Марганец (химиялық элемент): қасиеттері, қолданылуы, белгіленуі, тотығу дәрежесі, қызықты деректер

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Металлургия үшін ең маңызды металдардың бірі – марганец. Сонымен қатар, бұл әдетте қызықты фактілер байланыстырылатын өте ерекше элемент. Тірі ағзалар үшін маңызды, көптеген қорытпаларды, химиялық заттарды өндіруде қажет. Марганец - химиялық элемент, оның фотосуретін төменде көруге болады. Оның қасиеттері мен сипаттамаларын біз осы мақалада қарастырамыз.

Химиялық элементтің сипаттамасы

Егер периодтық жүйенің элементі ретінде марганец туралы айтатын болсақ, онда ең алдымен оның ондағы орнын сипаттау керек.

1. Төртінші негізгі кезеңде, жетінші топта, қосалқы топшада орналасқан.
2. Реттік нөмірі - 25. Марганец - атом ядроларының заряды +25 болатын химиялық элемент. Электрондар саны бірдей, нейтрондар - 30.
3. Атомдық массаның мәні 54, 938.
4. Марганец химиялық элементінің белгіленуі - Mn.
5. Латын атауы - марганец.

Хром мен темір арасында орналасқан, бұл олардың физикалық және химиялық сипаттамалары бойынша ұқсастығын түсіндіреді.

Марганец - химиялық элемент: өтпелі металл

Егер қысқартылған атомның электрондық конфигурациясын қарастыратын болсақ, онда оның формуласы келесідей болады: 1s²2s²2p 6 ^3с2^3p6^4s2^3d 5. Біз қарастырып отырған элемент d-семьясының өтпелі металы екені белгілі болды. 3d ішкі деңгейіндегі бес электрон атомның тұрақтылығын көрсетеді, бұл оның химиялық қасиеттерінде көрінеді.

Метал ретінде марганец тотықсыздандырғыш болып табылады, бірақ оның қосылыстарының көпшілігі жеткілікті күшті тотықтырғыш қабілеттерін көрсетуге қабілетті. Бұл осы элементтің әртүрлі тотығу дәрежелері мен валенттіліктеріне байланысты. Бұл осы отбасының барлық металдарының ерекшелігі.

Осылайша, марганец басқа атомдар арасында орналасқан және өзіне тән ерекше сипаттамалары бар химиялық элемент. Бұл қасиеттердің не екенін толығырақ қарастырайық.

Марганец - химиялық элемент. Тотығу күйі

Атомның электрондық формуласын жоғарыда келтірдік. Оның айтуынша, бұл элемент бірнеше оң тотығу күйлерін көрсете алады. Бұл:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Атомның валенттілігі IV. Ең тұрақтысы - марганецтің +2, +4, +6 мәндері бар қосылыстар. Тотығудың ең жоғары дәрежесі қосылыстарға ең күшті тотықтырғыштар ретінде әрекет етуге мүмкіндік береді. Мысалы: KMnO₄, Mn₂O₇.

+2 қосылыстар тотықсыздандырғыштар, марганец (II) гидроксидінің амфотерлік қасиеттері бар, негізгілері басым. Аралық тотығу күйлері амфотерлік қосылыстар түзеді.

Табу тарихы

Марганец – бірден емес, бірте-бірте әр түрлі ғалымдар ашқан химиялық элемент. Дегенмен, оның қосылыстарын адамдар ерте заманнан бері пайдаланып келеді. Шыны балқыту үшін марганец (IV) оксиді пайдаланылды. Бір итальяндық көзілдіріктің химиялық өндірісіне осы қосылыстың қосылуы олардың түсі күлгін түске боялатынын айтты. Сонымен қатар, сол зат түсті көзілдіріктің тұманын кетіруге көмектеседі.

Кейін Австрияда ғалым Каим пиролизитті (марганец (IV) оксиді), калий мен көмірді жоғары температураға ұшырату арқылы металдық марганецтің бір бөлігін алуға қол жеткізді. Дегенмен, бұл үлгіде көптеген қоспалар болды, ол оларды жоя алмады, сондықтан ашылу орын алмады.

