Μαγγάνιο (χημικό στοιχείο): ιδιότητες, εφαρμογή, χαρακτηρισμός, κατάσταση οξείδωσης, ενδιαφέροντα γεγονότα

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Ένα από τα πιο σημαντικά μέταλλα για τη μεταλλουργία είναι το μαγγάνιο. Επιπλέον, είναι γενικά ένα μάλλον ασυνήθιστο στοιχείο με το οποίο συνδέονται ενδιαφέροντα γεγονότα. Σημαντικό για τους ζωντανούς οργανισμούς, που χρειάζονται για την παραγωγή πολλών κραμάτων, χημικών. Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, μια φωτογραφία του οποίου μπορείτε να δείτε παρακάτω. Είναι οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του που θα εξετάσουμε σε αυτό το άρθρο.

Χαρακτηριστικό ενός χημικού στοιχείου

Αν μιλάμε για το μαγγάνιο ως στοιχείο του περιοδικού συστήματος, τότε πρώτα από όλα θα πρέπει να χαρακτηρίσουμε τη θέση του σε αυτό.

1. Βρίσκεται στην τέταρτη μεγάλη περίοδο, την έβδομη ομάδα, δευτερεύουσα υποομάδα.
2. Τακτικός αριθμός - 25. Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, το φορτίο των πυρήνων των ατόμων του οποίου είναι +25. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίδιος, τα νετρόνια - 30.
3. Η τιμή της ατομικής μάζας είναι 54, 938.
4. Ονομασία του χημικού στοιχείου μαγγάνιο - Mn.
5. Λατινική ονομασία - μαγγάνιο.

Βρίσκεται μεταξύ χρωμίου και σιδήρου, γεγονός που εξηγεί την ομοιότητά του με αυτά στα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά.

Μαγγάνιο - χημικό στοιχείο: μέταλλο μεταπτώσεως

Αν λάβουμε υπόψη την ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός μειωμένου ατόμου, τότε ο τύπος του θα μοιάζει με: 1s²2s²2p 6 ^3δ2^3π6^4δ2^3η 5. Γίνεται προφανές ότι το στοιχείο που εξετάζουμε είναι ένα μέταλλο μετάβασης από την οικογένεια d. Πέντε ηλεκτρόνια στο 3d υποεπίπεδο δείχνουν τη σταθερότητα του ατόμου, η οποία εκδηλώνεται στις χημικές του ιδιότητες.

Ως μέταλλο, το μαγγάνιο είναι αναγωγικός παράγοντας, αλλά οι περισσότερες από τις ενώσεις του είναι ικανές να επιδεικνύουν αρκετά ισχυρές οξειδωτικές ικανότητες. Αυτό οφείλεται στις διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης και σθένους που έχει αυτό το στοιχείο. Αυτή είναι η ιδιαιτερότητα όλων των μετάλλων αυτής της οικογένειας.

Έτσι, το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο που βρίσκεται ανάμεσα σε άλλα άτομα και έχει τα δικά του ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. Ας εξετάσουμε ποιες είναι αυτές οι ιδιότητες με περισσότερες λεπτομέρειες.

Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο. Κατάσταση οξείδωσης

Έχουμε ήδη δώσει τον ηλεκτρονικό τύπο του ατόμου. Σύμφωνα με αυτήν, αυτό το στοιχείο είναι σε θέση να εμφανίσει αρκετές θετικές καταστάσεις οξείδωσης. Αυτό είναι:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Το σθένος ενός ατόμου είναι IV. Οι πιο σταθερές είναι εκείνες οι ενώσεις στις οποίες το μαγγάνιο έχει τις τιμές +2, +4, +6. Ο υψηλότερος βαθμός οξείδωσης επιτρέπει στις ενώσεις να δρουν ως οι ισχυρότεροι οξειδωτικοί παράγοντες. Για παράδειγμα: KMnO₄, Mn₂O₇.

Οι ενώσεις με +2 είναι αναγωγικοί παράγοντες, το υδροξείδιο του μαγγανίου (II) έχει αμφοτερικές ιδιότητες, με υπεροχή των βασικών. Οι ενδιάμεσες καταστάσεις οξείδωσης σχηματίζουν αμφοτερικές ενώσεις.

