит, браунит, манганов шпат и др. Съдържанието на елемент в тях варира от 62 до 69%. Добива се по кариерен или мини метод. По правило рудата е предварително обогатена.
Производството на манган е пряко свързано с неговото използване. Неговият основен потребител е стоманодобивната промишленост, а нуждите й изискват не самия метал, а съединението му с желязото - фероманган. Ето защо, когато се говори за получаване на манган, те често имат предвид съединението, необходимо в черната металургия.
Преди това фероманганът се произвеждаше в доменни пещи. Но поради недостига на кокс и необходимостта от използване на бедни манганови руди, производителите преминаха към топене в електрически пещи.
За топене се използват отворени и затворени пещи, облицовани с въглища - по този начин се произвежда фероманганов въглерод. Топенето се извършва при напрежение 110–160 V, като се използват два метода - поток и без поток. Вторият метод е по-икономичен, тъй като позволява по-пълното извличане на елемента, но с високо съдържание на силициев диоксид в рудата е възможен само методът на потока.
- Метод без поток- непрекъснат процес. По време на топенето се зарежда заряд от манганова руда, кокс и железни стърготини. Важно е да се гарантира, че има достатъчно редуциращ агент. Фероманганът и шлаката се освобождават едновременно 5–6 пъти на смяна.
- силикоманганпроизведени по подобен метод в електрическа топилна пещ. Шихтът, освен руда, включва манганова шлака - без фосфор, кварцит и кокс.
- Манган металполучава се подобно на топенето на фероманган. Суровината е отпадък от леене и рязане на сплавта. След разтопяване на сплавта и заряда се добавя силикоманган и 30 минути преди края на топенето се продухва със сгъстен въздух.
- Получава се химически чисто вещество електролиза.
Приложение
90% от световното производство на манган отива в стоманодобивната промишленост. Освен това повечето метали са необходими не за производството на самите манганови сплави, а за и включва 1% от елемента. Освен това той може напълно да замени никела, ако съдържанието му се увеличи до 4–16%. Факт е, че манганът стабилизира аустенитната фаза в стоманата.
Манганът е метал, който е интересен не толкова сам по себе си, колкото със свойствата на многобройните си съединения. Въпреки това е трудно да се надцени значението му като легиращ елемент.
Реакцията на манганов оксид с алуминий е демонстрирана в това видео:
Манган- сребристо-бял метал. Заедно с желязото и неговите сплави се класифицира като черни метали. Известни са пет алотропни модификации на мангана - четири с кубична и една с тетрагонална кристална решетка. Манганът се намира в телата на всички растения и животни, въпреки че съдържанието му обикновено е много малко, от порядъка на хилядни от процента, той има значителен ефект върху живота, тоест той е микроелемент.
Вижте също:
СТРУКТУРА
Манганът има 4 полиморфни модификации: α-Mn (теглоцентрирана кубична решетка с 58 атома на елементарна клетка), β-Mn (телесноцентрирана кубична с 20 атома на елементарна клетка), γ-Mn (тетрагонална с 4 атома на елементарна клетка ) и δ-Mn (кубично центрирано тяло). Температура на трансформация: α=β 705 °C; β=γ 1090 °С и γ=δ 1133 °С; α модификацията е крехка; γ (и отчасти β) е пластмаса, което е важно при създаването на сплави. ИМОТИ
Манганът излъчва сребристо-бял цвят с лек сив оттенък. Превъзхожда желязото по твърдост и крехкост. Парамагнитен е. При взаимодействие с въздуха манганът се окислява. Покрит е с оксиден филм, който го предпазва от последващи окислителни реакции.
Разтваря се във вода и напълно абсорбира водорода, без да реагира с него. При нагряване гори в кислород. Реагира активно с хлор и сяра. При взаимодействие с киселинни окислители образува манганови соли.
Плътност - 7200 kg/m 3, точка на топене - 1247°C, точка на кипене - 2150°C. Специфичен топлинен капацитет - 0,478 kJ. Има електропроводимост. При контакт с хлор, бром и йод се образуват дихалогениди.
