Mangan (chemický prvek): vlastnosti, použití, označení, oxidační stav, zajímavá fakta

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Jedním z nejdůležitějších kovů pro metalurgii je mangan. Navíc jde obecně o dosti neobvyklý prvek, se kterým jsou spojena zajímavá fakta. Důležité pro živé organismy, potřebné při výrobě mnoha slitin, chemikálií. Mangan je chemický prvek, jehož fotografii lze vidět níže. V tomto článku se budeme zabývat jeho vlastnostmi a charakteristikami.

Charakteristika chemického prvku

Pokud mluvíme o manganu jako prvku periodického systému, pak bychom měli především charakterizovat jeho postavení v něm.

1. Nachází se ve čtvrtém hlavním období, sedmé skupině, sekundární podskupině.
2. Pořadové číslo - 25. Mangan je chemický prvek, jehož náboj atomových jader je +25. Počet elektronů je stejný, neutronů - 30.
3. Hodnota atomové hmotnosti je 54 938.
4. Označení chemického prvku mangan - Mn.
5. Latinský název - mangan.

Nachází se mezi chromem a železem, což vysvětluje jeho podobnost s nimi ve fyzikálních a chemických vlastnostech.

Mangan – chemický prvek: přechodný kov

Pokud vezmeme v úvahu elektronovou konfiguraci redukovaného atomu, jeho vzorec bude vypadat takto: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Je zřejmé, že prvek, o kterém uvažujeme, je přechodný kov z rodiny d. Pět elektronů na 3d podúrovni ukazuje stabilitu atomu, která se projevuje v jeho chemických vlastnostech.

Mangan je jako kov redukční činidlo, ale většina jeho sloučenin je schopna vykazovat poměrně silné oxidační schopnosti. To je způsobeno různými oxidačními stavy a mocenstvími, které tento prvek má. To je zvláštnost všech kovů této rodiny.

Mangan je tedy chemický prvek, který se nachází mezi ostatními atomy a má své zvláštní vlastnosti. Podívejme se, jaké jsou tyto vlastnosti podrobněji.

Mangan je chemický prvek. Oxidační stav

Elektronový vzorec atomu jsme již uvedli. Podle ní je tento prvek schopen vykazovat několik kladných oxidačních stavů. Toto je:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Valence atomu je IV. Nejstabilnější jsou ty sloučeniny, ve kterých má mangan hodnoty +2, +4, +6. Nejvyšší stupeň oxidace umožňuje sloučeninám působit jako nejsilnější oxidační činidla. Například: KMnO₄, Mn₂O₇.

Sloučeniny s +2 jsou redukční činidla, hydroxid manganatý (II) má amfoterní vlastnosti, s převahou zásaditých. Střední oxidační stavy tvoří amfoterní sloučeniny.

Historie objevů

Mangan je chemický prvek, který nebyl objeven okamžitě, ale postupně a různými vědci. Jeho sloučeniny však lidé používali již od starověku. Oxid manganatý (IV) byl použit pro tavení skla. Jeden Ital uvedl skutečnost, že přidání této sloučeniny při chemické výrobě skel zbarvuje jejich barvu do fialova. Spolu s tím stejná látka pomáhá eliminovat zákal v barevných sklech.

Později v Rakousku se vědci Kaimovi podařilo získat kousek kovového manganu vystavením pyrolyzitu (oxid manganu (IV)), potaše a uhlí vysokým teplotám. Tento vzorek však obsahoval mnoho nečistot, které nedokázal odstranit, takže k objevu nedošlo.

Ještě později jiný vědec také syntetizoval směs, ve které byl významný podíl čistý kov. Byl to Bergman, kdo dříve objevil prvek nikl. Nebylo mu však souzeno tu práci dokončit.

Mangan je chemický prvek, který poprvé získal a izoloval ve formě jednoduché látky Karl Scheele v roce 1774. Udělal to však společně s I. Ganem, který dokončil proces tavení kusu kovu. Ale ani jim se nepodařilo jej úplně zbavit nečistot a získat 100% výtěžnost produktu.

Nicméně tato doba se stalaobjev tohoto atomu. Stejní vědci se pokusili uvést jméno jako objevitelé. Zvolili termín mangan. Po objevu hořčíku však začal zmatek a název manganu byl změněn na moderní (H. David, 1908).

Vzhledem k tomu, že mangan je chemický prvek, jehož vlastnosti jsou velmi cenné pro mnoho metalurgických procesů, bylo postupem času nutné najít způsob, jak jej získat v nejčistší formě. Tento problém řešili vědci po celém světě, ale podařilo se jej vyřešit až v roce 1919 díky práci sovětského chemika R. Agladzeho. Byl to on, kdo našel způsob, kterým je možné ze síranů a chloridů manganu elektrolýzou získat čistý kov s látkovým obsahem 99,98 %. Nyní se tato metoda používá po celém světě.