Ιστορικό ανακάλυψης

Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο που δεν ανακαλύφθηκε αμέσως, αλλά σταδιακά και από διαφορετικούς επιστήμονες. Ωστόσο, οι ενώσεις του χρησιμοποιήθηκαν από τους ανθρώπους από την αρχαιότητα. Οξείδιο του μαγγανίου (IV) χρησιμοποιήθηκε για την τήξη γυαλιού. Ένας Ιταλός δήλωσε το γεγονός ότι η προσθήκη αυτής της ένωσης στη χημική παραγωγή των γυαλιών μετατρέπει το χρώμα τους σε μωβ. Μαζί με αυτό, η ίδια ουσία βοηθά στην εξάλειψη της θολότητας στα χρωματιστά γυαλιά.

Αργότερα στην Αυστρία, ο επιστήμονας Kaim κατάφερε να αποκτήσει ένα κομμάτι μεταλλικού μαγγανίου εκθέτοντας πυρολυσίτη (οξείδιο μαγγανίου (IV)), ποτάσα και άνθρακα σε υψηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, αυτό το δείγμα είχε πολλές ακαθαρσίες, τις οποίες δεν μπορούσε να εξαλείψει, οπότε η ανακάλυψη δεν έγινε.

Ακόμα αργότερα, ένας άλλος επιστήμονας συνέθεσε επίσης ένα μείγμα στο οποίο ένα σημαντικό ποσοστό ήταν καθαρό μέταλλο. Ήταν ο Μπέργκμαν, ο οποίος είχε ανακαλύψει προηγουμένως το στοιχείο νικέλιο. Ωστόσο, δεν ήταν προορισμένος να τελειώσει τη δουλειά.

Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, το οποίο ελήφθη και απομονώθηκε για πρώτη φορά με τη μορφή απλής ουσίας από τον Karl Scheele το 1774. Ωστόσο, αυτό το έκανε μαζί με τον I. Gan, ο οποίος ολοκλήρωσε τη διαδικασία τήξης ενός κομματιού μετάλλου. Αλλά ακόμη και αυτοί δεν κατάφεραν να το απαλλάξουν εντελώς από τις ακαθαρσίες και να λάβουν 100% απόδοση προϊόντος.

Παρόλα αυτά, αυτή η φορά έγινετην ανακάλυψη αυτού του ατόμου. Οι ίδιοι επιστήμονες προσπάθησαν να δώσουν ένα όνομα ως ανακάλυψαν. Επέλεξαν τον όρο μαγγάνιο. Ωστόσο, μετά την ανακάλυψη του μαγνησίου, άρχισε σύγχυση και το όνομα του μαγγανίου άλλαξε στο σύγχρονο (H. David, 1908).

Δεδομένου ότι το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου οι ιδιότητες είναι πολύ πολύτιμες για πολλές μεταλλουργικές διεργασίες, με την πάροδο του χρόνου κατέστη απαραίτητο να βρεθεί ένας τρόπος για να το αποκτήσουμε στην πιο καθαρή μορφή. Αυτό το πρόβλημα επιλύθηκε από επιστήμονες σε όλο τον κόσμο, αλλά κατάφερε να επιλυθεί μόνο το 1919 χάρη στο έργο του R. Agladze, ενός Σοβιετικού χημικού. Ήταν αυτός που βρήκε μια μέθοδο με την οποία είναι δυνατή η απόκτηση καθαρού μετάλλου με περιεκτικότητα σε ουσία 99,98% από θειικά άλατα και χλωρίδια του μαγγανίου με ηλεκτρόλυση. Τώρα αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται σε όλο τον κόσμο.

Όντας στη φύση

Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, μια φωτογραφία μιας απλής ουσίας του οποίου φαίνεται παρακάτω. Στη φύση, υπάρχουν πολλά ισότοπα αυτού του ατόμου, ο αριθμός των νετρονίων στα οποία ποικίλλει πολύ. Έτσι, οι αριθμοί μάζας κυμαίνονται από 44 έως 69. Ωστόσο, το μόνο σταθερό ισότοπο είναι το στοιχείο με την τιμή ⁵⁵Mn, όλα τα υπόλοιπα έχουν είτε αμελητέα μικρό χρόνο ημιζωής είτε υπάρχουν σε πολύ μικρές ποσότητες.

Δεδομένου ότι το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου η κατάσταση οξείδωσης είναι πολύ διαφορετική, σχηματίζει επίσης πολλές ενώσεις στη φύση. Στην καθαρή του μορφή, αυτό το στοιχείο δεν εμφανίζεται καθόλου. Στα ορυκτά και τα μεταλλεύματα, ο σταθερός γείτονάς του είναι ο σίδηρος. Συνολικά, μπορούν να εντοπιστούν αρκετά από τα πιο σημαντικά πετρώματα, στα οποία περιλαμβάνονται και το μαγγάνιο.

