Valencija mangana. Svojstva kemijskih elemenata

U četvrtom razdoblju sustava kemijskih elemenata pod rednim brojem 25 nalazi se metal-mangan, uz tehnijal i renium, tvori podgrupe sedme skupine. Element je široko rasprostranjen u zemljinoj koru i dio je raznovrsnih stijena: piroluzit, brownite, gausmanit. Mangan, čija valencija može biti jednaka II, III, IV, VI, VII, tvori veliki broj spojeva. To su, na primjer, oksidi, kiseline i soli, koje igraju važnu ulogu u metalurškoj industriji. U ovom ćemo članku saznati njihova svojstva, metode proizvodnje i primjene u različitim industrijama, medicini i svakodnevnom životu.

Fizičke značajke

Prema situaciji u periodičkom sustavu kemijskih elemenata DI Mendelejev, metal se odnosi na d-elemente, u kojima ne samo dva elektrona posljednjeg energetskog sloja su valentna nego i negativne čestice koje se nalaze na trećoj razini. Kao što je poznato, svi d-elementi pokazuju fizikalno-kemijska svojstva tipičnih metala. Mangan nije izuzetak. Ima srebrnatu bijelu boju, čvrstu i tešku (gustoća je 7,44 g / cm³), na temperaturi ispod 727 °, postaje krhka. Kristalna rešetka može oblikovati četiri modifikacije: alfa, beta-, gornji i kubni oblik u središtu tijela. Sve su to otporne formacije u određenom temperaturnom području.

Položaj u nizu aktivnosti metala

Fizikalno-kemijska svojstva mangana ne ovise samo o njegovom mjestu u periodičkom sustavu kemijskih elemenata, već i o njegovu položaju u nizu metalnih aktivnosti koje je stvorio ruski znanstvenik NN Beketov. U njemu mangan ima standardni elektrodni potencijal jednak -1,179 V. Element se nalazi između aluminija i cinka. To ukazuje na sposobnost atoma Mn da istiskuju vodikove ione iz vodenih otopina kiseline u postupcima redukcije oksidacije. Valencija mangana u takvim reakcijama obično je jednaka II. Element reagira aktivno s razrijeđenim otopinama nitrata i kloridnih kiselina. Također, metal sudjeluje u reakciji supstitucije s vrućim koncentriranjem sulfatna kiselina. U proizvodima se otkrivaju sumporni dioksid i voda. Osim toga, nastaje sol - manganski sulfat. U njemu valencija atoma metala je dva. Ali u hladnom sumpornom mangan mangana ne otapa se zbog formiranja na njegovoj površini zaštitnog oksidnog filma (metalna pasivizacija).

Karakteristike dvovalentnih spojeva mangana

Pod utjecajem kiselina na prirodne spojeve koji sadrže ione Mn²⁺ ili u procesu otapanja jednostavne tvari - metala u razrijeđenim otopinama anorganskih kiselina, nastaju soli dvovalentnog mangana. Na primjer, kristali manganovog klorida ružičaste boje mogu se dobiti djelovanjem otopina klorovodične kiseline na mangan oksidu, čija je valencija IV. U laboratoriju, djelujući na odgovarajuće soli s lužinama, bijel precipitat hidroksida Mn (OH)₂. U otvorenoj epruveti u zraku, ona se oksidira, pretvarajući se u smeđu tvar. Binarni spoj, dvovalentni mangan oksid, je produkt redukcije vodika metalnih oksida s oksidacijskim statusom od +4 ili +7.

Amfotna svojstva manganovog dioksida

S rastućom valencijom u spojevima metala i kisika prati se slabljenje osnovnog i jačanja kiselih svojstava. Tako, spoj formule Mn₂O₃ i mangan monoksid, u kojem je valencija metalnog metala jednaka II, su osnovne prirode, dioksid je amfoterni i Mn₂O₇ je mangan kiselinski anhidrid. U okruženju u kojem je pH manji od 7, dioksid se ponaša kao jak oksidant. U ovom se svojstvu koristi u galvanskim ćelijama iu industrijskoj proizvodnji klora iz kloridne kiseline. Smanjujuća sposobnost manganovog dioksida u reakcijama je vrlo slaba.

Najvažniji spojevi heksavalentnih i polutentnih mangana

Fusiranje metalnog dioksida sa svojim solima - nitratima i karbonatima, moguće je dobiti čvrstu supstancu zelene boje. Dobro se otapa u vodi. Uparavanje otopine, proizvodi tamno zeleni kristalni spoj - kalijev manganat, valenciju mangana u kojoj je jednak VI. U reakcijama s jakim oksidansima - fluorom, klorom, tvar se pretvara u sol manganne kiseline - kalijevog permanganata. Njezini tamni purpurni kristali dobro su poznati, au svakodnevnom se životu naziva kalij permanganat. Njegova otopina ima grimiznu boju, a pri niskim koncentracijama koristi se kao izvrsno sredstvo za dezinfekciju za vanjsku uporabu. U školskoj praksi kemije, detaljno se proučavaju postupci redukcije oksidacije u kojima se kalijev permanganat koristi kao oksidant. Ovisno o reakciji otopine (neutralno, kiselo ili lužnato), u proizvodima se nalaze razni spojevi.

Na primjer, u kiselom mediju, kada su u interakciji s kalijevim sulfitom, Mn iona⁺⁷ vraćena u Mn⁺², dobiven je mangan sulfat. U neutralnom mediju, opaža se taloženje smeđeg taloga, a valencija mangana u formiranom oksidu jednaka je IV. U alkalnom okruženju, reakcija soli kalij sulfita i manganske kiseline rezultira pojavom iona kalijevog manganata u otopini.

Priprema i uporaba metala

Najčišći uzorci mangana mogu se dobiti elektrolizom otopine njegovog sulfata, nastalog tijekom obnavljanja piroluzita, brownitea ili hausmanita. Kao što smo ranije rekli, valencija mangana u spojevima koji čine rude je II. Jeftinija metoda, u usporedbi s energetski intenzivnom elektrolizom, može se smatrati silikotermnim postupkom. Sastoji se od reakcije redukcije manganskih oksida silicijem, koji se provodi u električnim pećima. Međutim, čistoća dobivenog metala se smanjuje. Najveći zahtijevani mangan u proizvodnji legiranih čelika, koji sadrži do 15%.

Takve legure su osobito jake i otporne na udarce i vibracije, pa se koriste za izradu željezničkih tračnica, dijelova strojeva za drobljenje kamena i perforatora. Ako sastav legure nije samo mangan, nego i magnezij, on stječe sposobnost da izdrži čimbenike koji uzrokuju različite vrste korozije. Strukturne legure - nikal srebro i nikal, koji se koriste u brodogradnji, proizvodnji cjevovoda i radijatora, također sadrže mali dio mangana. U sastavu elektrotehničkih legura, na primjer, u manganinu, sadržaj metala doseže 12%, karakterizira indeks niske temperature električnog otpornosti i široko se koristi u inženjerstvu.