|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ
ВГСХА
КАФЕДРА ХИМИИ
Реферат на тему:
Выполнил
:
студент первого курса
инженерного факультета
15 б группы
Кошманов В.В.
Проверил: Харченко Н.Т.
Великие Луки 1998г.
Содержание:
Историческая справка. 3
Распространение в природе. 3
Физические и химические свойства. 3
Соединения двухвалентного марганца. 4
Соединения четырёхвалентного марганца. 4
Соединения шестивалентного марганца. 5
Соединения семивалентного марганца. 5
Получение. 6
Применение марганца и его соединений. 6
Литература. 7
Историческая справка.
Минералы Марганца известны издавна. Древнеримский натуралист Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали для обесцвечивания жидкой стеклянной массы; речь шла о минерале пиролюзите
MnO2
. В Грузии пиролюзит с древнейших времён служил присадочным материалом при получении железа. Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного железняка. В 1774 году К.Шелле доказал, что это соединение неизвестного металла, а другой шведский учёный Ю.Гаи, сильно нагревая смесь пиролюзита с углём, получил Марганец загрязнённый углеродом. Название Марганец традиционно происходит от немецкого
Marganerz-
марганцевая руда.
Распространение в природе.
Среднее Содержание Марганца в земной коре 0.1%, в большинстве изверженных пород 0.06-0.2% по массе, где он находится в рассеянном состоянии в форме
Mn2+
(аналог
Fe2+
).
На земной поверхности
Mn2+
легко окисляется, здесь известны также минералы
Mn3+
и
Mn4+
.
В биосфере Марганец энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительных условиях. Наиболее подвижен Марганец в кислых водах тундры и лесных ландшафтах, где он находится в форме
Mn2+
. Содержание Марганца здесь часто повышенно и культурные растения местами страдают от избытка Марганца; в почвах, озёрах, болотах образуются железно марганцовые конкуренции, озёрные и болотные руды. В сухих степях и пустынях в условиях щелочной окислительной среды Марганец малоподвижен. Организмы бедны Марганцем, культурные растения часто нуждаются в марганцовых микро удобрениях. Речные воды бедны Марганцем (10-6
-10-5
г/л.), однако суммарный вынос этого элемента огромен, причём основная его масса осаждается в прибрежной зоне.
Физические и химические свойства.
В чистом виде марганец получают либо электролизом раствора сульфата марганца (
II)
, либо восстановлением из оксидов кремнием в электрических печках. Элементарный Марганец представляет собой серебристо-белый твердый, но хрупкий металл. Его хрупкость объясняется тем, что при нормальных температурах в элементарную ячейку
Mn
входит 58 атомов в сложной ажурной структуре, не относящейся к числу плотноупакованных. Плотность Марганца 7.44 г/см3
, температура плавления 1244о
С, температура кипения 2150о
С. В реакциях проявляет валентность от 2 до 7, наиболее устойчивые степени окисления +2,+4,+7.
Соединения двухвалентного марганца.
 Соли двухвалентного марганца можно получить при растворении в разбавленных кислотах:
 Mn+2HCl MnCl2
+H2
 При растворении в воде образуется гидроксид
Mn(II):
 Mn+2HOH Mn(OH)2
+H2
 Гидроксид марганца можно получить в виде белого осадка при действии на растворы солей двухвалентного марганца щелочью:
MnSO4
+2NaOH
Mn(OH)2
+NaSO4
Соединения Mn(II)
на воздухе неустойчивы, и
Mn(OH)2
на воздухе быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид четырёхвалентного марганца.
 2
Mn(OH)2
+O2
MnO(OH)2
Гидроксид марганца проявляет только основные свойства и не реагирует со щелочами, а при взаимодействии с кислотами даёт соответствующие соли.
Mn(OH)2
+2HCl MnCl2
+
2H2
O
Оксид марганца может быть получен при разложении карбоната марганца:
  MnCO3
MnO+CO2
Либо при восстановлении диоксида марганца водородом:
 MnO2
+H2
MnO+H2
O
Соединения четырёхвалентного марганца.
 Из соединений четырёхвалентного марганца наиболее известен диоксид марганца
MnO2
-
пиролюзит. Поскольку валентность
IV
является промежуточной, соединения
Mn
(VI)
образуются как при окислении двухвалентного марганца.
Mn(NO3
)2
MnO2
+2NO
2
Так и при восстановлении соединений марганца в щелочной среде:
3K2
MnO4
+2H2
O 2KMnO4
+MnO2
+4KOH
 Последняя реакция является примером реакции самоокисления - самовосстановления, для которых характерно то, что часть атомов одного и того же элемента окисляется, восстанавливая одновременно оставшиеся атомы того же элемента:
Mn6+
+2e=Mn4+
1
Mn6+
-e=Mn7+
2
В свою очередь
Mn
О
2
может окислять галогениды и галоген водороды, например
HCl
:
 MnO2
+4HCl MnCl2
+Cl2
+2H2
O
Диоксид марганца - твёрдое порошкообразное вещество. Он проявляет как основные, так и кислотные свойства.
Соединения шестивалентного марганца.
При сплавлении
MnO
2
со щелочами в присутствии кислорода, воздуха или окислителей получают соли шестивалентного
Марганца
, называемые манганатами.