1. Πυρολουσίτης. Σύνθετος τύπος: MnO₂nH₂O.
2. Μόριο Ψιλομελάνιο, MnO2mMnOnH2O.
3. Μαγγανίτης, τύπος MnOOH.
4. Ο Brownite είναι πιο σπάνιος από τους υπόλοιπους. Τύπος Mn₂O₃.
5. Γκαουσμανίτης, τύπος MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. Ανθρακικά μεταλλεύματα μαγγανίου.
8. Spar ή rhodochrosite σμέουρων - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

Εκτός αυτού, μπορείτε να ορίσετε μερικά ακόμη ορυκτά, τα οποία περιλαμβάνουν επίσης το εν λόγω στοιχείο. Αυτό είναι:

• ασβεστίτης;
• siderite;
• ορυκτά αργίλου;
• χαλκηδόνιο;
• opal;
• ενώσεις άμμου-ιλύος.

Εκτός από τα πετρώματα και τα ιζηματογενή πετρώματα, τα ορυκτά, το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο που αποτελεί μέρος των παρακάτω αντικειμένων:

1. Φυτικοί οργανισμοί. Οι μεγαλύτεροι συσσωρευτές αυτού του στοιχείου είναι: νεροκάστανο, παπιά, διάτομα.
2. Μανιτάρια σκουριάς.
3. Μερικοί τύποι βακτηρίων.
4. Ακολουθούν ζώα: κόκκινα μυρμήγκια, μαλακόστρακα, μαλάκια.
5. Άτομα - η ημερήσια απαίτηση είναι περίπου 3-5 mg.
6. Τα νερά των ωκεανών περιέχουν 0,3% αυτού του στοιχείου.
7. Συνολική περιεκτικότητα στον φλοιό της γης 0,1% κατά μάζα.

Γενικά, είναι το 14ο πιο άφθονο στοιχείο από όλα στον πλανήτη μας. Μεταξύ των βαρέων μετάλλων, είναι το δεύτερο μετάσίδερο.

Φυσικές ιδιότητες

Από την άποψη των ιδιοτήτων του μαγγανίου, ως απλής ουσίας, μπορούν να διακριθούν αρκετά βασικά φυσικά χαρακτηριστικά για αυτό.

1. Με τη μορφή μιας απλής ουσίας, είναι ένα αρκετά συμπαγές μέταλλο (στην κλίμακα Mohs, ο δείκτης είναι 4). Χρώμα - ασημί-λευκό, καλυμμένο με προστατευτική μεμβράνη οξειδίου στον αέρα, γυαλιστερό στο κόψιμο.
2. Το σημείο τήξης είναι 1246⁰C.
3. Βράσιμο - 2061⁰C.
4. Οι ιδιότητες του αγωγού είναι καλές, είναι παραμαγνητικός.
5. Η πυκνότητα μετάλλου είναι 7,44 g/cm³.
6. Υπάρχει με τη μορφή τεσσάρων πολυμορφικών τροποποιήσεων (α, β, γ, σ), που διαφέρουν ως προς τη δομή και το σχήμα του κρυσταλλικού πλέγματος και την πυκνότητα πλήρωσης των ατόμων. Το σημείο τήξης τους είναι επίσης διαφορετικό.

Υπάρχουν τρεις κύριες μορφές μαγγανίου που χρησιμοποιούνται στη μεταλλουργία: β, γ, σ. Το Alpha είναι πιο σπάνιο, καθώς είναι πολύ εύθραυστο στις ιδιότητές του.

Χημικές ιδιότητες

Από τη σκοπιά της χημείας, το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου το φορτίο ιόντων ποικίλλει πολύ από +2 έως +7. Αυτό αφήνει το στίγμα του στη δραστηριότητά του. Σε ελεύθερη μορφή στον αέρα, το μαγγάνιο αντιδρά πολύ ασθενώς με το νερό και διαλύεται σε αραιά οξέα. Ωστόσο, μόλις αυξηθεί η θερμοκρασία, η δραστηριότητα του μετάλλου αυξάνεται δραματικά.

Έτσι, είναι σε θέση να αλληλεπιδρά με:

• άζωτο;
• carbon;
• αλογόνα;
• πυρίτιο;
• φώσφορος;
• θείο και άλλα αμέταλλα.

