Марганець(лат. manganum), mn, хімічний елемент vii групи періодичної системиМенделєєва; атомний номер 25, атомна маса 54,9380; важкий сріблясто-білий метал. У природі елемент представлений одним ізотопом стабільним 55 mn.
Історична довідка. Мінерали М. відомі здавна. Давньоримський натураліст Пліній згадує про чорний камінь, який використовували для знебарвлення рідкої скляної маси; мова йшла про мінерал піролюзиту mno 2. У Грузії піролюзит з найдавніших часів служив присадним матеріалом при отриманні заліза. Довгий час піролюзит називали чорною магнезією і вважали різновидом магнітного залізняку ( магнетиту). У 1774 До. Шеєлепоказав, що це з'єднання невідомого металу, а інший шведський вчений Ю. Ган, сильно нагріваючи суміш піролюзиту з вугіллям, отримав М., забруднений вуглецем. Назва М. традиційно виробляють від німецького manganerz - марганцева руда.
Поширення у природі. Середній зміст М. земної кори 0,1 %, у більшості вивержених порід 0,06-0,2 % за масою, де він перебуває у розсіяному стані у формі mn 2+ (аналог fe 2+). на земної поверхні mn 2+ легко окислюється, тут відомі також мінерали mn 3+ та mn 4+. У біосфері М. енергійно мігрує у відновлювальних умовах і малорухливий в окисному середовищі. Найбільш рухливий М. у кислих водах тундри та лісових ландшафтів, де він знаходиться у формі mn 2+ . Зміст М. тут часто підвищено і культурні рослинимісцями страждають від надлишку М.; у ґрунтах, озерах, болотах утворюються залізо-марганцеві конкреції, озерні та болотні руди. У сухих степах і пустелях в умовах лужного окисного середовища М. малорухливий, організми бідні М., культурні рослини часто потребують марганцевих мікродобрив. Річкові води бідні М. (10 -6 -10 -5 г/л), однак сумарний винесення цього елемента річками величезний, причому основна його маса тримає в облозі в прибережній зоні. Ще менше М. у воді озер, морів та океанів; у багатьох місцях океанічного дна поширені залізо-марганцеві конкреції, що утворилися у минулі геологічні періоди.
Фізичні та хімічні властивості. Щільність М. 7,2-7,4 г/см 3, tпл 1245 ° С; tстос 2150 °c. М. має 4 поліморфні модифікації: α-mn (кубічна об'ємноцентрована решітка з 58 атомами в елементарному осередку), β-mn (кубічна об'ємноцентрована з 20 атомами в осередку), γ-mn (тетрагональна з 4 атомами в осередку) (Кубічна об'ємноцентрована). Температура перетворень:
αβ 705°c; βγ 1090°c; γδ 1133°c;
α-модифікація тендітна; γ (і частково β) пластична, що має значення при створенні сплавів.
Атомний радіус М. 1,30. Іонні радіуси (å): mn 2+ 0,91, mn 4+ 0,52, mn 7+ 0,46. Інші фізичні властивостіα-mn: питома теплоємність (при 25 ° С) 0,478 кдж/(кг ·К) [тобто 0,114 кал/(г ·°С)]; температурний коефіцієнт лінійного розширення (при 20 ° С) 22,3? 10 -6 град-1 теплопровідність (при 25 °С) 66,57 вт/(м? К) [тобто 0,159 кал/(см · сік°С)]; питомий об'ємний електричний опір 1,5-2,6 мком · м(тобто 150-260 мком · см) ; температурний коефіцієнт електричного опору (2-3)? 10 -4 град -1М. парамагнітний.
Хімічно М. досить активний, при нагріванні енергійно взаємодіє з неметалами - киснем (утворюється суміш оксидів М. різної валентності), азотом (mn 4 n, mn 2 n 1 , mn 3 n 2), сіркою (mns, mns 2), вуглецем (mn 3 c, mn 23 c 6 , mn 7 c 3 , mn 5 c 6), фосфором (mn 2 p, mnp) та ін. кімнатній температуріМ. на повітрі не змінюється; дуже повільно реагує із водою. У кислотах (соляної, розведеної сірчаної) легко розчиняється, утворюючи солі двовалентного М. При нагріванні у вакуумі М. легко випаровується навіть із сплавів.
М. утворює сплави з багатьма хімічними елементами; більшість металів розчиняється в окремих його модифікаціях та стабілізує їх. Так, cu, fe, Со, ni та інші стабілізують γ-модифікацію. al, ag та інші розширюють області β- та σ-mn у подвійних сплавах. Це має важливе значення для отримання сплавів на основі М., що піддаються пластичній деформації (ковці, прокатці, штампуванні).
У сполуках М. зазвичай виявляє валентність від 2 до 7 (найстійкіші ступені окислення +2, +4 і +7). Зі збільшенням ступеня окиснення зростають окисні та кислотні властивості сполук М.
З'єднання mn(+2) – відновники. Окис mno – порошок сіро-зеленого кольору; володіє основними властивостями, нерозчинна у воді та лугах, добре розчинна у кислотах. Гідроокис mn(oh) 2 - біла речовина, нерозчинна у воді. З'єднання mn(+4) можуть виступати і як окислювачі (а) і як відновники (б):
mno 2 +4hcl = mncl 2 + cl 2 + 2h 2 o (a)
(за цією реакцією в лабораторіях отримують хлор)
mno 2 + kclo 3 + 6koh = ЗК 2 Мno 4 + kcl + ДТ 2 О (б)
(Реакція йде при сплавленні).
Двоокис mno 2 - чорно-бурого кольору, що відповідає гідроокис mn(oh) 4 - темно-бурого кольору. Обидві сполуки у воді нерозчинні, обидві амфотерни з невеликим переважанням кислотної функції. Солі типу k 4 mno 4 називаються манганами.
Зі сполук mn(+6) найбільш характерні марганцева кислотата її солі манганати. Дуже важливі сполуки mn(+7) - марганцова кислота, марганцовий ангідрид і перманганати.
