Неорганическая химия

 Главная   Общая  Неорганическая  Органическая  Физическая  Поиск реакции 

МАРГАНЕЦ

Общий обзор

Марганец - элемент VIIB подгруппы IV-го периода. Электронное строение атома 1s22s22p63s23p63d54s2, наиболее характерные степени окисления в соединениях - от +2 до +7.

Марганец принадлежит к довольно распространенным элементам, составляя 0,1 % (массовая доля) земной коры. В природе встречается тoлько в виде соединений, основные минералы - пиролюзит (диоксид марганца MnO2.), гаусканит Mn3O4 и браунит Mn2O3.

Физические свойства

Марганец — серебристо-белый твердый хрупкий металл. Его плотность 7,44 г/см3, температура плавления 1245oС. Известны четыре кристаллические модификации марганца.

Химические свойства

Марганец – активный металл, ряду напряжений он находится между алюминием и цинком. На воздухе марганец покрывается тонкой оксидной пленкой, предохраняющей его от дальнейшего окисления даже при нагревании. В мелкораздробленном состоянии марганец окисляется легко.

3Mn + 2O2 = Mn3O4 – при прокаливаии на воздухе

Вода при комнатной температуре действует на марганец очень медленно, при нагревании — быстрее:

Mn + H2O = Mn(OH)2 + H2

Он растворяется в разбавленных соляной и азотной кислотах, а также в горячей серной кислоте (в холодной H2SO4 он практически нерастворим):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2
Mn + H2SO4 = MnSO4 + H2

Получение

Марганец получают:

1. электролизом раствора MnSО4. При электролитическом методе руду восстанавливают, а затем растворяют в смеси серной кислоты с сульфатом аммония. Получающийся раствор подвергают электролизу.

2. восстановлением из его оксидов кремнием в электрических печах.

Применение

Марганец применяется:

1. в производстве легированных сталей. Марганцовистая сталь, содержащая до 15 % марганца, обладает высокими твердостью и прочностью.

2. марганец входит в состав ряда сплавов на основе магния; он повышает их стойкость против коррозии.

Оксиды магранца

Марганец образует четыре простых оксида - MnO, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7 и смешанный оксид Mn3O4. Первые два оксида обладают основными свойствами, диоксид марганца MnO2 амфотерен, а высший оксид Mn2O7 является ангидридом марганцовой кислоты HMnO4. Известны также производные марганца (IV), но соответствующий оксид MnO3 не получен.

Соединения марганца (II)

Степени окисления +2 соответствуют оксид марганца (II) MnO, гидроксид марганца Mn(OH)2 и соли марганца (II).

Оксид марганца(II) получается в виде зеленого порошка при восстановлении других оксидов марганца водородом:

MnO2 + H2 = MnO + H2O

или при термическом разложении оксалата или карбоната марганца без доступа воздуха:

MnC2O4 = MnO + CO + CO2
MnCO3 = MnO + CO2

При действии щелочей на растворы солей марганца (II) выпадает белый осадок гидроксидa марганца Mn(OH)2:

MnCl2 + NaOH = Mn(OH)2 + 2NaCl

На воздухе он быстро темнеет, окисляясь в бурый гидроксид марганца(IV) Mn(OH)4:

2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O =2 Mn(OH)4

Оксид и гидроксид марганца (II) проявляют основные свойства, легко растворяются в кислотах:

Mn(OH)2 + 2HCl = MnCl2 + 2H2O

Соли при марганца (II) образуются при растворении марганца в разбавленных кислотах:

Mn + H2SO4 = MnSO4 + H2 - при нагревании

или при действии кислот на различные природные соединения марганца, например:

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

В твердом виде соли марганца (II) розового цвета, растворы этих солей почти бесцветны.

При взаимодействии с окислителями все соединения марганца (II) проявляют восстановительные свойства.

Соединения марганца (IV)

Самым устойчивым соединением марганца (IV) является темно-бурый диоксид марганца MnO2. Он легко образуется как при окислении низших, так и при восстановлении высших соединений марганца.

MnO2 — амфотерный оксид, но и кислотные, и основные свойства выражены у него очень слабо.