При високи температури взаимодейства с азот, фосфор, силиций и бор. Реагира бавно със студена вода. По време на нагряване реактивността на елемента се увеличава. Изходът е Mn(OH) 2 и водород.
ЗАПАСИ И ДОБИВ
Манганът е 14-ият най-разпространен елемент на Земята и след желязото е вторият тежък метал, открит в земната кора (0,03% от общия брой атоми в земната кора). Теглото на мангана нараства от кисели (600 g/t) до основни скали (2,2 kg/t). Той придружава желязото в много от неговите руди, но има и независими находища на манган. До 40% от мангановите руди са концентрирани в находището Чиатура (регион Кутаиси). Манганът, разпръснат в скалите, се измива от водата и се отнася в Световния океан. В същото време съдържанието му в морската вода е незначително (10−7-10−6%), а в дълбоките места на океана концентрацията му нараства до 0,3%.
Индустриалното производство на манган започва с извличането и обогатяването на руди. Ако се използва манганова карбонатна руда, тя първо се изпича. В някои случаи рудата се подлага допълнително на излугване със сярна киселина. След това манганът в получения концентрат обикновено се редуцира с помощта на кокс (карботермична редукция).
ПРОИЗХОД
Поради окисление от кислород, разтворен във вода, с образуването на неразтворим във вода манганов оксид, който в хидратирана форма (MnO 2 xH 2 O) потъва в долните слоеве на океана, образувайки така наречените желязо-манганови възли на дъното, в които количеството манган може да достигне 45% (те също така съдържат примеси от мед, никел, кобалт). Такива възли могат да се превърнат в източник на манган за индустрията в бъдеще.
В Русия това е остро дефицитна суровина; известни са следните находища: „Усинское“ в Кемеровска област, „Полуночное“ в Свердловска област, „Порожинское“ в Красноярския край, „Южно-Хинганское“ в Еврейската автономна област. Район, район „Рогачево-Тайнинская“ и находище „Северо-Тайнинское“ на Нова Земля.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Манганът се използва широко в черната металургия. Добавя се сплав от желязо-манган (фероманган). Делът на манган в него е 70-80%, въглерод 0,5-7%, останалото е желязо и чужди примеси. Елемент 25 при производството на стомана съчетава кислород и сяра.
Използват се смеси от хром - манган, волфрам-манган, силиций-манган. Няма алтернативен заместител на мангана в производството на стомана.
Химическият елемент изпълнява много функции, включително рафиниране и дезоксидиране на стомана. Цинк-манганова технология е широко използвана. Разтворимостта на Zn в магнезий е 2%, а якостта на стоманата в този случай се увеличава до 40%.
В доменна пещ манганът премахва серните отлагания от чугуна. В технологията се използват трикомпонентни манганови сплави, които включват манган, мед и никел. Материалът се характеризира с високо електрическо съпротивление, което се влияе не от температурата, а от налягането.
Използва се за производство на манометри. Истинската стойност за индустрията е медно-манганова сплав. Съдържанието на манган тук е 70%, мед 30%. Използва се за намаляване на вредния производствен шум. При производството на експлозивни опаковки за празнични събития се използва смес, която включва елементи като магнезиев манган. Магнезият се използва широко в самолетостроенето.
Някои видове манганови соли, като KMnO 4, са намерили своето приложение в медицинската индустрия. Калиевият перманганат е сол на перманганатната киселина. Прилича на тъмно лилави кристали. Разтваря се във водна среда, оцветявайки я в лилаво. Силен окислител е. Антисептично, има антимикробни свойства. Манганът във вода лесно се окислява, образувайки слабо разтворим кафяв манганов оксид. При контакт с тъканния протеин образува съединения с изразени стягащи свойства. Във високи концентрации разтворът на манган има дразнещ и каутеризиращ ефект. Калиевият манган се използва за лечение на определени заболявания и за оказване на първа помощ, а във всяка аптечка има бутилка кристали калиев перманганат.
Манганът е полезен за човешкото здраве. Участва в образуването и развитието на клетките на централната нервна система. Подпомага усвояването на витамин В1, мед и желязо. Регулира кръвната захар. Участва в изграждането на костната тъкан.