Отримання. Найбільш чистий М. одержують у промисловості за способом радянського електрохіміка Р. І. Агладзе (1939) електролізом водних розчинів mnso 4 з добавкою (nh 4) 2 so 4 при ph = 8,0-8,5. Процес ведуть з анодами зі свинцю та катодами з титанового сплаву АТ-3 або нержавіючої сталі. Луска М. знімають з катодів і, якщо необхідно, переплавляють. Галогенним процесом, наприклад хлоруванням руди mn, і відновленням галогенідів отримують М. із сумою домішок близько 0,1%. Менш чистий М. отримують алюмінійпо реакції:
3Мn 3 o 4 + 8al = 9mn + 4al 2 o 3
а також електротермією.
Застосування. Основний споживач М. - чорна металургія, що витрачає в середньому близько 8-9 кгМ. на 1 тсталі, що виплавляється. Для введення М. у сталь застосовують найчастіше його сплави із залізом - феромарганець (70-80 % М., 0,5-7,0 % вуглецю, інше залізо та домішки). Виплавляють його в доменних та електричних печах. Високовуглецевий феромарганець служить для розкислення та десульфурації сталі; середньо-і маловуглецевий – для легування сталі. Малолегована конструкційна та рейкова сталь містить 0,9-1,6% mn; високолегована, дуже зносостійка сталь з 15% mn і 1,25% c (винахідена англійським металургом Р. Гейрілдом в 1883) була однією з перших легованих сталей. У СРСР виробляється безнікелева нержавіюча сталь, що містить 14% cr і 15% mn.
М. використовується також у сплавах на незалізній основі. Сплави міді з М. застосовують виготовлення турбінних лопаток; марганцеві бронзи - при виробництві пропелерів та інших деталей, де необхідне поєднання міцності та корозійної стійкості. Майже всі промислові алюмінієві сплавиі магнієві сплавимістять М. Розроблені сплави, що деформуються, на основі М., леговані міддю, нікелем та іншими елементами. Гальванічне покриття М. використовується для захисту металевих виробів від корозії.
Сполуки М. застосовують і при виготовленні гальванічних елементів; у виробництві скла та в керамічній промисловості; у фарбувальній та поліграфічній промисловості, в сільському господарствіі т.д.
Ф. М. Тавадзе.
Марганець в організмі. М. широко поширений у природі, будучи постійною складовоюрослинних та тваринних організмів. Зміст М. у рослинах становить десятитисячні - соті, а тварин - стотисячні - тисячні частки відсотка. Безхребетні тварини багатші за М., ніж хребетні. Серед рослин значну кількість М. накопичують деякі іржі гриби, водяний горіх, ряска, бактерії пологів leptothrix, crenothrix та деякі діатомові водорості (cocconeis) (до кількох відсотків у золі), серед тварин - руді мурахи, деякі молюски та ракоподібні (до сотих відсотка). М. - активатор ряду ферментів, бере участь у процесах дихання, фотосинтезі, біосинтезі нуклеїнових кислот та ін., посилює дію інсуліну та інших гормонів, впливає на кровотворення та мінеральний обмін. Нестача М. у рослин викликає некрози, хлороз яблуні та цитрусових, плямистість злаків, опіки у картоплі, ячменю і т. п. М. виявлений у всіх органах і тканинах людини (найбагатші їм печінка, скелет і щитовидна залоза). Добова потреба тварин і людини в М. – кілька мг(щодня з їжею людина отримує 3-8 мгМ.). Потреба М. підвищується при фізичному навантаженні, при нестачі сонячного світла; діти потребують більшої кількості М., ніж дорослі. Показано, що недолік М. у їжі тварин негативно впливає на їх ріст та розвиток, викликає анемію, так звану лактаційну тетанію, порушення мінерального обміну кісткової тканини. Для запобігання зазначеним захворюванням у корм вводять солі М.
Г. Я. Жизневська.
У медицині деякі солі М. (наприклад, kmno 4) застосовують як дезінфікуючі засоби. Сполуки М., що застосовуються в багатьох галузях промисловості, можуть надавати токсичну дію на організм. Вступаючи в організм головним чином через дихальні шляхи, М. накопичується в паренхіматозних органах (печінка, селезінка), кістках і м'язах і виводиться повільно, протягом багатьох років. Гранично допустима концентрація сполук М. у повітрі – 0,3 мг/м 3. При виражених отруєннях спостерігається поразка нервової системиз характерним синдромом марганцевого паркінсонізму.
Лікування: вітамінотерапія, холінолітичні засоби та ін. Профілактика: дотримання правил гігієни праці.
Літ.:Саллі А. Х., Марганець, переклад з англійської, М., 1959; Виробництво феросплавів, 2 видавництва, М., 1957; Пірсон А., Марганець та його роль у фотосинтезі, у збірнику: Мікроелементи, переклад з англійської, М., 1962.
реферат
Марганець - елемент побічної підгрупи сьомої групи четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з атомним номером 25. Позначається символом Mn (лат. Manganum).
Історія відкриття марганцюВідомий природодослідник та письменник стародавнього РимуПліній Старший вказував на чудову здатність чорного порошку освітлювати скло. Давно ця речовина, що дає при розмелюванні чорний порошок, називається піролюзитом або двоокисом марганцю. Про здатність піролюзиту очищати скло писав у 1540 р. і Ваноччіо Бірінгуччіо. Піролюзит є найважливішою рудою для одержання марганцю - металу, що вживається головним чином у металургії.
Від слова "магнезія" отримали свої назви марганець та магній. Походження найменування двох хімічних елементів від однієї й тієї ж слова пояснюється тим, що піролюзит тривалий час протиставлявся білої магнезії і називався чорної магнезією. Після отримання металу чистому виглядімарганець було перейменовано. В основу назви було покладено грецьке слово "манганезе", що означало очищати (натяк на його застосування в давнину як "очисник" скла). Деякі дослідники вважають, що назва елемента походить від латинського слова "магнес" - магніт, оскільки піролюзит, з якого добувають марганець, вважався в давнину різновидом тієї речовини, яка тепер називається магнітним залізняком.