Být v přírodě

Mangan je chemický prvek, jehož fotografii jednoduché látky můžete vidět níže. V přírodě existuje mnoho izotopů tohoto atomu, počet neutronů se velmi liší. Hmotnostní čísla se tedy pohybují od 44 do 69. Jediným stabilním izotopem je však prvek s hodnotou ⁵⁵Mn, všechny ostatní mají buď zanedbatelně krátký poločas rozpadu, nebo existují v příliš malé množství.

Vzhledem k tomu, že mangan je chemický prvek, jehož oxidační stav je velmi odlišný, tvoří také v přírodě mnoho sloučenin. Ve své čisté podobě se tento prvek vůbec nevyskytuje. V nerostech a rudách je jeho stálým sousedem železo. Celkem lze identifikovat několik nejdůležitějších hornin, mezi které patří mangan.

1. Pyrolusite. Složený vzorec: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelan, MnO2mMnOnH2O molekula.
3. Manganit, vzorec MnOOH.
4. Brownit je vzácnější než ostatní. Vzorec Mn₂O₃.
5. Gausmanit, vzorec MnMn₂O_4.
6. Rhodonit Mn₂(SiO₃)₂.
7. Uhličitanové rudy manganu.
8. Malinový trn nebo rodochrozit – MnCO₃.
9. purpurite - Mn₃PO₄.

Kromě toho můžete určit několik dalších minerálů, které také obsahují příslušný prvek. Toto je:

• calcit;
• siderite;
• jílové minerály;
• chalcedony;
• opal;
• písčito-bahnité sloučeniny.

Kromě hornin a sedimentárních hornin, minerálů je mangan chemickým prvkem, který je součástí následujících objektů:

1. Rostlinné organismy. Největšími akumulátory tohoto prvku jsou: vodní kaštan, okřehek, rozsivky.
2. Rezavé houby.
3. Některé druhy bakterií.
4. Následující zvířata: červení mravenci, korýši, měkkýši.
5. Lidé – denní potřeba je přibližně 3–5 mg.
6. Vody oceánů obsahují 0,3 % tohoto prvku.
7. Celkový obsah v zemské kůře 0,1 % hmotnosti.

Obecně je to 14. nejhojnější prvek ze všech na naší planetě. Mezi těžkými kovy je na druhém místěželezo.

Fyzikální vlastnosti

Z hlediska vlastností manganu, jako jednoduché látky, lze pro něj rozlišit několik základních fyzikálních vlastností.

1. Ve formě jednoduché hmoty je to docela pevný kov (na Mohsově stupnici je indikátor 4). Barva - stříbřitě bílá, na vzduchu pokrytá ochranným oxidovým filmem, na řezu lesklá.
2. Bod tání je 1246⁰C.
3. Vařit – 2061⁰C.
4. Vlastnosti vodiče jsou dobré, je paramagnetický.
5. Hustota kovu je 7,44 g/cm³.
6. Existuje ve formě čtyř polymorfních modifikací (α, β, γ, σ), lišících se strukturou a tvarem krystalové mřížky a hustotou balení atomů. Jejich bod tání je také odlišný.

V metalurgii se používají tři hlavní formy manganu: β, γ, σ. Alfa je vzácnější, protože je ve svých vlastnostech příliš křehká.

Chemické vlastnosti

Z hlediska chemie je mangan chemický prvek, jehož iontový náboj se velmi mění od +2 do +7. To zanechává stopy na jeho činnosti. Ve volné formě na vzduchu mangan velmi slabě reaguje s vodou a rozpouští se ve zředěných kyselinách. Jakmile se však teplota zvýší, aktivita kovu se dramaticky zvýší.

Takže je schopen komunikovat s:

• dusík;
• carbon;
• halogeny;
• silicon;
• fosfor;
• síra a další nekovy.

Při zahřívání bez vzduchu kov snadno přechází do stavu páry. V závislosti na oxidačním stavu, který mangan vykazuje, mohou být jeho sloučeniny jak redukčními činidly, tak oxidačními činidly. Některé vykazují amfoterní vlastnosti. Takže ty hlavní jsou charakteristické pro sloučeniny, ve kterých je +2. Amfoterní - +4 a kyselé a silně oxidační v nejvyšší hodnotě +7.

Navzdory skutečnosti, že mangan je přechodný kov, jeho komplexních sloučenin je málo. Je to kvůli stabilní elektronické konfiguraci atomu, protože jeho 3D podúroveň obsahuje 5 elektronů.