 MnO
2
+2KOH+KNO
3
K
2
MnO
2
+KNO
2
+H
2
O
Соединений марганца шестивалентного известно немного, и из них наибольшее значение соли марганцевой кислоты - манганаты.
Сама марганцевая кислота, как и соответствующей ей триоксид марганца
MnO
3
, в свободном виде не существует вследствии неустойчивости к процессам окисления - восстановления. Замена протона в кислоте на катион металла приводит к устойчивости манганатов, но их способность к процессам окисления - восствновления сохраняется. Растворы манганатов окрашены в зелёный цвет. При их подкислении образуется марганцеватая кислота,разлагается до соединений
марганца четырёхвалентного и семивалентного.
Сильные окислители переводят марганец шестивалентный в семивалентный.
 2K2
MnO
4
+Cl2
2
2KMnO
4
+2KCl
Соединения семивалентного марганца.
В семивалентном состоянии марганец проявляет только окислительные свойства. Среди применяемых в лабораторной практике и в промышленности окислителей широко применяется перманганат калия
KMnO
2
, в быту называемый марганцовкой. Перманганат калия представляет собой кристаллы чёрно-фиолетового цвета. Водные растворы окрашены в фиолетовый цвет, характерный для иона
MnO4
-
.
Перманганаты являются солями марганцевой кислоты, которая устойчива только в разбавленных растворах (до 20%). Эти растворы могут быть получены действием сильных окислителей на соединения марганца двухвалентного:
2Mn(NO
3
)
2
+PbO
2
+6HNO
3
2HMnO
4
+5Pb(NO
3
)
2
+
2H
2
O
 При концентрации
HMnO4
выше 20% происходит разложение её по уравнению:
4HMnO
4
4MnO+3O
2
+2H
2
O
Соответствующий марганцевой кислоте марганцевый ангидрид, или оксид марганца
(VII)
,
Mn
2
O
7
может быть получен путем воздействия концентрированной серной кислоты на перманганат калия. Этот оксид является ещё более сильным окислителем, чем
HMnO
4
и
KMnO
4
. Органические соединения при с Mn
2
O
2
самовоспламеняются. При растворении
Mn
2
O
2
в воде образуется марганцевая кислота. Из-за неустойчивости и крайне высокой реакционной способности
Mn
2
O
2
не применяют, а вместо него используют твердые перманганаты.
В зависимости от среды перманганат калия может восстанавливаться до различных соединений.
 При нагревании сухого перманганата калия до температуры выше 200 О
С он разлагается.
2KMnO4
K2
MnO4
+ MnO2
+ O2
Этой реакцией в лаборатории иногда пользуются для получения кислорода.
Получение.
Наиболее чистый марганец получают в промышленности, по способу советского электрохимика Р. И. Агладзе (1939), электролизом водных растворов
MnSO4
с добавкой
(NH4
)2
SO4
при
pH = 8.0 - 8.5
. Процесс ведут с анодами из свинца и катодами из титанового сплава АТ-3 или нержавеющей стали. Чешуйки марганца снимают с катодов и если надо переплавляют.
Менее чистый марганец получают алюминотермией, а также электротермией.
Добыча марганцевой руды в СССР.
| 1913
|
1940
|
1950
|
1960
|
1970
|
1972
|
| 1245т
|
2557т
|
3377т
|
5872т
|
6841т
|
7819т
|
Применение марганца и его соединений.
Марганец в большом количестве применяется в металлургии в процессе получения сталей для удаления из них серы и кислорода. Однако в расплав добавляют не марганец, а справ железа с марганцем - ферромарганец, который получают восстановлением пиролюзита углём. Добавки марганца к сталям повышают их устойчивость к износу и механическим напряжениям. В сплавах цветных металлов марганец увеличивает их прочность и устойчивость к коррозии.
Диоксид марганца используют в качестве катализатора в процессах окисления аммиака, органических реакциях и реакциях разложения неорганических солей. В керамической промышленности
MnO2
используют для окрашивания эмалей и глазурей в черный и тёмно-коричневый цвет. Высокодисперсный
MnO2
обладает хорошей адсорбирующей способностью и применяется для очистки воздуха от вредных примесей.
Перманганат калия применяют для отбеливания льна и шерсти, обесцвечивания технологических растворов, как окислитель органических веществ.
В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия применяют как антисептическое средство в виде водного раствора, для промывания ран, полоскания горла, смазывания язв и ожогов. Раствор
KMnO4
применяют и внутрь при некоторых случаях отравления алкалоидами и цианидами. Марганец является одним из активнейших микроэлементов и встречается почти во всех растительных и живых организмах. Он улучшает процессы кроветворения в организмах.
Не стоит забывать, что соединения марганца могут оказывать токсичное действие на организм человека. Предельно допустимая концентрация марганца в воздухе 0.3 мг/м3
. При выраженном отравлении наблюдается поражение нервной системы с характерным синдромом марганцевого парксинсонизма.
Список литературы:
1.
Большая советская энциклопедия.
2.
Ю.М.Шилов, Ю.И.Смушкевич, П.М.Чукуров, М.И.Тарасенко, "Общая химия", М.,1983г.
|