Участва в образуването на мастни киселини. Подобрява рефлекторните способности, паметта, премахва нервното напрежение, раздразнителността. Абсорбираните в чревните стени манган, витамини В, Е, фосфор, калций засилват този процес, засягайки тялото и метаболитните процеси като цяло.
Манган - Мн
Манганът е химичен елемент с атомна маса 54,9380 и атомен номер 25, сребристо-бял на цвят, с голяма маса и съществува в природата като стабилен изотоп 35 Mn. Първото споменаване на метала е записано от древноримския учен Плиний, който го нарича "черен камък". В онези дни манганът се използва като избелител за стъкло; мангановият пиролузит MnO 2 се добавя към стопилката по време на процеса на топене.
В Грузия мангановият пиролузит отдавна се използва като добавка при производството на желязо, наречен черен магнезий и считан за една от разновидностите на магнетита (магнитна желязна руда). Едва през 1774 г. шведският учен Шееле доказва, че това е съединение от метал, неизвестен на науката, а няколко години по-късно Ю. Ган, докато нагрява смес от въглища и пиролузит, получава първия манган, замърсен с въглеродни атоми.
Естествено разпределение на манган
В природата химичният елемент манган е рядък, съдържа се само в 0,1% в земната кора, във вулканична лава 0,06–0,2%, металът на повърхността е в диспергирано състояние, под формата на Mn 2+. На повърхността на земята, под въздействието на кислород, бързо се образуват манганови оксиди, минералите Mn 3+ и Mn 4+ са широко разпространени, в биосферата металът е неактивен в окислителна среда. Манганът е химичен елемент, който активно мигрира в присъствието на редуциращи условия; металът е много подвижен в киселинни естествени резервоари на тундрата и горските ландшафти, където преобладава окислителната среда. Поради тази причина култивираните растения имат излишно съдържание на метали, в почвите се образуват фероманганови конкреции, блатни и езерни нископроцентни руди.
В райони със сух климат преобладава алкална окислителна среда, което ограничава мобилността на метала. В култивираните растения има недостиг на манган, селскостопанското производство не може без използването на специални комплексни микродобавки. Химическият елемент не е широко разпространен в реките, но общото изнасяне може да достигне големи стойности. Манганът е особено изобилен в крайбрежните райони под формата на естествени валежи. На дъното на океаните има големи залежи от метал, които са се образували в древни геоложки периоди, когато дъното е било суша.
Химични свойства на мангана
Манганът принадлежи към категорията на активните метали, при повишени температури той активно реагира с неметали: азот, кислород, сяра, фосфор и др. В резултат на това се образуват многовалентни манганови оксиди. При стайна температура манганът е ниско активен химичен елемент, когато се разтваря в киселини, той образува двувалентни соли. При нагряване във вакуум до високи температури химическият елемент може да се изпари дори от стабилни сплави. Мангановите съединения са в много отношения подобни на съединенията на желязото, кобалта и никела, които са в същото състояние на окисление.
Има голямо сходство между манган и хром; металната подгрупа също има повишена стабилност при по-високи степени на окисление с увеличаване на атомния номер на елемента. Перенатите са по-малко силни окислители от перманганатите.
Въз основа на състава на съединенията на манган (II) е разрешено образуването на метал с по-високи степени на окисление; такива трансформации могат да се появят както в разтвори, така и в разтопени соли.
Стабилизиране на степени на окисление на манганНаличието на голям брой степени на окисление в химичния елемент манган се обяснява с факта, че в преходните елементи, по време на образуването на връзки с d-орбитали, техните енергийни нива се разделят с тетраедрично, октаедрично и квадратно разположение на лигандите. По-долу е дадена таблица на известните понастоящем степени на окисление на някои метали в първия преходен период.
Забележителни са ниските степени на окисление, които се срещат в голям брой комплекси. Таблицата съдържа списък на съединения, в които лигандите са химически неутрални молекули CO, NO и други.
