Оксиди марганцю та його характеристика. З'єднання марганцю (II), (III), (IV), властивості оксидів та гідроксидів, солі марганцю, їх властивості; діоксид марганцю, його властивості діоксид марганець одержання хімічний

Автор Хімічна енциклопедія р.н. І.Л.Кнунянц

МАРГАНЦЯ ОКСИДИ: MnО, Mn 2 Про 3 , MnО 2 , Mn 3 Про 4 , Mn 2 Про 7 , Mn 5 Про 8 . Крім Mn 2 Про 7 всі оксиди - кристали, не розчинний у воді. При нагріванні вищих оксидів відщеплюється 2 і утворюються нижчі оксиди:

При витримуванні на повітрі або в атмосфері О2 вище 300 ° С MnО і Mn2О3 окислюються до MnО2.

Безводні та гідратир. оксиди Mn входять до складу марганцевих та залізо-марганцевих руд у вигляді мінералів піролюзиту b -MnО 2 , псиломелану mМО* nMnО 2 * хН 2 О [М = Ва, Са, К, Mn(Н)], манганіту b -MnOOH (Mn 2 Про 3 * Н 2 О), гроутиту g -MnOOH, брауніту 3Mn 2 O 3 * MnSiO 3 та ін. З вмістом MnО 2 60-70%. Переробка марганцевих руд включає мокре збагачення та подальше хімічне виділення оксидів MnО 2 або Mn 2 Про 3 методами сульфітизації та сульфатизації, карбонізації, відновить. випалу та ін.

Монооксид MnО (мінерал манганозит). До - 155,3 ° С стійка гексагон. модифікація, вище – кубічна (див. табл.). Напівпровідник. Антиферомагнетик з точкою Нееля 122 К; магн. сприйнятливість + 4,85 * 10 - 3 (293 К). Має слабоосновні властивості; відновлюється до Mn воднем та активними металами при нагріванні. При взаємодії MnО з кислотами утворюються солі Mn(II), з розплавом NaOH при 700-800°З надлишку O 2 - Na 3 MnO 4 при дії (NH 4) 2 S - сульфід MnS. Отримують розкладанням Mn(OH) 2 , Mn(C 2 O 4), Mn(NO 3) 2 або MnСО 3 в інертній атмосфері при 300 °С, контрольованим відновленням MnО 2 або Mn 2 Про 3 воднем або СО при 700-900 ° З. Компонент феритів та ін. Кераміч. матеріалів, шлаку для десульфуризації металів, мікродобрив, каталізатор дегідрогізації піперидину, антиферомагн. матеріал.

Сесквіоксид Mn 2 Про 3 існує у двох модифікаціях - ромбіч. a (мінерал курнакіт) та кубич. b (мінерал біксбіїт), температура переходу a : b 670 ° С; парамагнетик, магн. сприйнятливість +1,41 10 - 5 (293 К); відновлюється Н 2 при 300°З MnО, алюмінієм при нагріванні - до Mn.

Під дією розведений H 2 SO 4 і HNO 3 переходить у MnО 2 і сіль Mn(II). Отримують Mn 2 Про 3 термодинамічно розкладання MnООН.

Оксид марганцю (II, III) Mn 3 Про 4 (мінерал гаусманіт); a -Mn 3 Про 4 при 1160°З переходить в b -Mn 3 Про 4 з кубічною кристаліч. ґратами; D H 0 переходу a : b 20,9 кДж/моль; парамагнетик, магн. сприйнятливість + 1,24 * 10 - 5 (298 К). Виявляє хімічні властивості, властиві MnО та Mn 2 Про 3 .

Діоксид MnО 2 - найпоширеніша сполука Mn у природі; найбільш стійка b-модифікація (мінерал піролюзит). Відомі ромбічі. g -MnО 2 (мінерал рамсделіт, або поліаніт), а також a , d і e розглядаються як тверді розчини різних форм MnО 2 . Парамагнетик, магн. сприйнятливість + 2,28 * 10 - 3 (293 К). Діоксид Mn – нестехіометрич. з'єднання, у його ґратах завжди спостерігається нестача кисню. Амфотерен. Відновлюється Н 2 до MnО за 170°С. При взаємодії з NH 3 утворюються Н 2 Про, N 2 і Mn 2 Про 3 . Під дією Про 2 в розплаві NaOH дає Na 2 MnO 4 середовищі конц. кислот - відповідні солі Mn(IV), H 2 O та Про 2 (або Cl 2 у разі соляної кислоти). Одержують MnО 2 розкладанням Mn(NO 3) 2 або Mn(ОН) 2 при 200°З повітрі, відновленням КMnО 4 в нейтральному середовищі, електролізом солей Mn(II). Застосовують для отримання Mn і його з'єднання, сикативів, як деполяризатор в сухих елементах, компонент коричневого пігменту (умбри) для фарб, для освітлення скла, як реагент для виявлення Cl - , окислювач гідрометалургії Zn, Cu, U, компонент каталізатора в гопкалітових патронах та ін Активний MnО 2 , одержуваний взаємодія водних розчинів MnSO 4 і КMnО 4 -окислювач в органічне хімії.