Марганець було відкрито 1774 р. шведським хіміком Карлом Вільгельмом Шееле. Щоправда, ні марганець, ні молібден, ні вольфрам Шееле не виділив у чистому вигляді; він лише зазначив, що у досліджених ним мінералах містяться нові елементи. Елемент №25 виявили в мінералі піролюзиті МnО 2 · Н 2 Про, відомому ще Плінію Старшому. Пліній вважав його різновидом магнітного залізняку, хоча піролюзит не притягується магнітом. Цьому суперечності Пліній дав пояснення.
У рукописах знаменитого алхіміка Альберта Великого (XIII ст) цей мінерал називається «магнезія». У XVI ст. зустрічається вже назва «манганезе», яке, можливо, дано склоробами і походить від слова «манганідейн» – чистити.
Коли Шееле 1774 р. займався дослідженням піролюзиту, він посилав своєму другові Юхану Готлібу Гану зразки цього мінералу. Ган, згодом професор, видатний хімік свого часу, скочував з піролюзиту кульки, додаючи до руди олію, і сильно нагрівав пх у тиглі, викладеному деревним вугіллям. Виходили металеві кульки, що важили втричі менше, ніж кульки з руди. То й був марганець. Новий метал називали спочатку "магнезія", але так як на той час вже була відома біла магнезія - окис магнію, метал перейменували в "магнезіум"; цю назву і було прийнято Французькою комісією з номенклатури в 1787 р. Але в 1808 р. Хемфрі Деві відкрив магнії і назвав його «магнезіум»; тоді, щоб уникнути плутанини, марганець стали називати «манганум. »
У Росії марганцем довгий час називали піролюзит, поки в 1807 р. А.І. Шерер не запропонував називати марганцем метал, отриманий з піролюзиту, а сам мінерал у роки називали чорним марганцем.
Поширеність у природі марганцюМарганець - 14-й елемент за поширеністю Землі, а після заліза - другий важкий метал, що у земної корі (0,03 % від загальної кількості атомів земної кори). У біосфері Марганець енергійно мігрує у відновлювальних умовах і малорухливий в окисному середовищі. Найбільш рухливий Марганець у кислих водах тундри та лісових ландшафтів, де він знаходиться у формі Мn 2+ . Зміст Марганцю тут часто підвищений і культурні рослини місцями страждають від надлишку Марганцю. Вагова кількість марганцю збільшується від кислих (600 г/т) до основних пород (2,2 кг/т). Супроводжує залозу у багатьох його рудах, проте трапляються й самостійні родовища марганцю. У чиатурському родовищі (район Кутаїсі) зосереджено до 40% марганцевих руд. Марганець, розсіяний у гірських породахвимивається водою і виноситься у Світовий океан. При цьому його вміст у морській воді незначний (10 -7 -10 -6 %), а в глибоких місцях океану його концентрація зростає до 0,3 % внаслідок окислення розчиненим у воді киснем з утворенням нерозчинного у воді оксиду марганцю, який у гідратованій формі (MnO 2 · x H 2 O) і опускається в нижні шари океану, формуючи так звані залізо-марганцеві конкреції на дні, в яких кількість марганцю може досягати 45% (також у них є домішки міді, нікелю, кобальту). Такі конкреції можуть стати у майбутньому джерелом марганцю для промисловості.
Цей метал поширений приблизно так само, як сірка чи фосфор. Багаті поклади марганцевих руд знаходяться в Індії, Бразилії, Західній та Південній Африці.
У Росії є гостродефіцитною сировиною, відомі родовища: «Усинське» в Кемеровській області, «Опівнічне» у Свердловській, «Порожинське» в Красноярському краї, «Південно-Хінганське» в Єврейській автономній області, «Рогачово-Тайнінська» площа та «Північно-Тайнінське» » поле на Новій Землі.
Отримання марганцюПерший металевий марганець був отриманий при відновленні піролюзиту вугіллям деревним: МnО 2 + C → Mn + 2CO. Але це був елементарний марганець. Подібно до своїх сусідів за таблицею Менделєєва – хромом і залізом, марганець реагує з вуглецем і завжди містить домішку карбіду. Отже, за допомогою вуглецю чистий марганець не одержати. Зараз для отримання металевого марганцю застосовують три способи: силікотермічний (відновлення кремнієм), алюмінієвий (відновлення алюмінієм) та електролітичний.
Найбільш широке поширення знайшов алюмінотермічний спосіб, розроблений у наприкінці XIXв. В цьому випадку як марганцева сировина краще застосовувати не піролюзит, а закис-окис марганцю Mn 3 O 4 . Піролюзит реагує з алюмінієм із виділенням такої великої кількості тепла, що реакція легко може стати некерованою. Тому, перш ніж відновлювати піролюзит, його обпалюють, а вже отриманий закис-окис змішують з алюмінієвим порошком і підпалюють у спеціальному контейнері. Починається реакція 3Мn 3 O 4 + 8Аl → 9Мn + 4Аl 2 Про 3 – досить швидка і потребує додаткових витрат енергії. Отриманий розплав охолоджують, сколюють тендітний шлак, а злиток марганцю дроблять і відправляють на подальшу переробку.
Однак алюмінотермічний спосіб, як і силікотермічний, не дає марганцю високої чистоти. Очистити алюмінотермічний марганець можна сублімацією, але цей спосіб малопродуктивний і дорогий. Тому металурги давно шукали нові способи отримання чистого металевого марганцю і, звісно, передусім сподівалися електролітичне рафінування. Але на відміну від міді, нікелю та інших металів, марганець, що відкладався на електродах, не був чистим: його забруднювали домішки оксидів. Понад те, виходив пористий, неміцний, незручний для переробки метал.
Багато відомих вчених намагалися підібрати оптимальний режим електролізу марганцевого з'єднання, але безуспішно. Це завдання вирішив і 1919 радянський вчений Р.І. Агладзе (нині дійсний член Академії наук Грузинської РСР). За розробленою ним технологією електролізу з хлористих і сірчанокислих солей виходить досить щільний метал, що містить до 99,98% елемента №25. Цей метод ліг в основу промислового отриманняметалевий марганець.