Благодарение на комплексообразуването се стабилизират високи степени на окисление на мангана; най-подходящите лиганди за това са кислородът и флуорът. Ако вземем предвид, че стабилизиращото координационно число е шест, то максималната стабилизация е пет. Ако химическият елемент манган образува оксо комплекси, тогава могат да се стабилизират по-високи степени на окисление.
Стабилизиране на манган в по-ниски степени на окисление
Теорията на меките и твърдите киселини и основи дава възможност да се обясни стабилизирането на различни състояния на окисление на металите поради образуването на комплекси при излагане на лиганди. Меките елементи успешно стабилизират ниските степени на окисление на метала, докато твърдите елементи стабилизират положително високите степени на окисление.
Теорията напълно обяснява връзките метал-метал, формално тези връзки се считат за киселинно-базови взаимодействия.
Манганови сплави Активните химични свойства на мангана му позволяват да образува сплави с много метали, докато голям брой метали могат да се разтворят в отделни модификации на манган и да го стабилизират. Мед, желязо, кобалт, никел и някои други метали са способни да стабилизират γ-модификацията; алуминият и среброто са способни да разширяват β- и σ-области на магнезия в бинарни сплави. Тези характеристики играят важна роля в металургията. Манганът е химичен елемент, който позволява получаването на сплави с високи стойности на пластичност, те могат да бъдат щамповани, ковани и валцувани.
В химичните съединения валентността на мангана варира в диапазона 2–7; увеличаването на степента на окисление води до повишаване на окислителните и киселинните характеристики на мангана. Всички Mn(+2) съединения са редуциращи агенти. Мангановият оксид има редуциращи свойства, сиво-зелен цвят, не се разтваря във вода и основи, но е идеално разтворим в киселини. Мангановият хидроксид Mn(OH) 3 е неразтворим във вода и е бяло вещество. Образуването на Mn(+4) може да бъде както окислител (a), така и редуциращ агент (b).
MnO 2 + 4HCl = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O (а)
Тази реакция се използва, когато е необходимо да се произведе хлор в лабораторията.
MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = KCl + 3K 2 MnO 4 + 3H 2 O (b)
Реакцията възниква по време на сливането на метали. MnO 2 (манганов оксид) има кафяв цвят, съответният хидроксид е малко по-тъмен на цвят.
Физични свойства на манганаМанганът е химичен елемент с плътност 7,2–7,4 g/cm3, точка на топене +1245°C, кипи при температура +1250°C. Металът има четири полиморфни модификации:
- α-Mn. Той има кубична центрирана решетка с 58 атома в една елементарна клетка.
- β-Mn. Той има кубична тялоцентрирана решетка с 20 атома в една елементарна клетка.
- γ-Mn. Има тетрагонална решетка, с 4 атома в една клетка.
- δ-Mn. Има кубична решетка, центрирана в тялото.
Температури на манганови превръщания: α=β при t°+705°С; β=γ при t°+1090°С; γ=δ при t°+1133С. Най-крехката модификация, α, рядко се използва в металургията. Модификацията γ има най-значимите показатели за пластичност, най-често се използва в металургията. β-модификацията е частично пластмасова и рядко се използва от индустрията. Атомният радиус на химичния елемент манган е 1,3 A, йонните радиуси, в зависимост от валентността, варират от 0,46–0,91. Манганът е парамагнитен, коефициентите на топлинно разширение са 22,3×10 -6 deg -1. Физичните свойства могат леко да варират в зависимост от чистотата на метала и действителната му валентност.
Метод за получаване на манганСъвременната промишленост произвежда манган по метод, разработен от електрохимика V.I. Agladze чрез електрохидролиза на водни разтвори на метала с добавяне на (NH 4) 2SO 4; по време на процеса киселинността на разтвора трябва да бъде в рамките на pH = 8,0–8,5. В разтвора се потапят оловни аноди и катоди от сплав на титанова основа АТ-3, титаниевите катоди могат да бъдат заменени с неръждаеми. Промишлеността използва манганов прах, който след приключване на процеса се отстранява от катодите, а металът се утаява под формата на люспи. Методът на производство се счита за енергоемък, което оказва пряко влияние върху увеличаването на разходите. При необходимост събраният манган впоследствие се претопява, което улеснява използването му в металургията.