Оксид марганцю (VII) Mn 2 Про 7 (гептаоксид димарганцю, марганцевий ангідрид) - масляниста зелена рідина; температура плавлення 5,9 ° С; щільність 2,40 г/см 3 ; D H 0 обр -726,3 кДж/моль. Вище 50 °С при повільному нагріванні починає розкладатися з виділенням 2 і утворенням нижчих оксидів, а при більш високих температурах або високих швидкостях нагрівання вибухає; вкрай чутливий до механічних та теплових впливів. Сильний окисник; при контакті з Mn 2 Про 7 горючі речовини займаються. МАРГАНЦЯ ОКСИДИб. отримано при взаємодії КMnО 4 з H Z SO 4 на холоді.

Оксид Mn 5 Про 8 або Mn 2 II (Mn IV Про 4) 3 - тверда речовина; не розчинний у воді; може бути отриманий окисленням MnО або Mn 3 Про 4 ; легко розкладається на MnО 2 і О 2 .

З гідроксидів Mn стехіометрич. з'єднання є тільки Mn(ОН) 2 , MnО(ОН) і НMnО 4 інші являють собою гідратир. оксиди змінного складу, близькі за хімічними властивостями відповідним оксидам. Кислотні властивості гідроксидів збільшуються зі зростанням ступеня окиснення Mn: Mn(ОН) 2< MnО(ОН) (или Mn 2 O 3 * xH 2 O) < MnO 2 * xН 2 О < Mn 3 О 4 * xН 2 О < Н 2 MnО 4 < НMnО 4 . Гидроксид Мn(II) практически не растворим в воде (0,0002 г в 100 г при 18 °С); основание средней силы; растворим в растворах солей NH 4 ; на воздухе постепенно буреет в результате окисления до MnО 2 * xН 2 О.

Гідроксиоксид Mn(III) MnO(OH) відомий у двох модифікаціях; при 250 ° С у вакуумі зневоднюється до g -Mn 2 Про 3 ; у воді не розтв. Прир. манганіт не розкладається HNO 3 і розведений H 2 SO 4 але повільно реагує з H 2 SO 3 штучно отриманий легко розкладається мінеральними кислотами; окислюється О 2 до b -MnО 2 . також Манганати.

МАРГАНЦЯ ОКСИДИО. токсичні; ГДК див. у ст. Марганець.

Хімічна енциклопедія Том 2 >>

З'єднання марганцю. Оксиди, гідроксиди.

Марганець утворює кілька оксидів. Найбільш стійкими є

МnО Мn2O3 МnO2 Мn2O7

Оксид марганцю (VII) Mn2O7 – масляниста рідина чорно-зеленого кольору, вище 50°С розкладається з утворенням кисню та нижчих оксидів, за більш високої температури вибухає:

2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2.

Виявляє кислотні властивості. Реагує з водою, утворюючи марганцеву кислоту:

Mn2O7 + H2O = 2HMnO4.

Оксид марганцю можна отримати лише непрямим шляхом:

2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O.

Марганцева кислота – сильна кислота, дуже нестійка, розкладається вже вище 3 ° С:

4HMnO4 = 4MnO2 + 2H2O + 3O2.

Оксид марганцю (II) МnО та відповідний гідроксиди Мn(ОН)2 - речовини основного характеру.

Вони взаємодіють із кислотами з утворенням солей марганцю (II)

MnO + 2НСl = MnCl2 + 2Н2O

Mn(OH)2 + 2НСl = MnCl2 + 2Н2O

Mn(OH)2 одержують дією лугів на розчинні солі Mn2+

MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2↓ + 2Н2O

Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2↓

білий осад

Через нестійкість Mn(OH)2 вже на повітрі окислюється, утворюючи Mn(OH)4

2Mn(OH)2 +О2 + 2Н2O =2Mn(OH)4

Дана реакція є якісною на катіон Mn2+

Qксид марганцю (IV), або діоксид марганцю, МпО2 та гідроксид Мn(ОН)4- амфотерні речовини.