Зовні цей метал схожий на залізо, тільки твердіше за нього. На повітрі окислюється, але, як і в алюмінію, плівка окис швидко покриває всю поверхню металу і перешкоджає подальшому окисленню. З кислотами марганець реагує швидко, з азотом утворює нітриди, із вуглецем – карбіди. Загалом типовий метал.
Фізичні властивості марганцюЩільність Марганцю 7,2-7,4 г/см 3 ; t пл 1245 ° С; t кіп 2150 °С. Марганець має 4 поліморфні модифікації: α-Мn (кубічна об'ємноцентрована решітка з 58 атомами в елементарному осередку), β-Мn (кубічна об'ємноцентрована з 20 атомами в осередку), γ-Мn (тетрагональна з 4 атомами в осередку) та δ-Mn кубічна об'ємноцентрована). Температура перетворень: = 705 °С; β=γ 1090 °С та γ=δ 1133 °С; α-модифікація тендітна; γ (і частково β) пластична, що має значення при створенні сплавів.
Атомний радіус Марганцю 1,30 Å. іонні радіуси(A): Mn 2+ 0,91, Mn 4+ 0,52; Mn 7+ 0,46. Інші фізичні властивості α-Mn: питома теплоємність (при 25°С) 0,478 кДж/(кг·К) [т. е. 0.114 ккал/(г·°С)]; температурний коефіцієнт лінійного розширення (при 20 ° С) 22,3 · 10 -6 град -1; теплопровідність (при 25 °С) 66,57 Вт/(м·К) [т. е. 0,159 кал/(см·сек·°С)]; питомий об'ємний електричний опір 1,5-2,6 мком·м (тобто 150-260 мком·см): температурний коефіцієнт електричного опору (2-3)·10 -4 град -1 . Марганець парамагнітний.
Хімічні властивості марганцю
Марганець досить активний, при нагріванні енергійно взаємодіє з неметалами – киснем (утворюється суміш оксидів Марганцю різної валентності), азотом, сіркою, вуглецем, фосфором та іншими. За кімнатної температури Марганець на повітрі не змінюється: дуже повільно реагує з водою. У кислотах (соляної, розведеної сірчаної) легко розчиняється, утворюючи солі двовалентного марганцю. При нагріванні у вакуумі марганець легко випаровується навіть із сплавів.
При окисненні на повітрі пасивується. Порошкоподібний марганець згоряє у кисні (Mn + O 2 → MnO 2). Марганець при нагріванні розкладає воду, витісняючи водень (Mn + 2H 2 O →(t) Mn(OH) 2 + H 2 ), гідроксид марганцю, що утворюється, уповільнює реакцію.
Марганець поглинає водень, із підвищенням температури його розчинність у марганці збільшується. При температурі вище 1200 C взаємодіє з азотом, утворюючи різні за складом нітриди.
Вуглець реагує з розплавленим марганцем, утворюючи карбіди Mn 3 C та інші. Утворює також силіциди, бориди, фосфіди.
C соляною та сірчаною кислотами реагує за рівнянням:
Mn + 2H + → Mn 2+ + H 2
З концентрованою сірчаною кислотою реакція йде за рівнянням:
Mn + 2H 2 SO 4 (конц.) → MnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
У лужному розчині марганець стійкий.
Марганець утворює такі оксиди: MnO, Mn 2 O 3 , MnO 2 , MnO 3 (не виділений у вільному стані) та марганцевий ангідрид Mn 2 O 7 .
Mn 2 O 7 у звичайних умовах рідка масляниста речовина темно-зеленого, дуже нестійка; у суміші з концентрованою сірчаною кислотою займає органічні речовини. При 90 °C Mn 2 O 7 розкладається із вибухом. Найбільш стійкі оксиди Mn 2 O 3 і MnO 2 і комбінований оксид Mn 3 O 4 (2MnO·MnO 2 або сіль Mn 2 MnO 4).
При сплавленні оксиду марганцю (IV) (піролюзит) з лугами у присутності кисню утворюються манганати:
2MnO 2 + 4KOH + O 2 → 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O
Розчин манганату має темно-зелений колір. При підкисленні протікає реакція:
3K 2 MnO 4 + 3H 2 SO 4 → 3K 2 SO 4 + 2HMnO 4 + MnO(OH) 2 ↓ + H 2 O
Розчин забарвлюється в малиновий колір через появу аніону MnO 4 і з нього випадає коричневий осад гідроксиду марганцю (IV).
Марганцева кислота дуже сильна, але нестійка, її неможливо сконцентрувати більш ніж до 20%. Сама кислота та її солі (перманганати) – сильні окислювачі. Наприклад, перманганат калію в залежності від рН розчину окислює різні речовини, відновлюючись до сполук марганцю різного ступеня окиснення. У кислому середовищі - до сполук марганцю (II), в нейтральному - до сполук марганцю (IV), сильно лужному - до сполук марганцю (VI).
При прожарюванні перманганати розкладаються із кисню (один з лабораторних способів отримання чистого кисню). Реакція йде за рівнянням (на прикладі перманганату калію):
2KMnO 4 →(t) K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
Під дією сильних окислювачів іон Mn 2+ перетворюється на іон MnO 4 − :
2MnSO 4 + 5PbO 2 + 6HNO 3 → 2HMnO 4 + 2PbSO 4 + 3Pb(NO 3) 2 + 2H 2 O
Ця реакція використовується для якісного визначення Mn 2+
При підлужуванні розчинів солей Mn (II) з них випадає осад гідроксиду марганцю (II), що швидко буріє на повітрі в результаті окислення.
Застосування марганцю у промисловостіМарганець міститься у всіх видах сталі та чавуну. Здатність марганцю давати сплави з більшістю відомих металів використовується щоб одержати як різних сортів марганцевої сталі, а й великої кількості незалізних сплавів (манганінів). З них особливо чудовими є сплави марганцю із міддю (марганцева бронза). Вона, подібно до сталі, може гартуватися і в той же час намагнічуватися, хоча ні марганець, ні мідь не виявляють помітних магнітних властивостей.