Тіпті кейінірек басқа бір ғалым да айтарлықтай үлесі таза металл болатын қоспаны синтездеді. Бұл бұрын никель элементін ашқан Бергман болды. Алайда, ол жұмысты аяқтауға жазылмаған.

Марганец – химиялық элемент, оны алғаш рет 1774 жылы Карл Шееле қарапайым зат түрінде алып, бөліп алған. Бірақ ол мұны металл кесіндісін балқыту процесін аяқтаған И. Ганмен бірге жасады. Бірақ тіпті олар оны қоспалардан толығымен тазартып, 100% өнім шығымына қол жеткізе алмады.

Десе де, бұл уақыт болдыосы атомның ашылуы. Дәл сол ғалымдар ашушылар ретінде атау беруге тырысты. Олар марганец терминін таңдады. Алайда, магний ашылғаннан кейін шатасу басталып, марганецтің атауы қазіргіге ауыстырылды (H. David, 1908).

Марганец қасиеттері көптеген металлургиялық процестер үшін өте құнды химиялық элемент болғандықтан, уақыт өте оны таза күйінде алудың жолын табу қажет болды. Бұл мәселені бүкіл әлем ғалымдары шешті, бірақ кеңес химигі Р. Агладзенің еңбегінің арқасында 1919 жылы ғана шешімін тапты. Ол электролиз арқылы марганецтің сульфаттары мен хлоридтерінен зат мөлшері 99,98% болатын таза металды алуға болатын әдісті тапты. Қазір бұл әдіс бүкіл әлемде қолданылады.

Табиғатта болу

Марганец - химиялық элемент, оның қарапайым затының фотосын төменде көруге болады. Табиғатта бұл атомның көптеген изотоптары бар, олардағы нейтрондардың саны айтарлықтай өзгереді. Осылайша, массалық сандар 44-тен 69-ға дейін ауытқиды. Дегенмен, жалғыз тұрақты изотоп ⁵⁵Mn мәні бар элемент болып табылады, қалғандарының барлығының жартылай ыдырау периоды елеусіз қысқа немесе бар. тым аз мөлшерде.

Марганец тотығу дәрежесі әр түрлі химиялық элемент болғандықтан, табиғатта да көптеген қосылыстар түзеді. Оның таза түрінде бұл элемент мүлде болмайды. Минералдар мен рудаларда оның тұрақты көршісі темір болып табылады. Жалпы алғанда, марганецті қамтитын ең маңызды жыныстардың бірнешеуін анықтауға болады.

1. Пиролузит. Құрама формула: MnO₂nH₂O.
2. Псиломелан, MnO2mMnOnH2O молекуласы.
3. Марганит, формула MnOOH.
4. Браунит қалғандарына қарағанда сирек кездеседі. Формула Mn₂O₃.
5. Гаузманит, формула MnMn₂O_4.
6. Родонит Mn₂(SiO₃)₂.
7. Марганецтің карбонатты рудалары.
8. Таңқурай шпаты немесе родохрозит - MnCO₃.
9. Пурпурит - Mn₃PO₄.

Бұдан басқа, қарастырылып отырған элементті қамтитын тағы бірнеше минералды белгілеуге болады. Бұл:

• кальцит;
• сидерит;
• балшық минералдары;
• халцедон;
• opal;
• құм-сазды қосылыстар.

Тау жыныстары мен шөгінді жыныстардан, минералдардан басқа марганец келесі объектілердің құрамына кіретін химиялық элемент болып табылады:

1. Өсімдік ағзалары. Бұл элементтің ең үлкен аккумуляторлары: су каштаны, үйрек шөптері, диатомдылар.
2. Тот саңырауқұлақтары.
3. Бактериялардың кейбір түрлері.
4. Одан кейінгі жануарлар: қызыл құмырсқалар, шаян тәрізділер, моллюскалар.
5. Адамдар - тәуліктік қажеттілік шамамен 3-5 мг.
6. Мұхиттардың суларында бұл элементтің 0,3% бар.
7. Жер қыртысындағы жалпы мазмұн массасы бойынша 0,1%.