Όταν θερμαίνεται χωρίς αέρα, το μέταλλο περνά εύκολα σε κατάσταση ατμού. Ανάλογα με την κατάσταση οξείδωσης που παρουσιάζει το μαγγάνιο, οι ενώσεις του μπορεί να είναι και αναγωγικοί και οξειδωτικοί παράγοντες. Μερικά παρουσιάζουν αμφοτερικές ιδιότητες. Έτσι, τα κύρια είναι χαρακτηριστικά των ενώσεων στις οποίες είναι +2. Αμφοτερικό - +4, και όξινο και ισχυρό οξειδωτικό στην υψηλότερη τιμή +7.

Παρά το γεγονός ότι το μαγγάνιο είναι μεταβατικό μέταλλο, οι σύνθετες ενώσεις του είναι λίγες. Αυτό οφείλεται στη σταθερή ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου, επειδή το 3d υποεπίπεδό του περιέχει 5 ηλεκτρόνια.

Μέθοδοι απόκτησης

Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι με τους οποίους λαμβάνεται το μαγγάνιο (ένα χημικό στοιχείο) στη βιομηχανία. Καθώς το όνομα διαβάζεται στα λατινικά, έχουμε ήδη ορίσει - manganum. Εάν το μεταφράσετε στα ρωσικά, τότε θα είναι "ναι, πραγματικά διευκρινίζω, αποχρωματίζω". Το μαγγάνιο οφείλει το όνομά του στις εμφανείς ιδιότητες γνωστές από την αρχαιότητα.

Ωστόσο, παρά τη φήμη, κατάφεραν να το φέρουν στην καθαρή του μορφή για χρήση μόλις το 1919. Αυτό γίνεται με τις ακόλουθες μεθόδους.

1. Ηλεκτρόλυση, η απόδοση προϊόντος είναι 99,98%. Με αυτόν τον τρόπο, το μαγγάνιο λαμβάνεται στη χημική βιομηχανία.
2. Πυριτιοθερμική, ή μείωση πυριτίου. Με αυτή τη μέθοδο, το πυρίτιο και το οξείδιο του μαγγανίου (IV) συντήκονται, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί ένα καθαρό μέταλλο. Η απόδοση είναι περίπου 68%, καθώς παρενέργεια είναι ο συνδυασμός μαγγανίου με πυρίτιο για σχηματισμό πυριτίου. οη μέθοδος χρησιμοποιείται στη μεταλλουργική βιομηχανία.
3. Αλουμινοθερμική μέθοδος - αποκατάσταση με αλουμίνιο. Επίσης δεν δίνει πολύ υψηλή απόδοση προϊόντος, το μαγγάνιο σχηματίζεται μολυσμένο με ακαθαρσίες.

Η παραγωγή αυτού του μετάλλου είναι σημαντική για πολλές διεργασίες που πραγματοποιούνται στη μεταλλουργία. Ακόμη και μια μικρή προσθήκη μαγγανίου μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες των κραμάτων. Έχει αποδειχθεί ότι πολλά μέταλλα διαλύονται σε αυτό, γεμίζοντας το κρυσταλλικό του πλέγμα.

Όσον αφορά την εξόρυξη και την παραγωγή αυτού του στοιχείου, η Ρωσία κατέχει την πρώτη θέση στον κόσμο. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται επίσης σε χώρες όπως:

• Κίνα.
• Νότια Αφρική.
• Καζακστάν.
• Γεωργία.
• Ουκρανία.

Βιομηχανική χρήση

Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, η χρήση του οποίου είναι σημαντική όχι μόνο στη μεταλλουργία. αλλά και σε άλλους τομείς. Εκτός από το μέταλλο στην καθαρή του μορφή, μεγάλη σημασία έχουν και διάφορες ενώσεις αυτού του ατόμου. Ας ορίσουμε τα κυριότερα.

