Mangaan (keemiline element): omadused, kasutusala, nimetus, oksüdatsiooniaste, huvitavad faktid

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 05:24

Üks metallurgia jaoks olulisemaid metalle on mangaan. Lisaks on see üldiselt üsna ebatavaline element, millega huvitavaid fakte seostatakse. Tähtis elusorganismidele, vajalik paljude sulamite, kemikaalide tootmisel. Mangaan on keemiline element, mille fotot näete allpool. Selles artiklis käsitleme selle omadusi ja omadusi.

Keemilisele elemendile iseloomulik

Kui rääkida mangaanist kui perioodilisuse süsteemi elemendist, siis kõigepe alt tuleks iseloomustada tema asendit selles.

1. Asub neljandas suuremas perioodis, seitsmendas rühmas, teiseses alarühmas.
2. Järjearv - 25. Mangaan on keemiline element, mille aatomite tuumade laeng on +25. Elektronide arv on sama, neutroneid - 30.
3. Aatommassi väärtus on 54 938.
4. Keemilise elemendi mangaan tähistus - Mn.
5. Ladinakeelne nimi – mangaan.

Asub kroomi ja raua vahel, mis seletab selle füüsikaliste ja keemiliste omaduste sarnasust nendega.

Mangaan – keemiline element: siirdemetall

Kui arvestada redutseeritud aatomi elektroonilist konfiguratsiooni, näeb selle valem välja järgmine: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Selgub, et element, mida me kaalume, on d-perekonna siirdemetall. Viis elektroni 3d alamtasandil näitavad aatomi stabiilsust, mis väljendub selle keemilistes omadustes.

Metallina on mangaan redutseerija, kuid enamikul selle ühenditest on üsna tugev oksüdeeriv toime. See on tingitud selle elemendi erinevatest oksüdatsiooniastmetest ja valentsidest. See on kõigi selle perekonna metallide eripära.

Seega on mangaan keemiline element, mis paikneb teiste aatomite hulgas ja millel on oma eripärad. Mõelgem üksikasjalikum alt, millised need omadused on.

Mangaan on keemiline element. Oksüdatsiooniaste

Oleme juba andnud aatomi elektroonilise valemi. Tema sõnul on sellel elemendil võimalik avaldada mitmeid positiivseid oksüdatsiooniastmeid. See on:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Aatomi valents on IV. Kõige stabiilsemad on need ühendid, milles mangaani väärtused on +2, +4, +6. Kõrgeim oksüdatsiooniaste võimaldab ühenditel toimida tugevaimate oksüdeerivate ainetena. Näiteks: KMnO₄, Mn₂O₇.

+2-ga ühendid on redutseerivad ained, mangaan(II)hüdroksiidil on amfoteersed omadused, kusjuures ülekaalus on aluselised. Vahepealsed oksüdatsiooniastmed moodustavad amfoteersed ühendid.

Avastuste ajalugu

Mangaan on keemiline element, mida ei avastatud kohe, vaid järk-järgult ja erinevate teadlaste poolt. Selle ühendeid on aga inimesed kasutanud juba iidsetest aegadest. Klaasi sulatamiseks kasutati mangaan(IV)oksiidi. Üks itaallane väitis tõsiasja, et selle ühendi lisamine klaaside keemilises tootmises muudab nende värvi lillaks. Lisaks aitab sama aine värvilistes klaasides hägusust eemaldada.

Hiljem Austrias õnnestus teadlasel Kaimil saada tükk metallist mangaani, jättes pürolüüsi (mangaan(IV) oksiid), kaaliumkloriidi ja kivisöe kõrgele temperatuurile. Sellel proovil oli aga palju lisandeid, mida ta ei suutnud kõrvaldada, mistõttu avastamist ei toimunud.

Veelgi hiljem sünteesis teine teadlane segu, milles märkimisväärne osa oli puhast metalli. See oli Bergman, kes oli varem avastanud elemendi nikli. Kuid tal ei olnud määratud seda tööd lõpetada.

Mangaan on keemiline element, mille esmakordselt hankis ja eraldas lihtsa aine kujul Karl Scheele 1774. aastal. Seda tegi ta aga koos I. Ganiga, kes lõpetas metallitüki sulatamise protsessi. Kuid isegi neil ei õnnestunud seda täielikult lisanditest vabastada ja saada 100% tootesaagist.

Sellest hoolimata on see aeg muutunudselle aatomi avastamine. Samad teadlased püüdsid avastajatele nime anda. Nad valisid termini mangaan. Pärast magneesiumi avastamist algas aga segadus ja mangaani nimi muudeti tänapäevaseks (H. David, 1908).

Kuna mangaan on keemiline element, mille omadused on väga väärtuslikud paljude metallurgiliste protsesside jaoks, tekkis aja jooksul vajadus leida viis selle saamiseks kõige puhtamal kujul. Selle probleemi lahendasid teadlased üle kogu maailma, kuid see õnnestus lahendada alles 1919. aastal tänu Nõukogude keemiku R. Agladze tööle. Just tema leidis meetodi, mille abil on võimalik saada elektrolüüsi teel mangaani sulfaatidest ja kloriididest puhast metalli ainesisaldusega 99,98%. Nüüd kasutatakse seda meetodit kogu maailmas.