При взаємодії МnО2 із сірчаною кислотою утворюється малостійкий сульфат марганцю (IV)

МnО2 + 2H2SO4 = Mn(SO4)2 + 2 Н2O

При сплавленні МпО2 з лугами протікає реакція утворенням манганітів (IV), які слід розглядати як солі марганцеватістой кислоти Н4MnO4

МnО2 + 4KОН = K4MnO4 + 2Н2O

Оксид марганцю (IV) залежно від речовин, з якими він реагує, може виявляти властивості як окислювача, так і відновника

4НСl + МnО2 = МnCl2 + Cl2 + 2Н2O

2МnO2 + ЗРbО2 + 6НNОз = 2НМnО4 + ЗРb(NОз)2 + 2 Н2O

У першій реакції МnО2 постає як окислювач, у другій - як відновник.

Таким чином, у ряді оксидів і гідроксидів марганцю з різними ступенями окиснення проявляється загальна закономірність: зі зростанням ступеня окиснення основний характер оксидів гідроксидів слабшає, а посилюється кислотний.

Солі марганцевої кислоти називаються перманганати.

Найбільш відомою є сіль перманганат калію КМnО4 – темно-фіолетова кристалічна речовина, помірно розчинна у воді. Розчини КМnО4 мають темно-малиновий колір, а при великих концентраціях – фіолетовий, властивий аніонам МnО4-

Перманганат калію розкладається під час нагрівання.

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Перманганат калію - дуже сильний окислювач, легко окислює багато неорганічних та органічних речовин. Ступінь відновлення марганцю дуже залежить від рН середовища.

Солі марганцевої кислоти – перманганати – містять у складі перманганат-іон MnO4-, у розчині – фіолетового кольору. Виявляють окислювальні властивості, у кислому середовищі утворюються сполуки марганцю (II):

2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O

у нейтральній – марганцю (IV):

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH

у лужній – марганцю (VI):

2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O

При нагріванні розкладаються:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.

Перманганат калію виходить за такою схемою:

2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O;

потім манганат переводиться в перманганат електрохімічним окисленням, сумарне рівняння процесу має вигляд:

2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH + Н2.

Загальний огляд

Марганець – елемент VIIB підгрупи IV-го періоду. Електронна будова атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 характерні ступеніокислення в сполуках – від +2 до +7.

Марганець належить до досить поширених елементів, становлячи 0,1% (масова частка) земної кори. У природі зустрічається тільки у вигляді сполук, основні мінерали - піролюзит (діоксид марганцю MnO 2.), гаусканіт Mn 3 O 4та брауніт Mn 2 O 3.

Фізичні властивості

Марганець – сріблясто-білий твердий тендітний метал. Його щільність 7,44 г/см 3 температура плавлення 1245 o С. Відомі чотири кристалічні модифікації марганцю.

Хімічні властивості

Марганець - активний метал, ряду напруг він знаходиться між алюмінієм та цинком. На повітрі марганець покривається тонкою оксидною плівкою, що оберігає його від подальшого окиснення навіть при нагріванні. У дрібнороздробленому стані марганець легко окислюється.

3Mn + 2O 2 = Mn 3 O 4– при прожарюванні на повітрі

Вода при кімнатній температурідіє на марганець дуже повільно, при нагріванні - швидше:

Mn + H 2 O = Mn(OH) 2 + H 2

Він розчиняється в розведених соляній та азотній кислотах, а також у гарячій сірчаній кислоті (у холодній H 2 SO 4він практично нерозчинний):

Mn + 2HCl = MnCl 2 + H 2 Mn + H 2 SO 4 = MnSO 4 + H 2

Отримання

Марганець одержують:

1. електроліз розчину MnSО 4. При електролітичному методі відновлюють руду, а потім розчиняють у суміші сірчаної кислоти з сульфатом амонію. Розчин, що виходить, піддають електролізу.

2. відновленням із його оксидів кремнієм в електричних печах.

Застосування

Марганець застосовується:

1. у виробництві легованих сталей. Марганцевиста сталь, що містить до 15% марганцю, має високу твердість і міцність.

2. марганець входить до складу низки сплавів з урахуванням магнію; він підвищує їхню стійкість проти корозії.