Біологічна роль марганцю та його вміст у живих організмахМарганець міститься в організмах всіх рослин і тварин, хоча його вміст зазвичай дуже мало, близько тисячних часток відсотка, він значно впливає на життєдіяльність, тобто є мікроелементом. Марганець впливає на зростання, утворення крові та функції статевих залоз. Особливо багате марганцем листя буряка - до 0,03%, а також великі його кількості містяться в організмах рудих мурах - до 0,05%. Деякі бактерії містять до кількох відсотків марганцю.
Марганецьактивно впливає обмін білків, вуглеводів і жирів. Важливою також вважається здатність марганцю посилювати дію інсуліну та підтримувати певний рівень холестерину у крові. У присутності марганцю організм повніше використовує жири. Порівняно багаті цим мікроелементом крупи (насамперед вівсяна та гречана), квасоля, горох, яловича печінка та багато хлібобулочних виробів, якими практично заповнюється добова потреба людини в марганці – 5,0-10,0 мг.
Не слід забувати, що сполуки марганцю можуть надавати токсичну дію на організм людини. Гранично допустима концентрація марганцю повітря 0.3 мг/м 3 . При вираженому отруєнні спостерігається ураження нервової системи з характерним синдромом марганцевого паркінсонізму.
Обсяги виробництва марганцевої руди у РосіїМарганецький ГЗК – 29%
Родовище марганцевих руд було відкрито 1883 року. У 1985 р. з урахуванням цього родовища почав видобуток руди Покровський рудник. У міру розвитку рудника та виникнення нових кар'єрів та шахт сформувався Марганецький ГЗК.
У складі виробничої структурикомбінату: два кар'єри для відкритого видобутку марганцевої руди, п'ять шахт для підземного видобутку, три збагачувальні фабрики, а також необхідні допоміжні цехи та служби, у т.ч. ремонтно-механічний, транспортний та ін.
Орджонікідзевський ГЗК – 71%
Основним видом продукції є марганцевий концентрат різних сортів із вмістом чистого марганцю від 26% до 43% (залежно від сортності). Попутні продукти - керамзитова глина та шлами.
Видобуток марганцевої руди підприємство ведеться на закріплених його рудних полях. Запасів руд вистачить терміном понад 30 років. Запаси марганцевої руди в Україні сумарно по Орджонікідзевському та Марганцевому гірничо-збагачувальним комбінатам складає третину всіх світових запасів.
| редагувати код ]Продукти харчування багаті на марганець
Харчові джерела- Цілісне зерно і крупи, фрукти, зелені овочі, висушені боби, чай, імбир, гвоздика. Біохімічні механізми дії марганцю пов'язані з його участю у функціонуванні багатьох ферментних систем. Марганець необхідний для нормального зростання, підтримки репродуктивної функції, нормального метаболізму сполучної тканини, він бере участь також у регуляції вуглеводного та ліпідного обміну та стимулює біосинтез холестеролу. Припускають, що марганець бере участь у процесах синтезу чи метаболізму інсуліну. Марганцю властиві ліпотропні властивості: він перешкоджає ожирінню печінки та сприяє загальній утилізації жирів. Є компонентом супероксиддисмутаз, які відіграють важливу роль у захисті організму від шкідливих впливів пероксидних радикалів.
Клінічна картина гіпоманганозуу спортсменів немає від клінічної картини в інших людей. Дефіцит марганцю може призводити до порушення вуглеводного обміну за типом інсуліннезалежного діабету, гіпохолестеролемії, затримки росту волосся і нігтів, підвищення судомної готовності, алергозів, дерматитів, порушення утворення хрящів, остеопорозу. Недостатність марганцю фіксують при різних формаханемії, порушення функцій відтворення, затримки росту, зменшення маси тіла та ін.
При розвитку остеопорозу прийом кальцію збільшує дефіцит марганцю, оскільки ускладнює його засвоєння в організмі. Кишковій абсорбції перешкоджають також фосфати та залізо. Споживання продуктів, що містять значну кількість таніну та оксалатів (наприклад, чаю та шпинату), може ускладнювати засвоєння марганцю.
При хронічній інтоксикаціїмарганцем характерними є астенічні розлади: підвищена стомлюваність, сонливість, зниження активності, кола інтересів, погіршення пам'яті. У неврологічному статусі відзначаються гіпомімія, дистонія чи гіпертонус, можливе пожвавлення чи зниження сухожильних рефлексів, гіперестезія у дистальних відділах кінцівок, периферичні та центральні вегетативні порушення. При вираженій формі інтоксикації провідним у клінічній картині є паркінсонізм. Надлишок марганцю посилює дефіцит магнію та міді.
У балансових дослідженнях дорослих спортсменів високої кваліфікаціїв зимовий періодТренування встановлено, що в день кросового бігу на 30 км вміст заліза, міді та марганцю в раціонах знаходилося на нижньому кордоні фізіологічної норми для осіб, які не займаються спортом. Під впливом великого фізичного навантаження виділення мікроелементів через кишечник та нирки значно перевищувало їх надходження з їжею. Баланс усіх трьох мікроелементів був негативним. За три дні відпочинку після пробігу на тлі недостатнього за мікроелементами харчування втрати заліза та міді не компенсувалися. Збагачення раціонів комплексом мікроелементів супроводжувалося значною затримкою заліза, міді та марганцю в організмі спортсменів. У міру збільшення споживання медикаментозного заліза суттєво зростала екскреція міді та марганцю через ШКТ.
Таким чином, існує зв'язок між марганцем і залізом: при настанні дефіциту заліза з раціону засвоюватиметься більше марганцю (з можливістю інтоксикації внаслідок його надлишку). З іншого боку, якщо організм перевантажений залізом, здатність до всмоктування марганцю погіршується, що може призвести до його недостатності.