Metody získávání

Existují tři hlavní způsoby, kterými se mangan (chemický prvek) získává v průmyslu. Jelikož se název čte v latině, již jsme určili - manganum. Pokud to přeložíte do ruštiny, pak to bude "ano, opravdu objasňuji, odbarvuji." Mangan vděčí za svůj název zjevným vlastnostem známým již od starověku.

Navzdory slávě se jim však podařilo získat jej v čisté podobě pro použití až v roce 1919. To se provádí následujícími metodami.

1. Elektrolýza, výtěžnost produktu je 99,98 %. Tímto způsobem se mangan získává v chemickém průmyslu.
2. Silikotermální neboli křemíková redukce. Touto metodou se taví oxid křemíku a manganu (IV), což vede k vytvoření čistého kovu. Výtěžnost je asi 68 %, jako vedlejší účinek je kombinace manganu s křemíkem za vzniku silicidu. Themetoda se používá v metalurgickém průmyslu.
3. Aluminotermická metoda - restaurování hliníkem. Také neposkytuje příliš vysokou výtěžnost produktu, mangan se tvoří kontaminovaný nečistotami.

Výroba tohoto kovu je důležitá pro mnoho procesů prováděných v metalurgii. I malý přídavek manganu může velmi ovlivnit vlastnosti slitin. Bylo dokázáno, že se v něm rozpouští mnoho kovů a vyplňuje jeho krystalovou mřížku.

Z hlediska těžby a výroby tohoto prvku je Rusko na prvním místě na světě. Tento proces se také provádí v zemích jako:

• Čína.
• Jižní Afrika.
• Kazachstán.
• Gruzie.
• Ukrajina.

Průmyslové použití

Mangan je chemický prvek, jehož využití je důležité nejen v metalurgii. ale i v jiných oblastech. Kromě kovu v jeho čisté formě mají velký význam také různé sloučeniny tohoto atomu. Označme ty hlavní.

1. Existuje několik typů slitin, které mají díky manganu jedinečné vlastnosti. Takže například Hadfieldova ocel je tak pevná a odolná proti opotřebení, že se používá pro tavení dílů pro rypadla, stroje na zpracování kamene, drtiče, kulové mlýny a pancéřové díly.
2. Oxid manganičitý je povinný oxidační prvek galvanického pokovování, používá se k výrobě depolarizátorů.
3. Sloučeniny manganu jsou potřebné pro realizaci organickýchsyntézy různých látek.
4. Manganistan draselný (neboli manganistan draselný) se používá v lékařství jako silný dezinfekční prostředek.
5. Tento prvek je součástí bronzu, mosazi, tvoří vlastní slitinu s mědí, která se používá k výrobě leteckých turbín, lopatek a dalších dílů.

Biologická role

Denní potřeba manganu na osobu je 3-5 mg. Nedostatek tohoto prvku vede k depresi nervového systému, poruchám spánku a úzkosti, závratím. Jeho role ještě nebyla plně prozkoumána, ale je jasné, že v první řadě má dopad na:

• growth;
• aktivita gonád;
• hormonální práce;
• tvorba krve.

Tento prvek je přítomen ve všech rostlinách, zvířatech, lidech, což dokazuje jeho důležitou biologickou roli.

Zajímavé detaily položky

Mangan je chemický prvek, jehož zajímavá fakta mohou zapůsobit na každého člověka a také vám umožní pochopit, jak je důležitý. Zde jsou ty nejzákladnější z nich, které našly svou stopu v historii tohoto kovu.

1. V těžkých časech občanské války v SSSR byla jedním z prvních exportních produktů ruda obsahující velké množství manganu.
2. Pokud se oxid manganičitý sloučí s hydroxidem draselným a ledkem a poté se produkt rozpustí ve vodě, začnou úžasné přeměny. Roztok nejprve zezelená, poté se barva změní na modrou.po - fialová. Nakonec zbarví do karmínové a postupně vypadává hnědá sraženina. Pokud se směs protřepe, pak se znovu obnoví zelená barva a vše se bude opakovat. Právě kvůli tomu dostal manganistan draselný své jméno, což se překládá jako "minerální chameleon".
3. Pokud se na půdu aplikují hnojiva obsahující mangan, zvýší se produktivita rostlin a zvýší se rychlost fotosyntézy. Ozimá pšenice bude lépe tvořit zrna.
4. Největší blok manganového minerálu rhodonitu vážil 47 tun a byl nalezen na Uralu.
5. Existuje ternární slitina zvaná manganin. Skládá se z prvků jako je měď, mangan a nikl. Jeho jedinečnost spočívá v tom, že má vysoký elektrický odpor, který je nezávislý na teplotě, ale je ovlivněn tlakem.

Samozřejmě to není vše, co se o tomto kovu dá říct. Mangan je chemický prvek, jehož zajímavá fakta jsou velmi rozmanitá. Zvláště pokud mluvíme o vlastnostech, které dává různým slitinám.