Оксиди магранцю

Марганець утворює чотири прості оксиди - MnO, Mn 2 O 3, MnO 2і Mn 2 O 7та змішаний оксид Mn 3 O 4. Перші два оксиди мають основні властивості, діоксид марганцю. MnO 2амфотерен, а вищий оксид Mn 2 O 7є ангідридом марганцової кислоти. HMnO 4. Відомі також похідні марганцю (IV), але відповідний оксид MnO 3не отриман.

З'єднання марганцю (II)

Ступені окиснення +2 відповідають оксид марганцю (II) MnO, гідроксид марганцю Mn(OH) 2 та солі марганцю (II).

Оксид марганцю(II) виходить у вигляді зеленого порошку при відновленні інших оксидів марганцю воднем:

MnO 2 + H 2 = MnO + H 2 O

або при термічному розкладанні оксалату або карбонату марганцю без доступу повітря:

MnC 2 O 4 = MnO + CO + CO 2 MnCO 3 = MnO + CO 2

При дії лугів на розчини солей марганцю (II) випадає білий осад гідроксиду марганцю Mn(OH)2:

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

На повітрі він швидко темніє, окислюючись у бурий гідроксид марганцю(IV) Mn(OH)4:

2Mn(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O =2 Mn(OH) 4

Оксид і гідроксид марганцю (II) виявляють основні властивості, легко розчиняються в кислотах:

Mn(OH)2 + 2HCl = MnCl 2 + 2H 2 O

Солі при марганцю (II) утворюються при розчиненні марганцю в розведених кислотах:

Mn + H 2 SO 4 = MnSO 4 + H 2- при нагріванні

або при дії кислот на різні природні сполуки марганцю, наприклад:

MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

У твердому вигляді солі марганцю (II) рожевого кольору, розчини цих солей майже безбарвні.

При взаємодії з окислювачами всі сполуки марганцю (II) виявляють відновлювальні властивості.

З'єднання марганцю (IV)

Найстійкішим з'єднанням марганцю (IV) є темно-бурий діоксид марганцю. MnO 2. Він легко утворюється як із окисленні нижчих, і при відновленні вищих сполук марганцю.

MnO 2- Амфотерний оксид, але і кислотні, і основні властивості виражені у нього дуже слабо.

У кислому середовищі діоксид марганцю сильний окислювач. При нагріванні сконцентрованими кислотами йдуть реакції:

2MnO 2 + 2H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + O 2 + 2H 2 O MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

причому на першій стадії у другій реакції спочатку утворюється нестійкий хлорид марганцю (IV), який потім розпадається:

MnCl 4 = MnCl 2 + Cl 2

При сплавленні MnO 2з лугами або основними оксидами одержують манганіти, наприклад:

MnO 2 +2KOH = K 2 MnO 3 + H 2 O

При взаємодії MnO 2з концентрованою сірчаною кислотою утворюється сульфат марганцю MnSO 4і виділяється кисень:

2Mn(OH) 4 + 2H2SO 4 = 2MnSO 4 + O 2 + 6H 2 O

Взаємодія MnO 2з більш сильними окислювачами призводить до утворення сполук марганцю (VI) і (VII), наприклад, при сплавленні з хлоратом калію утворюється манганат калію:

3MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = 3K2MnO 4 + KCl + 3H 2 O

а при дії діоксиду полонія у присутності азотної кислоти – марганцева кислота:

2MnO 2 + 3PoO 2 + 6HNO 3 = 2HMnO 4 + 3Po(NO 3) 2 + 2H 2 O

Застосування MnO 2

Як окислювач MnO 2застосовують при отриманні хлору із соляної кислоти та в сухих гальванічних елементах.

З'єднання марганцю(VI) та (VII)

При сплавленні діоксиду марганцю з карбонатом і нітратом калію утворюється зелений сплав, з якого можна виділити темно-зелені кристали манганату калію. K 2 MnO 4- солі дуже нестійкої марганцовистої кислоти H 2 MnO 4:

MnO 2 + KNO 3 + K 2 CO 3 = K 2 MnO 4 + KNO 2 + CO 2

у водному розчині манганати мимоволі перетворюються на солі марганцової кислоти HMnO4 (перманганати) з одночасним утворенням діоксиду марганцю:

3K 2 MnO 4 + H 2 O = 2KMnO 4 + MnO 2 + 4KOH

при цьому колір розчину змінюється із зеленого на малиновий і утворюється темно-бурий осад. У присутності лугу манганати стійкі, у кислому середовищі перехід манганату перманганат відбувається дуже швидко.