Мінерали марганцю, зокрема піролюзит, були відомі ще в античні часи. Вважали піролюзит різновидом магнітного залізняку та використовували при варінні скла – для освітлення. Те, що мінерал на відміну справжнього магнітного залізняку магнітом не притягується, пояснювали досить цікаво: вважали, що піролюзит – мінерал жіночої статі й до магніту байдужий.
У 18 столітті марганець виділили у чистому вигляді. І сьогодні ми поговоримо про нього детально. Так, обговоримо, чи шкідливий чим небезпечний марганець, де його можна купити, як отримати марганець і чи підпорядковується він ГОСТу.
Марганець відноситься до подібної групи 7 групи 4 періоду. Елемент є поширеним – посідає 14 місце.
Елемент відноситься до важким металам– атомна маса понад 40. На повітрі пасивується – покривається щільною оксидною плівкою, яка перешкоджає подальшій реакції з киснем. Завдяки цій плівці в нормальних умовахмалоактивний.
При нагріванні марганець вступає в реакцію з безліччю простих речовин, кислот і основ, утворюючи сполуки з різним ступенем окислення: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Метал відноситься до перехідних, тому з рівною легкістю виявляє і відновлювальні, і окисні властивості. З металами, наприклад, з утворює тверді розчини, не вступаючи в реакцію.
Дане відео розповість про те, що таке марганець:
Особливості та відмінності від інших матеріалів
Марганець – сріблясто-білий метал, щільний, твердий – з надзвичайно складною структурою. Остання є причиною крихкості речовини. Відомі 4 модифікації марганцю. Сплави з металом дозволяють стабілізувати будь-яку з них і отримати тверді розчини з різними властивостями.
- Марганець належить до життєво важливих мікроелементів. Причому однаково це стосується і рослин, і тварин. Елемент бере участь у фотосинтезі, у процесі дихання, активує ряд ферментів, є неодмінним учасником м'язового метаболізму тощо. Добова доза марганцю для людини становить 2-9 мг. Однаково небезпечний як недолік, і надлишок елемента.
- Метал важчий і твердіший заліза, проте практичного застосування в чистому вигляді не має через високу крихкість. Але його сплави і сполуки мають надзвичайно велике значення в народному господарстві. Він використовується у чорній та кольоровій металургії, у виробництві добрив, в електротехніці, у тонкому органічному синтезі тощо.
- Від металів своєї підгрупи марганець досить сильно відрізняється. Технецій – радіоактивний елемент, отриманий штучно. Реній відносить до розсіяних та рідкісних елементів. Борій також може бути отриманий лише штучним шляхом і в природі не трапляється. Хімічна активність і технеція та ренія набагато нижчі, ніж у марганцю. Практичне застосування, якщо не брати до уваги ядерного синтезу, знаходить тільки марганець.
Марганець (фото)
Плюси та мінуси
Фізичні та хімічні властивості металу такі, що на практиці справу мають не з самим марганцем, а з його численними сполуками та сплавами, так що переваги та недоліки матеріалу варто розглядати з цієї точки зору.
- Марганець утворює найрізноманітніші сплави практично з усіма металами, що є безперечним плюсом.
- повністю взаєморозчинні, тобто утворюють тверді розчини з будь-яким співвідношенням елементом, однорідні за властивостями. При цьому сплав матиме значно нижчу температуру кипіння, ніж у марганцю.
- Найбільше практичне значеннямають сплави елемента з вуглецем та . Обидва метали мають значення для сталеливарної промисловості.
- Численні та різноманітні сполуки марганцю застосовують у хімічній, текстильній, скляній промисловості, при виробництві добрив тощо. Основою такого розмаїття є хімічна активність речовини.
Недоліки металу пов'язані з особливостями його будови, що не дозволяють використовувати сам метал як конструкційний матеріал.
- Головний з них – крихкість за високої твердості. Mn до +707 C кристалізується в структурі, де осередок включає 58 атомів.
- Досить висока температура кипіння, працювати з металом з такими високими показниками важко.
- Електропровідність марганцю дуже низька, тому застосування його в електротехніці теж обмежене.
Про хімічні та фізичні властивості марганцю поговоримо далі.
Властивості та характеристики
Фізичні характеристики металу помітно залежить від температури. Враховуючи наявність цілих 4 модифікацій, це не дивно.
Основні характеристики речовини такі:
- щільність – за нормальної температури становить 7,45 г/куб. див. Саме ця величина слабо залежить від температури: так, при нагріванні до 600 С щільність зменшується лише на 7%;
- температура плавлення - 1244;
- температура кипіння – 2095;
- теплопровідність при 25°С становить 66,57 Вт/(м·К), що для металу є низьким показником;
- питома теплоємність – 0,478 кДж/(кг·К);
- коефіцієнт лінійного розширення, виміряний при 20 С, дорівнює 22,3 · 10 -6 град -1 -; Теплоємність та теплопровідність речовини збільшуються лінійно зі збільшенням температури;
- питомий електричний опір - 1,5 - 2,6 мком · м, лише трохи вище, ніж у свинцю.
Марганець є парамагнетиком, тобто намагнічується в зовнішньому магнітному полі і притягується до магніту. Метал перетворюється на антиферомагнитное стан при низьких температурах, причому температура переходу кожної модифікації різна.
Структура та склад марганцю описані нижче.
Марганець та його з'єднання – тема відеоролика нижче:
Структура та склад
Описано 4 структурні модифікації речовини, кожна з яких стійка у певному температурному інтервалі. Сплавлення з певними металами може стабілізувати будь-яку фазу.
- До 707 Сстійкою є а-модифікація. – кубічні об'ємно-центровані грати, до складу елементарного осередку якого входить 58 атомів. Така структура дуже складна і зумовлює високу крихкість речовини. Його показники – теплоємність, теплопровідність, густина, наводяться як властивості речовини.
- При 700-1079 Сстійкою є b-фаза з таким же типом решітки, але з більш простою будовою: осередок становить 20 атомів. У цій фазі марганець виявляє певну пластичність. Щільність b-модифікації – 7,26 г/куб. див. Фазу легко зафіксувати - загартуванням речовини при температурі вище температури фазового переходу.