Looduses viibimine

Mangaan on keemiline element, mille lihtsa aine fotot näete allpool. Looduses on palju selle aatomi isotoope, mille neutronite arv on väga erinev. Seega jäävad massinumbrid vahemikku 44 kuni 69. Ainus stabiilne isotoop on aga element väärtusega ⁵⁵Mn, kõigil ülejäänutel on kas tühiselt lühike poolestusaeg või need eksisteerivad liiga väikesed kogused.

Kuna mangaan on keemiline element, mille oksüdatsiooniaste on väga erinev, moodustab see ka looduses palju ühendeid. Puhtal kujul seda elementi üldse ei esine. Mineraalides ja maakides on selle pidev naaber raud. Kokku saab tuvastada mitu kõige olulisemat kivimit, sealhulgas mangaani.

1. Pürolusiit. Liitvalem: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelane, MnO2mMnOnH2O molekul.
3. Manganiit, valem MnOOH.
4. Browniit on haruldasem kui ülejäänud. Valem Mn₂O₃.
5. Gausmaniit, valem MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. Mangaani karbonaadimaagid.
8. Vaarikaspar või rodokrosiit – MnCO₃.
9. Purpurite – Mn₃PO₄.

Peale selle saate määrata veel mõned mineraalid, mis hõlmavad ka kõnealust elementi. See on:

• k altsiit;
• siderite;
• savimineraalid;
• k altsedoon;
• opaal;
• liiva-mudased ühendid.

Lisaks kivimitele ja settekivimitele, mineraalidele, on mangaan keemiline element, mis on osa järgmistest objektidest:

1. Taimeorganismid. Selle elemendi suurimad akumulaatorid on: vesikastan, pardlill, ränivetikad.
2. Roosteseened.
3. Teatud tüüpi bakterid.
4. Järgmised loomad: punased sipelgad, vähid, molluskid.
5. Inimesed – päevane vajadus on ligikaudu 3-5 mg.
6. Ookeanide veed sisaldavad seda elementi 0,3%.
7. Maakoore kogusisaldus 0,1 massiprotsenti.

Üldiselt on see meie planeedi arvukuse poolest 14. kohal. Raskmetallide seas on see teisel kohalraud.

Füüsikalised omadused

Mangaani kui lihtsa aine omaduste seisukoh alt saab eristada mitmeid põhilisi füüsikalisi omadusi.

1. Lihtsa aine kujul on see üsna tahke metall (Mohsi skaalal on näitaja 4). Värvus - hõbevalge, õhus kaetud kaitsva oksiidkilega, lõikes läikiv.
2. Sulamistemperatuur on 1246⁰C.
3. Keeda – 2061⁰C.
4. Juhi omadused on head, see on paramagnetiline.
5. Metalli tihedus on 7,44 g/cm³.
6. Esineb nelja polümorfse modifikatsioonina (α, β, γ, σ), mis erinevad kristallvõre struktuuri ja kuju ning aatomite pakkimistiheduse poolest. Nende sulamistemperatuur on samuti erinev.

Metallurgias kasutatakse kolme peamist mangaani vormi: β, γ, σ. Alfa on haruldasem, kuna see on oma omadustelt liiga habras.

Keemilised omadused

Keemia seisukoh alt on mangaan keemiline element, mille ioonide laeng varieerub suuresti vahemikus +2 kuni +7. See jätab tema tegevusele oma jälje. Vabal kujul õhus mangaan reageerib veega väga nõrg alt ja lahustub lahjendatud hapetes. Kuid niipea, kui temperatuur tõuseb, suureneb metalli aktiivsus dramaatiliselt.

Seega saab ta suhelda:

• lämmastik;
• süsinik;
• halogeenid;
• räni;
• fosfor;
• väävel ja muud mittemetallid.

Ilma õhuta kuumutamisel läheb metall kergesti aurustunud olekusse. Sõltuv alt mangaani oksüdatsiooniastmest võivad selle ühendid olla nii redutseerivad kui ka oksüdeerivad ained. Mõnel on amfoteersed omadused. Niisiis, peamised on iseloomulikud ühenditele, milles see on +2. Amfoteerne - +4 ning happeline ja tugev alt oksüdeeriv kõrgeima väärtusega +7.

Hoolimata asjaolust, et mangaan on siirdemetall, on selle jaoks vähe kompleksseid ühendeid. See on tingitud aatomi stabiilsest elektroonilisest konfiguratsioonist, kuna selle 3d alamtasand sisaldab 5 elektroni.

Saamismeetodid

Mangaani (keemiline element) saadakse tööstuses kolmel peamisel viisil. Kuna nime loetakse ladina keeles, oleme juba määranud - manganum. Kui tõlgite selle vene keelde, on see "jah, ma tõesti täpsustan, ma muudan värvi." Mangaan võlgneb oma nime antiikajast tuntud ilmsetele omadustele.