Жалпы, бұл біздің планетамыздағы ең көп тараған 14-ші элемент. Ауыр металдар арасында екінші орында тұрүтік.

Физикалық қасиеттері

Марганецтің қарапайым зат ретіндегі қасиеттері тұрғысынан оның бірнеше негізгі физикалық сипаттамаларын ажыратуға болады.

1. Қарапайым зат түрінде ол жеткілікті қатты металл (Mohs шкаласы бойынша көрсеткіш 4). Түсі - күміс-ақ, ауада қорғаныш оксидті қабықпен жабылған, кесілген жері жылтыр.
2. Балу температурасы 1246⁰C.
3. Қайнату - 2061⁰C.
4. Өткізгіш қасиеттері жақсы, ол парамагниттік.
5. Металдың тығыздығы 7,44 г/см³.
6. Төрт полиморфты модификациялар (α, β, γ, σ) түрінде бар, кристалдық тордың құрылымы мен пішіні және атомдардың орау тығыздығы бойынша ерекшеленеді. Олардың балқу температурасы да әртүрлі.

Металлургияда марганецтің үш негізгі түрі қолданылады: β, γ, σ. Альфа сирек кездеседі, өйткені оның қасиеттері тым нәзік.

Химиялық қасиеттері

Химия тұрғысынан марганец - ион заряды +2-ден +7-ге дейін өзгеретін химиялық элемент. Бұл оның қызметіне өз ізін қалдырады. Ауада бос күйінде марганец сумен өте әлсіз әрекеттеседі және сұйылтылған қышқылдарда ериді. Дегенмен, температура көтерілген бойда металдың белсенділігі күрт артады.

Сондықтан ол келесілермен әрекеттесе алады:

• азот;
• көміртек;
• галогендер;
• кремний;
• фосфор;
• күкірт және басқа бейметалдар.

Ауасыз қыздырған кезде металл оңай бу күйіне өтеді. Марганец көрсететін тотығу дәрежесіне байланысты оның қосылыстары тотықсыздандырғыштар да, тотықтырғыштар да болуы мүмкін. Кейбіреулер амфотерлік қасиеттерді көрсетеді. Сонымен, негізгілері +2 болатын қосылыстарға тән. Амфотерлік - +4, ал қышқылдық және күшті тотықтырғыш ең жоғары мәнде +7.

Марганец өтпелі металл болғанымен, оның күрделі қосылыстары аз. Бұл атомның тұрақты электрондық конфигурациясына байланысты, себебі оның 3D ішкі деңгейінде 5 электрон бар.

Алу әдістері

Өнеркәсіпте марганецті (химиялық элемент) алудың үш негізгі жолы бар. Аты латын тілінде оқылатындықтан, біз қазірдің өзінде - манганум деп белгіледік. Орыс тіліне аударсаңыз, «иә, мен шынымен түсіндіремін, түссізденемін» болады. Марганец өз атауын көне заманнан бері белгілі қасиеттеріне байланысты.

Алайда, атақ-даңққа қарамастан, олар оны тек 1919 жылы пайдалану үшін таза күйінде ала алды. Бұл келесі әдістермен орындалады.

1. Электролиз, өнім шығымы 99,98%. Осылайша, марганец химия өнеркәсібінде алынады.
2. Силикотермиялық немесе кремнийді қалпына келтіру. Бұл әдіспен кремний мен марганец (IV) оксиді балқытылып, нәтижесінде таза металл түзіледі. Шығымдылық шамамен 68% құрайды, өйткені жанама әсер марганецті кремниймен біріктіріп, силицид түзеді. Theәдіс металлургия өнеркәсібінде қолданылады.
3. Алюминотермиялық әдіс – алюминиймен қалпына келтіру. Сондай-ақ тым жоғары өнім шығымы бермейді, қоспалармен ластанған марганец түзіледі.

Бұл металды өндіру металлургияда жүргізілетін көптеген процестер үшін маңызды. Тіпті марганецтің аз ғана қосылуы қорытпалардың қасиеттеріне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Онда көптеген металдар еріп, оның кристалдық торын толтыратыны дәлелденді.