- При температурах від 1079 до 1143З g-фаза стабільна. Для неї характерні кубічні гранецентровані грати з коміркою з 4 атомів. Модифікація відрізняється пластичністю. Однак, зафіксувати фазу повністю при охолодженні не вдається. При температурі переходу густина металу становить 6,37 г/куб. см, за нормальної – 7, 21 г/куб. див.
- Вище температури 1143 С і до кипіннястабілізується d-фаза з об'ємно-центрованими кубічними гратами, комірка якої включає 2 атоми. Щільність модифікації складає 6,28 г/куб. див. Цікаво те, що d-Mn може перейти в антиферомагнітний стан при високій температурі – 303°С.
Фазові переходи мають велике значення при отриманні різноманітних сплавів, тим більше, що фізичні характеристики структурних модифікацій відрізняються.
Виробництво марганцю описано нижче.
Виробництво
В основному, але зустрічаються і самостійні родовища. Так, на території чиатурського родовища сконцентровано до 40% світового запасу марганцевих руд.
Елемент розсіяний чи не у всіх гірських породах легко вимивається. Зміст його в морській воді невеликий, але на дні океанів він формує разом із залізом конкреції, в яких вміст елемента досягає 45%. Ці поклади вважають перспективними для подальшого опрацювання.
На території Росії великих родовищ марганцю мало, тому для РФ він є гостродефіцитною сировиною.
Найвідоміші мінерали: піролюзит, магнітіт, брауніт, марганцевий шпат і таке інше. Зміст елемента в них варіюється від 62 до 69%. Видобуваються кар'єрним чи шахтним способом. Як правило, руда попередньо збагачується.
Отримання марганцю безпосередньо з його застосуванням. Головний його споживач – сталеливарна промисловість, а її потреб потрібно не сам метал, яке з'єднання із залізом – феромарганець. Тому говорячи про отримання марганцю, часто мають на увазі з'єднання, необхідне в чорній металургії.
Раніше феромарганець вироблявся у доменних печах. Але через дефіцит коксу та необхідність використовувати бідні марганцові руди виробники перейшли до виплавки в електропечах.
Для плавки використовуються відкриті та закриті печі, футеровані вугіллям – таким чином одержують вуглецевий феромарганець. Плавку виробляють при напрузі 110–160 В, двома методами – флюсовим та безфлюсовим. Другий метод більш економічний, тому що дозволяє повніше витягти елемент, проте при великому вмісті кремнезему в руді можливий тільки флюсовий спосіб.
- Безфлюсовий метод- Безперервний процес. Шихта з марганцевої руди, коксу та залізної стружки завантажується у міру переплавлення. Важливо стежити за достатньою кількістю відновлювача. Ферромарганець та шлак випускаються одночасно 5-6 разів за зміну.
- Силікомарганецьвиробляють подібним методом в електроплавильній печі. Шихта, крім руди, включає марганцевий шлак - без фосфору, кварцит і коксик.
- Металевий марганецьотримують аналогічно виплавці феромарганцю. Сировиною служать відходи від розливання та оброблення металу. Після розплавлення сплаву та шихти додають силікомарганець, а за 30 хвилин до закінчення плавки продувають стисненим повітрям.
- Хімічно чисту речовину одержують електролізом.
Застосування
90% світового видобутку марганцю йде на потреби сталеливарної промисловості. Причому більшість металів потрібна не для отримання власне марганцевих сплавів, а і включає 1% елемента. Більше того, він може повністю замістити нікель, якщо підвищити його вміст до 4-16%. Справа в тому, що марганець як і стабілізує у сталі фазу аустеніту.
Марганець – метал, який цікавий не так сам по собі, як властивостями своїх численних сполук. Однак переоцінити його значення як легуючий елемент складно.
Реакцію оксиду марганцю з алюмінієм продемонстровано у цьому відео:
Належить VII групі. Розташований у четвертому періоді між хромом та залізом. Має 25 атомний номер. Формула марганцю 3d 5 4s 2 .
Було відкрито 1774 року. Атом марганцюважить 54,938045. Містить ізотоп 55Mn, а природний марганецьскладається повністю із нього. Ступінь окислення металу коливається від 2 до 7. Електронегативність Mn - 1,55. Перехідний матеріал.
З'єднання марганець 2утворюють оксид та діоксид. Виявляють основні властивості елемента. Освіта марганець 3 та марганець 4відрізняються амфотерними властивостями. У комбінаціях металу 6 і 7 лідирують властивості кислоти марганцю. Елемент № 25 утворює численні види солей та різні бінарні сполуки.
Видобуток марганцю ведеться повсюдно як у Росії, і у ближньому зарубіжжі. В Україні існує особливий Марганець – місторозташований на численних утвореннях марганцевої руди.
Опис та властивості марганцю
Сріблясто-білий колір із легким сірим нальотом виділяє марганець. складелемента має домішку вуглецю, яка дає йому сріблясто-білий колір. Він перевершує залізо за твердістю та крихкістю. У вигляді дрібних абразивів пірофорен.
При взаємодії з повітряним середовищем відбувається окислення марганцю. Покривається оксидною плівкою, що захищає його від подальшої окисної реакції.
Розчиняється у воді, повністю поглинає водень, не вступаючи в реакцію з ним. У процесі нагрівання згоряє у кисні. Активно реагує з хлором та сіркою. При взаємодії з кислотними окисниками утворює солі марганцю.
Щільність - 7200 кг/м3, t плавлення - 1247 ° С, t кипіння - 2150 ° С. Питома теплоємність - 0,478 кДж. Має електричною провідністю. Контактируя з хлором, бромом та йодом утворює дигалогеніди.