Манганът е химичен елемент, който може да се получи чрез халогенен процес чрез хлориране на рудата и допълнително редуциране на получените халиди. Тази технология осигурява на индустрията манган с количество чужди технологични примеси не повече от 0,1%. По време на алуминотермична реакция се получава по-замърсен метал:
3Mn 3 O 4 + 8Al = 9Mn + 4A l2 O 3
Или електротермия. За отстраняване на вредните емисии в производствените цехове е инсталирана мощна принудителна вентилация: PVC въздуховоди, центробежни вентилатори. Скоростта на въздухообмен се регулира от нормативни документи и трябва да осигури безопасен престой на хората в работните зони.
Използване на манганОсновният потребител на манган е черната металургия. Металът се използва широко и във фармацевтичната индустрия. За един тон топена стомана са необходими 8–9 килограма; преди да се въведе химическият елемент в мангановата сплав, той първо се стопява с желязо, за да се получи фероманган. В сплавта делът на химичния елемент манган е до 80%, въглеродът до 7%, останалата част е заета от желязо и различни технологични примеси. Чрез използването на добавки физическите и механичните характеристики на стоманите, топени в доменни пещи, се повишават значително. Технологията е подходяща и за използване на добавки в съвременни електрически стоманени пещи. Поради добавянето на високовъглероден фероманган се получава дезоксидация и десулфуризация на стоманата. Чрез добавяне на средно- и нисковъглероден фероманган металургията произвежда легирани стомани.
Нисколегираната стомана съдържа 0,9–1,6% манган, високолегираната стомана до 15%. Стоманата, съдържаща 15% манган и 14% хром, има високи нива на физическа якост и антикорозионна устойчивост. Металът е устойчив на износване, може да работи при тежки температурни условия и не се страхува от директен контакт с агресивни химически съединения. Такива високи характеристики позволяват използването на стомана за производството на най-критичните конструкции и индустриални единици, работещи в трудни условия.
Манганът е химичен елемент, който се използва и при топенето на сплави без желязо. При производството на високоскоростни промишлени турбинни лопатки се използва медно-манганова сплав, а за витла се използва бронз, съдържащ манган. В допълнение към тези сплави манганът като химичен елемент присъства в алуминия и магнезия. Той значително подобрява експлоатационните характеристики на цветните сплави, като ги прави силно деформируеми, устойчиви на корозионни процеси и устойчиви на износване.
Легираните стомани са основен материал за тежката промишленост и са незаменими при производството на различни видове оръжия. Широко използван в корабостроенето и самолетостроенето. Наличието на стратегически запас от манган е условие за висока отбранителна способност на всяка държава. В тази връзка производството на метал се увеличава ежегодно. Освен това манганът е химичен елемент, използван при производството на стъкло, селското стопанство, печатането и др.
Манган във флората и фауната
В живата природа манганът е химичен елемент, който играе важна роля в развитието. Той засяга характеристиките на растежа, състава на кръвта и интензивността на процеса на фотосинтеза. При растенията количеството му е десет хилядни от процента, а при животните сто хилядни от процента. Но дори такова незначително съдържание има забележимо въздействие върху повечето от техните функции. Активира действието на ензимите, повлиява инсулиновата функция, минералния и хемопоетичния метаболизъм. Недостигът на манган причинява различни заболявания, както остри, така и хронични.
Манганът е химичен елемент, който се използва широко в медицината. Липсата на манган намалява физическата издръжливост, причинява някои видове анемия и нарушава метаболитните процеси в костната тъкан. Дезинфекционните свойства на мангана са широко известни, неговите разтвори се използват при лечение на некротични тъкани.
Недостатъчното количество манган в животинската храна води до намаляване на дневното наддаване на тегло. За растенията тази ситуация причинява петна, изгаряния, хлороза и други заболявания. Ако се открият признаци на отравяне, се предписва специална лекарствена терапия. Тежкото отравяне може да причини синдром на манганов паркинсонизъм, трудно лечимо заболяване, което има отрицателен ефект върху централната нервна система на човека.