1. Υπάρχουν διάφοροι τύποι κραμάτων που, χάρη στο μαγγάνιο, έχουν μοναδικές ιδιότητες. Έτσι, για παράδειγμα, ο χάλυβας Hadfield είναι τόσο ισχυρός και ανθεκτικός στη φθορά που χρησιμοποιείται για την τήξη εξαρτημάτων για εκσκαφείς, μηχανές επεξεργασίας λίθων, θραυστήρες, σφαιρόμυλους και θωρακισμένα μέρη.
2. Το διοξείδιο του μαγγανίου είναι υποχρεωτικό οξειδωτικό στοιχείο της ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αποπολωτικών.
3. Οι ενώσεις μαγγανίου απαιτούνται για την εφαρμογή των οργανικώνσυνθέσεις διαφόρων ουσιών.
4. Το υπερμαγγανικό κάλιο (ή υπερμαγγανικό κάλιο) χρησιμοποιείται στην ιατρική ως ισχυρό απολυμαντικό.
5. Αυτό το στοιχείο είναι μέρος του μπρούντζου, ορείχαλκου, σχηματίζει το δικό του κράμα με χαλκό, το οποίο χρησιμοποιείται για την κατασκευή στροβίλων αεροσκαφών, πτερυγίων και άλλων εξαρτημάτων.

Βιολογικός ρόλος

Η ημερήσια ανάγκη για μαγγάνιο για ένα άτομο είναι 3-5 mg. Η ανεπάρκεια αυτού του στοιχείου οδηγεί σε κατάθλιψη του νευρικού συστήματος, διαταραχή του ύπνου και άγχος, ζάλη. Ο ρόλος του δεν έχει ακόμη μελετηθεί πλήρως, αλλά είναι σαφές ότι, πρώτα απ 'όλα, έχει αντίκτυπο στα:

• ανάπτυξη;
• δραστηριότητα των γονάδων;
• ορμονική εργασία;
• σχηματισμός αίματος.

Αυτό το στοιχείο υπάρχει σε όλα τα φυτά, τα ζώα, τους ανθρώπους, γεγονός που αποδεικνύει τον σημαντικό βιολογικό του ρόλο.

Ενδιαφέρουσες λεπτομέρειες αντικειμένου

Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, ενδιαφέροντα στοιχεία για το οποίο μπορούν να εντυπωσιάσουν κάθε άτομο, καθώς και να σας κάνουν να καταλάβετε πόσο σημαντικό είναι. Εδώ είναι τα πιο βασικά από αυτά, που έχουν βρει το στίγμα τους στην ιστορία αυτού του μετάλλου.

1. Κατά τους δύσκολους καιρούς του εμφυλίου πολέμου στην ΕΣΣΔ, ένα από τα πρώτα προϊόντα εξαγωγής ήταν μετάλλευμα που περιείχε μεγάλη ποσότητα μαγγανίου.
2. Εάν το διοξείδιο του μαγγανίου συγχωνευθεί με υδροξείδιο του καλίου και άλας και στη συνέχεια το προϊόν διαλυθεί σε νερό, θα αρχίσουν εκπληκτικοί μετασχηματισμοί. Το διάλυμα πρώτα θα γίνει πράσινο και μετά το χρώμα θα αλλάξει σε μπλε.μετά - μωβ. Τέλος θα γίνει κατακόκκινο και σταδιακά θα πέσει ένα καφέ ίζημα. Αν το μείγμα ανακινηθεί, τότε το πράσινο χρώμα θα αποκατασταθεί ξανά και όλα θα ξαναγίνουν. Γι' αυτό πήρε το όνομά του το υπερμαγγανικό κάλιο, το οποίο μεταφράζεται ως "ορυκτός χαμαιλέοντας".
3. Εάν λιπάσματα που περιέχουν μαγγάνιο εφαρμοστούν στο έδαφος, τότε η παραγωγικότητα των φυτών θα αυξηθεί και ο ρυθμός φωτοσύνθεσης θα αυξηθεί. Το χειμερινό σιτάρι θα σχηματίσει καλύτερα κόκκους.
4. Το μεγαλύτερο μπλοκ του ορυκτού μαγγανίου ροδονίτη ζύγιζε 47 τόνους και βρέθηκε στα Ουράλια.
5. Υπάρχει ένα τριμερές κράμα που ονομάζεται μαγγανίνη. Αποτελείται από στοιχεία όπως χαλκός, μαγγάνιο και νικέλιο. Η μοναδικότητά του είναι ότι έχει υψηλή ηλεκτρική αντίσταση, η οποία είναι ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία, αλλά επηρεάζεται από την πίεση.

Φυσικά, δεν είναι μόνο αυτό που μπορούμε να πούμε για αυτό το μέταλλο. Το μαγγάνιο είναι ένα χημικό στοιχείο, ενδιαφέροντα στοιχεία για το οποίο είναι αρκετά διαφορετικά. Ειδικά αν μιλάμε για τις ιδιότητες που δίνει σε διάφορα κράματα.