При високих температурах вступає у взаємодію Космосу з азотом, фосфором, кремнієм і бором. Повільно взаємодіє із холодною водою. У процесі нагрівання реакційна здатність елемента зростає. На виході утворюється Mn(OH)2 та водень. При з'єднанні марганцю з киснем утворюється оксид марганцю. Виділяють сім його груп:
Оксид марганцю (ІІ). Монооксид. Чи не взаємодіє з водою. Легко окислюється, утворюючи тендітну кірку. При нагріванні з воднем та металами активної групивідновлюється до марганцю. Має зелений та сіро-зелений колір кристалів. Напівпровідник.
Оксид марганцю (ІІ, ІІІ). Кристали коричневого – чорного кольору Mn3O4. Парамагнетик. У природному середовищі зустрічається як мінерал гаусманіт.
Оксид марганцю (ІІ, ІV). Поєднання неорганічного характеру Mn5O8. Може розглядатися як ортоманганіт марганцю. Не розчиняється у H 2 O.
Оксид марганцю (III). Кристали коричневого – чорного кольору Mn2O3. Чи не вступають у реакцію з водою. Зустрічається у природному середовищіу мінералах брауніт, курнакіт та біксбіїт.
Оксид марганцю (IV) або діоксид марганцю MnO2. Нерозчинний у воді порошок темнокоричневого відтінку. Стійка освіта марганцю. Міститься в мінералі піролюзит. Поглинає хлор та солі важких металів.
Оксид марганцю (VI). Темно-червоний аморфний елемент. Вступає у реакцію з водою. Повністю розкладається під час нагрівання. Лужні реакції утворюють сольові відкладення.
Оксид марганцю (VII). Масляниста зеленувато-бура рідина Mn2O7. Сильний окислювач. При контакті з горючими сумішами миттєво спалахує їх. Може вибухнути від поштовху, різкого та яскравого спалаху світла, взаємодії з органічними компонентами. При взаємодії з Н2O утворює марганцеву кислоту.
Солі марганцю є каталізаторами окисних процесів, що відбуваються за участю кисню. Вони застосовуються в сикативах. Лляна олія з додаванням такого сикативу називається оліфою.
Застосування марганцю
Mn широко використовують у чорній металургії. Додають сплав залізо марганець(Феромарганець). Частка марганцю у ньому дорівнює 70-80%, вуглецю 0,5-7 %, решта посідає залізо і сторонні домішки. Елемент №25 у сталеплавленні з'єднує кисень та сірку.
Використовуються суміші хром - марганець, -Марганець, кремній-Марганець. У виробництві стали марганцю альтернативної заміни немає.
Хімічний елемент виконує безліч функцій, у тому числі рафінує та розкислює сталь. Широко використовується технологія цинк марганець. Розчинність Zn у магнії становить 2 %, а міцність сталі, у разі, зростає до 40 %.
У доменній шахті марганець видаляє сірчаний наліт із чавуну. У техніці застосовуються потрійні сплави манганини, куди входить марганець мідьта нікель. Матеріал характеризується великим електроопіром на який впливає не температура, а сила тиску.
Використовується для виготовлення манометрів. Справжньою цінністю для промисловості є сплав мідь. марганець. Змістмарганцю тут 70%, міді 30%. Його застосовують зниження шкідливих виробничих шумів. У виготовленні вибухових пакетів для святкових заходів використовують суміш, куди входять такі елементи, як магній марганець. Магній широко використовується у літакобудуванні.
Деякі види марганців, таких як KMnO4 знайшли своє застосування в медичній галузі. Перманганат калію відноситься до солей марганцевої кислоти. Має вигляд темно-фіолетових. Розчиняється у водному середовищі, забарвлюючи її у фіолетовий колір.
Є сильним окислювачем. Антисептик, має протимікробні властивості. Марганець у воділегко окислюється, утворюючи погано розчинний оксид марганцю коричневого кольору.
При зіткненні з білком тканини формує сполуки з вираженими в'язкими властивостями. У високих концентраціях розчин марганцюмає подразнюючу і припікаючу дію.
Калій марганецьвикористовують для лікування деяких захворювань і для надання першої допомоги, а бульбашка з кристалами марганцівки знаходиться в кожній аптечці.
Марганець корисний для здоров'я людини. Бере участь у формуванні та розвитку клітин центрально-нервової системи. Сприяє засвоєнню вітаміну В1 і заліза. Регулює вміст цукру у крові. Задіюється у будівництві кісткової тканини.
Бере участь у освіті жирних кислот. Покращує рефлекторні здібності, пам'ять, прибирає нервову напругу, дратівливість. Абсорбуючись у стінках кишечника марганець, вітаміниВ, Е, фосфор, кальцій посилюють цей процес, впливає на організм та обмінні процеси в цілому.
Мінерали, незамінні для людини, такі як кальцій, магній, марганець, мідь, калій, залізо додають у вітамінно-мінеральні комплекси для усунення вітамінного дефіциту
Також мікроелементи цинк, марганецьі залізо грають величезну роль життя рослин. Входять до складу фосфорних та мінеральних добрив.
Ціна марганцю
Металевий марганець містить до 95% чистого марганцю. Його застосовують у сталеливарній металургійній промисловості. Видаляє із сталі непотрібні домішки та наділяє її легуючими якостями.
Ферромарганець використовується для розкислення сплаву під час процесу плавлення шляхом видалення з нього кисню. Зв'язує частинки сірки між собою, покращуючи якісні характеристикисталі. Марганець зміцнює матеріал, робить його більш зносостійким.
Застосовують метал при створенні кульових млинів, землерийних та камнедробильних машин, броньових елементів. Зі сплаву мангадин виготовляють реостати. Елемент № 25 додають у бронзу та .
Великий відсоток марганцю діоксиду споживається для створення гальванічних елементів. з додаванням Mn задіюється в тонкому органічному та промисловому синтезі. З'єднання MnO2 та KMnO4 виступають окислювачами.
Марганець – речовинанезамінне у чорній металургії. Унікальний за своїми фізичними та хімічними характеристиками. Марганець купитиможна у спеціалізованих торгових точках. П'ять кілограм металу коштує близько 150 рублів, а тонна, залежно від виду з'єднання, коштує близько 100-200 тисяч рублів.