Дневната нужда от манган е до 8 mg, основното количество, което човек получава от храната. В този случай диетата трябва да бъде балансирана във всички хранителни вещества. При повишено натоварване и недостатъчна слънчева светлина дозата на манган се коригира въз основа на общ кръвен тест. Значителни количества манган се съдържат в гъбите, водните кестени, водната леща, мекотелите и ракообразните. Съдържанието на манган в тях може да достигне няколко десети от процента.
Когато манганът навлиза в тялото в прекомерни дози, могат да възникнат заболявания на мускулната и костната тъкан, дихателните пътища са засегнати, черният дроб и далакът са увредени. Отнема много време, за да се премахне манганът от тялото, през този период токсичните характеристики се увеличават с ефект на натрупване. Концентрацията на манган във въздуха, разрешена от санитарните власти, трябва да бъде ≤ 0,3 mg/m 3, параметрите се наблюдават в специални лаборатории чрез вземане на проби от въздуха. Алгоритъмът за избор се регулира от държавните разпоредби.
Манганът е химичен елемент, разположен в периодичната таблица под атомен номер 25. Неговите съседи са хром и желязо, което обуславя сходството на физичните и химичните свойства на тези три метала. Ядрото му съдържа 25 протона и 30 неутрона. Атомната маса на елемента е 54,938.
Свойства на мангана
Манганът е преходен метал от d-семейството. Електронната му формула е следната: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Твърдостта на мангана по скалата на Моос е оценена на 4. Металът е доста твърд, но в същото време крехък. Топлопроводимостта му е 0,0782 W/cm*K Елементът се характеризира със сребристо-бял цвят.
Има четири модификации на метала, известни на човека. Всеки от тях се характеризира с термодинамична стабилност при определени температурни условия. Така а-манганът има доста сложна структура и проявява своята стабилност при температури под 707 0 C, което определя неговата крехкост. Тази модификация на метала съдържа 58 атома в елементарната си клетка.
Манганът може да има напълно различни степени на окисление - от 0 до +7, докато +1 и +5 са изключително редки. Когато металът взаимодейства с въздуха, той се пасивира. Манганът на прах изгаря в кислород:
Mn+O2=MnO2
Ако металът е изложен на повишена температура, т.е. нагрят, той се разлага във вода с изместване на водорода:
Mn+2H0O=Mn(OH)2+H2
Струва си да се отбележи, че мангановият хидроксид, чийто слой се образува в резултат на реакцията, забавя реакционния процес.
Водородът се абсорбира от метала. Колкото по-високо се повишава температурата, толкова по-висока става неговата разтворимост в манган. Ако температурата се превиши 12000C, тогава манганът реагира с азота, в резултат на което се образуват нитрити, които имат различен състав.
Металът също взаимодейства с въглерода. Резултатът от тази реакция е образуването на карбиди, както и силициди, бориди и фосфиди.
Металът е устойчив на излагане на алкални разтвори.
Способен е да образува следните оксиди: MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, MnO 3, последният от които не е изолиран в свободно състояние, както и манганов анхидрид Mn 2 O 7. При нормални условия на съществуване мангановият анхидрид е течно, маслено вещество с тъмнозелен цвят, което няма голяма стабилност. Ако температурата се повиши до 90 0 С, тогава разлагането на анхидрида е придружено от експлозия. Сред оксидите, които проявяват най-голяма стабилност, са Mn 2 O 3 и MnO 2, както и комбинираният оксид Mn 3 O 4 (2MnO · MnO 2 или Mn 2 MnO 4 сол).
Манганови оксиди:
По време на сливането на пиролузит и основи в присъствието на кислород протича реакция с образуването на манганати:
2MnO 2 +2KOH+O 2 =2K 2 MnO 4 +2H 2 O
Манганатният разтвор се характеризира с тъмнозелен цвят. Ако се подкисели, настъпва реакция с червен цвят на разтвора. Това се случва поради образуването на MnO 4 − анион, от който се утаява утайка от кафяв манганов оксид-хидроксид.
Мангановата киселина е силна, но не показва особена стабилност и следователно допустимата й максимална концентрация е не повече от 20%. Самата киселина, подобно на нейните соли, действа като силен окислител.