В кислой среде диоксид марганца –сильный окислитель. При нагревании сконцентрированными кислотами идут реакции:

2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 2H2O
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

причем на первой стадии во второй реакции сначала образуется неустойчивый хлорид марганца (IV), который затем распадается:

MnCl4 = MnCl2 + Cl2

При сплавлении MnO2 со щелочами или основными оксидами получают манганиты, например:

MnO2 +2KOH = K2MnO3 + H2O

При взаимодействии MnO2 с концентрированной серной кислотой образуется сульфат марганца MnSO4 и выделяется кислород:

2Mn(OH)4 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 6H2O

Взаимодействие MnO2 с более сильными окислителями приводит к образованию соединений марганца (VI) и (VII), например при сплавлении с хлоратом калия образуется манганат калия:

3MnO2 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O

а при действии диоксида полония в присутствии азотной кислоты – марганцевая кислота:

2MnO2 + 3PoO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Po(NO3)2 + 2H2O

Применение MnO2

В качестве окислителя MnO2 применяют при получении хлора из соляной кислоты и в сухих гальванических элементах.

Соединения марганца(VI) и (VII)

При сплавлении диоксида марганца с карбонатом и нитратом калия получается зеленый сплав, из которого можно выделить темно-зеленые кристаллы манганата калия K2MnO4 - соли очень нестойкой марганцовистой кислоты H2MnO4:

MnO2 + KNO3 + K2CO3 = K2MnO4 + KNO2 + CO2

в водном растворе манганаты самопроизвольно превращаются в соли марганцовой кислоты HMnO4 (перманганаты) с одновременным образованием диоксида марганца:

3K2MnO4 + H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH

при этом цвет раствора меняется с зеленого на малиновый и образуется темно-бурый осадок. В присутствии щелочи манганаты устойчивы, в кислой среде переход манганата в перманганат происходит очень быстро.

При действии сильных окислителей (например, хлора) на раствор манганата последний полностью превращается в перманганат:

2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl

Перманганат калия KMnO4 - наиболее известная соль марганцовой кислоты. Представляет собой темно-фиолетовые кристаллы, умеренно растворимые в воде.Как и все соединения марганца (VII), перманганат калия — сильный окислитель. Он легко окисляет многие органические вещества, превращает соли железа(II) в соли железа (III), сернистую кислоту окисляет в серную, из соляной кислоты выделяет хлор и т. д.

В окислительно-восстановительных реакциях KMnO4 (ион MnO4-)может восстанавливаться в различной степени. В зависимости от рН среды продукт восстановления может представлять собою ион Mn2+ (в кислой среде), MnO2 (в нейтральной или в слабо щелочной среде) или ион MnO42-(в сильно щелочной среде), например:

KMnO4 + KNO2 + KOH = K2MnO4 + KNO3 + H2O - в сильнощелочной среде
2KMnO4 + 3KNO2 + H2O = 2MnO2 + 3KNO3 + 2KOH – в нейтральной или слабощелочной
2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5KNO3 + 3H2O – в кислой среде

При нагревании в сухом виде перманганат калия уже при температуре около 200oС разлагается согласно уравнению:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Соответствующая перманганатам свободная марганцовая кислота HMnO4 в безводном состоянии не получена и известна только в растворе. Концентрацию ее раствора можно довести до 20%. HMnO4 - очень сильная кислота, в водном растворе полностью диссоциированная на ионы.

Оксид марганца (VII), или марганцовый ангидрид, Mn2O7 может быть получен действием концентрированной серной кислоты на перманганат калия:

2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O

Марганцовый ангидрид — зеленовато-бурая маслянистая жидкость. Очень неустойчив: при нагревании или при соприкосновении с горючими веществами он со взрывом разлагается на диоксид марганца и кислород.

Как энергичный окислитель перманганат калия широко применяют в химических лабораториях и производствах, он служит также дезинфицирующим средством, Реакцией термического разложения перманганата калия пользуются в лаборатории для получения кислорода.



    © Короленко М.В., 2009-2016                      *7674*18*60*

          Индекс цитирования          Эта страница помогла? Покажите ее друзьям!