Бұл элементті алу және өндіру бойынша Ресей әлемде бірінші орында. Бұл процесс келесі елдерде де жүзеге асырылады:

• Қытай.
• Оңтүстік Африка.
• Қазақстан.
• Грузия.
• Украина.

Өнеркәсіптік пайдалану

Марганец – химиялық элемент, оны қолдану тек металлургияда ғана маңызды емес. сонымен қатар басқа салаларда. Таза күйіндегі металдан басқа, бұл атомның әртүрлі қосылыстары да үлкен маңызға ие. Негізгілерін белгілейік.

1. Марганецтің арқасында ерекше қасиеттері бар қорытпалардың бірнеше түрі бар. Мысалы, Хэдфилд болатының беріктігі және тозуға төзімділігі сонша, ол экскаваторларға, тас өңдеу машиналарына, ұсақтағыштарға, шарикті диірмендерге және брондалған бөлшектерге арналған бөлшектерді балқыту үшін қолданылады.
2. Марганец диоксиді электроплатаның міндетті тотықтырғыш элементі болып табылады, ол деполяризаторлар жасау үшін қолданылады.
3. Марганец қосылыстары органикалық енгізу үшін қажетәртүрлі заттардың синтезі.
4. Калий перманганаты (немесе калий перманганаты) медицинада күшті дезинфекциялаушы құрал ретінде қолданылады.
5. Бұл элемент қола, жездің бөлігі болып табылады, ұшақ турбиналарын, қалақтарды және басқа бөлшектерді жасау үшін қолданылатын мыспен өзіндік қорытпаны құрайды.

Биологиялық рөл

Адамның марганецке тәуліктік қажеттілігі 3-5 мг. Бұл элементтің жетіспеушілігі жүйке жүйесінің депрессиясына, ұйқының бұзылуына және мазасыздыққа, бас айналуға әкеледі. Оның рөлі әлі толық зерттелмеген, бірақ, ең алдымен, оның әсері бар екені анық:

• өсу;
• жыныс бездерінің белсенділігі;
• гормон жұмысы;
• қан түзілуі.

Бұл элемент барлық өсімдіктерде, жануарларда, адамдарда бар, бұл оның маңызды биологиялық рөлін дәлелдейді.

Қызықты элемент мәліметтері

Марганец - химиялық элемент, ол туралы қызықты деректер кез келген адамды таң қалдырады, сонымен қатар оның қаншалықты маңызды екенін түсінуге көмектеседі. Міне, олардың ең негізгілері, олар осы металл тарихында өз ізін тапты.

1. КСРО-дағы азамат соғысының қиын кезеңдерінде алғашқы экспорттық өнімдердің бірі марганецтің көп мөлшері бар кен болды.
2. Егер марганец диоксиді калий гидроксидімен және селитрамен балқытылып, содан кейін өнім суда ерітілген болса, таңғажайып өзгерістер басталады. Ерітінді алдымен жасылға айналады, содан кейін түс көкке өзгереді.кейін - күлгін. Ақырында ол қызыл түске айналады және қоңыр түсті тұнба біртіндеп түседі. Егер қоспасы шайқалса, онда жасыл түс қайтадан қалпына келтіріліп, бәрі қайталанады. Дәл осы үшін калий перманганаты «минералды хамелеон» деп аударылатын өз атауын алды.
3. Егер жерге марганеці бар тыңайтқыштар енгізілсе, онда өсімдіктердің өнімділігі артып, фотосинтез жылдамдығы артады. Күздік бидай дәнді жақсырақ түзеді.
4. Марганец минералының родонитінің ең үлкен блогының салмағы 47 тонна және Оралдан табылған.
5. Манганин деп аталатын үштік қорытпа бар. Ол мыс, марганец және никель сияқты элементтерден тұрады. Оның бірегейлігі температураға тәуелсіз, бірақ қысым әсер ететін жоғары электрлік кедергіге ие.

Әрине, бұл металл туралы бұл ғана емес. Марганец - бұл химиялық элемент, ол туралы қызықты фактілер әртүрлі. Әсіресе оның әртүрлі қорытпаларға беретін қасиеттері туралы айтатын болсақ.