Мангановите соли не са стабилни. Неговите хидроксиди се характеризират с основен характер. Мангановият хлорид се разлага при излагане на високи температури. Именно тази схема се използва за производството на хлор.
Приложения на манган
Този метал не е дефицитен - той е често срещан елемент: съдържанието му в земната кора е 0,03% от общия брой атоми. Заема трето място в класацията сред тежките метали, които включват всички елементи от преходната серия, оставяйки напред желязото и титана. Тежките метали са тези, чието атомно тегло надвишава 40.
Манганът може да се намери в малки количества в някои скали. Основно локализацията на неговите кислородни съединения се намира под формата на минерала пиролузит - MnO 2.
Манганът има много приложения. Той е необходим за производството на много сплави и химикали. Без манган е невъзможно съществуването на живи организми, тъй като той действа като активен микроелемент и присъства в почти всички живи и растителни организми. Манганът има положителен ефект върху хемопоетичните процеси в живите организми. Среща се и в много храни.
Металът е незаменим елемент в металургията. Именно манганът се използва за отстраняване на сярата и кислорода от стоманата по време на нейното производство. Този процес изисква големи количества метал. Но си струва да се каже, че към стопилката не се добавя чист манган, а неговата сплав с желязо, наречена фероманган. Получава се чрез редукционна реакция на пиролузит с въглища. Манганът също действа като легиращ елемент за стоманите. Благодарение на добавянето на манган към стоманите, тяхната устойчивост на износване значително се увеличава и те също стават по-малко податливи на механични натоварвания. Наличието на манган в цветните метали значително повишава тяхната здравина и устойчивост на корозия.
Металният диоксид е намерил своето приложение при окисляването на амоняк, а също така е участник в органични реакции и реакции на разлагане на неорганични соли. В този случай мангановият диоксид действа като катализатор.
Керамичната промишленост също не може без използването на манган, където MnO 2 се използва като черна и тъмнокафява боя за емайли и глазури. Мангановият оксид е силно диспергиран. Има добра адсорбираща способност, благодарение на която става възможно отстраняването на вредни примеси от въздуха.
Манганът се въвежда в бронз и месинг. Някои метални съединения се използват във финия органичен синтез и промишления органичен синтез. Мангановият арсенид се характеризира с гигантски магнитокалоричен ефект, който става значително по-силен, ако е изложен на високо налягане. Мангановият телурид действа като обещаващ термоелектричен материал.
В медицината също е подходящо използването на манган или по-скоро на неговите соли. Така воден разтвор на калиев перманганат се използва като антисептик, а също така може да се използва за измиване на рани, гаргара и смазване на язви и изгаряния. При някои отравяния с алкалоиди и цианиди неговият разтвор дори е показан за перорално приложение.
Важно:Въпреки огромния брой положителни аспекти на употребата на манган, в някои случаи неговите съединения могат да имат вредно въздействие върху човешкото тяло и дори да имат токсичен ефект. Така максимално допустимата стойност на концентрацията на манган във въздуха е 0,3 mg/m3. В случай на изразено отравяне с веществото, човешката нервна система е засегната, което се характеризира със синдром на манганов паркинсонизъм.
Получаване на манган
Металът може да се получи по няколко начина. Сред най-популярните методи са следните:
- алуминотермичен. Манганът се получава от неговия оксид Mn 2 O 3 чрез реакция на редукция. Оксидът от своя страна се образува по време на калцинирането на пиролузит:
4MnO 2 = 2Mn 2 O 3 +O 2
Mn 2 O 3 +2Al = 2Mn+Al 2 O 3
- възстановителен. Манганът се получава чрез редуциране на метала с кокс от манганови руди, което води до образуването на фероманган (сплав от манган и желязо). Този метод е най-често срещаният, тъй като по-голямата част от общото извличане на метал се използва при производството на различни сплави, чийто основен компонент е желязото, следователно манганът се извлича от руди не в чиста форма, а в сплав с него ;
- електролиза. Металът в неговата чиста форма се получава по този метод от неговите соли.