Kuid hoolimata kuulsusest õnnestus neil see puhtal kujul kasutamiseks hankida alles 1919. aastal. Seda tehakse järgmiste meetoditega.

1. Elektrolüüs, toote saagis on 99,98%. Sel viisil saadakse mangaani keemiatööstuses.
2. Silikotermiline ehk räni reduktsioon. Selle meetodi abil sulatatakse räni ja mangaan(IV)oksiid, mille tulemusena moodustub puhas metall. Saagis on umbes 68%, kuna kõrvalmõjuna on mangaani ja räni kombinatsioon silitsiidiks. Themeetodit kasutatakse metallurgiatööstuses.
3. Aluminotermiline meetod - taastamine alumiiniumiga. Samuti ei anna liiga kõrget saagist, moodustub lisanditega saastunud mangaan.

Selle metalli tootmine on oluline paljude metallurgias läbiviidavate protsesside jaoks. Isegi väike mangaani lisamine võib oluliselt mõjutada sulamite omadusi. On tõestatud, et paljud metallid lahustuvad selles, täites selle kristallvõre.

Selle elemendi kaevandamise ja tootmise poolest on Venemaa maailmas esikohal. Seda protsessi viiakse läbi ka sellistes riikides nagu:

• Hiina.
• Lõuna-Aafrika.
• Kasahstan.
• Gruusia.
• Ukraina.

Tööstuslik kasutamine

Mangaan on keemiline element, mille kasutamine on oluline mitte ainult metallurgias. aga ka muudel aladel. Lisaks puhtal kujul olevale metallile on suur tähtsus ka selle aatomi erinevatel ühenditel. Määrame peamised.

1. On mitut tüüpi sulameid, millel on tänu mangaanile ainulaadsed omadused. Näiteks Hadfieldi teras on nii tugev ja kulumiskindel, et seda kasutatakse osade sulatamiseks ekskavaatorites, kivitöötlemismasinates, purustites, kuulveskites ja soomustatud osades.
2. Mangaandioksiid on galvaniseerimisel kohustuslik oksüdeeriv element, seda kasutatakse depolarisaatorite loomiseks.
3. Orgaanilise rakendamiseks on vaja mangaaniühendeiderinevate ainete süntees.
4. Kaaliumpermanganaati (või kaaliumpermanganaati) kasutatakse meditsiinis tugeva desinfektsioonivahendina.
5. See element on osa pronksist, messingist, moodustab oma sulami vasega, mida kasutatakse lennukite turbiinide, labade ja muude osade valmistamiseks.

Bioloogiline roll

Inimese päevane mangaani vajadus on 3-5 mg. Selle elemendi puudus põhjustab närvisüsteemi depressiooni, unehäireid ja ärevust, pearinglust. Selle rolli pole veel täielikult uuritud, kuid on selge, et esiteks mõjutab see:

• kasv;
• sugunäärmete aktiivsus;
• hormoonide töö;
• vere moodustumine.

Seda elementi leidub kõigis taimedes, loomades ja inimestes, mis tõestab selle olulist bioloogilist rolli.

Huvitavad üksuse üksikasjad

Mangaan on keemiline element, mille kohta huvitavad faktid võivad igale inimesele muljet avaldada ja panna mõistma selle tähtsust. Siin on neist kõige elementaarsemad, mis on leidnud oma jälje selle metalli ajaloos.

1. NSV Liidu rasketel kodusõja aegadel oli üks esimesi eksporditooteid suures koguses mangaani sisaldav maak.
2. Kui mangaandioksiid sulatatakse kaaliumhüdroksiidi ja soolpeetriga ning seejärel lahustatakse toode vees, algavad hämmastavad muutused. Lahus muutub esm alt roheliseks, seejärel muutub värv siniseks.pärast - lilla. Lõpuks muutub see karmiinpunaseks ja järk-järgult langeb välja pruun sade. Kui segu loksutada, taastub roheline värv uuesti ja kõik kordub. Selle jaoks sai kaaliumpermanganaat oma nime, mis tõlkes tähendab "mineraalkameeleon".
3. Kui maapinnale panna mangaani sisaldavad väetised, siis tõuseb taimede produktiivsus ja kiireneb fotosünteesi kiirus. Talinisu moodustab terad paremini.
4. Suurim mangaanimineraal rodoniidi plokk kaalus 47 tonni ja leiti Uuralitest.
5. Seal on kolmekomponentne sulam, mida nimetatakse manganiiniks. See koosneb sellistest elementidest nagu vask, mangaan ja nikkel. Selle ainulaadsus seisneb selles, et sellel on kõrge elektritakistus, mis ei sõltu temperatuurist, kuid mida mõjutab rõhk.

Muidugi, see pole veel kõik selle metalli kohta öelda. Mangaan on keemiline element, mille huvitavad faktid on üsna mitmekesised. Eriti kui me räägime omadustest, mida ta erinevatele sulamitele annab.