При дії сильних окислювачів (наприклад, хлору) на розчин манганату останній повністю перетворюється на перманганат:

2K 2 MnO 4 + Cl 2 = 2KMnO 4 + 2KCl

Перманганат калію KMnO 4- Найвідоміша сіль марганцової кислоти. Є темно-фіолетовими кристалами, помірно розчинними у воді. Як і всі сполуки марганцю (VII), перманганат калію - сильний окислювач. Він легко окислює багато органічних речовин, перетворює солі заліза(II) на солі заліза (III), сірчисту кислоту окислює на сірчану, із соляної кислоти виділяє хлор тощо.

В окисно-відновних реакціях KMnO 4(іон MnO 4 -) може відновлюватися різною мірою. Залежно від рН середовища продукт відновлення може являти собою іон Mn 2+(У кислому середовищі), MnO 2(у нейтральному або слабо лужному середовищі) або іон MnO4 2-(в сильно лужному середовищі), наприклад:

KMnO4 + KNO 2 + KOH = K 2 MnO 4 + KNO 3 + H 2 O- у сильнолужному середовищі 2KMnO 4 + 3KNO 2 + H 2 O = 2MnO 2 + 3KNO 3 + 2KOH– у нейтральній або слаболужній 2KMnO 4 + 5KNO 2 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5KNO 3 + 3H 2 O– у кислому середовищі

При нагріванні в сухому вигляді перманганат калію вже за нормальної температури близько 200 o З розкладається відповідно до рівняння:

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Відповідна перманганатам вільна марганцева кислота HMnO 4у безводному стані не отримана і відома лише у розчині. Концентрацію розчину можна довести до 20%. HMnO 4- Дуже сильна кислота, у водному розчині повністю дисоційована на іони.

Оксид марганцю (VII), або марганцовий ангідрид, Mn 2 O 7може бути отриманий дією концентрованої сірчаної кислоти на перманганат калію: 2KMnO 4 + H 2 SO 4 = Mn 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O

Марганцовий ангідрид – зеленувато-бура масляниста рідина. Дуже нестійкий: при нагріванні або при зіткненні з горючими речовинами він з вибухом розкладається на марганець і кисень.

Як енергійний окислювач перманганат калію широко застосовують у хімічних лабораторіях і виробництвах, він також служить дезінфікуючим засобом, Реакцією термічного розкладання перманганату калію користуються в лабораторії для отримання кисню.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА

БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА

ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ

(ФДБОУ ВПО ім. М. П. ОГАРЄВА)

Інститут фізики та хімії

Кафедра загальної та неорганічної хімії

Курсова робота

Оксиди марганцю

Ольховська В.Е.

Керівник роботи: КХН, професор

Зюзіна Л.Ф.

Саранськ - 2014

Вступ

Ця робота присвячена вивченню оксидів марганцю: їх фізичним та хімічним властивостям, одержання діоксиду марганцю. Вирішення цієї проблеми має велике теоретичне та практичне значення.

Ціль курсової роботи- Виявлення найбільш перспективного та економічно доцільного способу отримання діоксиду марганцю.

Відповідно до поставленої мети у роботі вирішувалися такі:

· Провести аналіз літератури за фізичними та хімічними властивостями, методиками отримання, способами застосування марганцю та оксидів марганцю,

· Розкрити технології отримання доксиду марганцю та виявити найбільш ефективну;

· Провести розрахунки.

Інформаційною базою дослідження стали фондові матеріали бібліотек, професійні сайти, консультації викладачів.

У ході дослідження я користувалася загальнонауковим методом-аналізом.

Робота складається з вступу, основної частини, висновків, додатків, списку використаної літератури.

Аналітичний огляд

ОКСИДИ МАРГАНЦЮ

Кисневі сполуки марганцю такі численні й різноманітні за властивостями, як жодного іншого елемента; відомі такі - MnО, Mn3O4, Mn2O3, MnО2, MnО3, Mn2O7. Склад вищого оксиду визначає положення Марганця у 7-й групі. періодичної системи. Нижчий окис є основою; солі, що відповідають MnО, закису, виходять при дії кислот і на металевий марганець, і на всі його оксиди, причому з вищих виділяється зайвий кисень

MnnОm + 2nHX = nМnХ2 + nН2O + (m?n)O;

при вживанні соляної кислоти виділяється хлор:

MnnОm + 2mHCl = nMnCl2 + mH2O + (m?n)Cl2.

При кімнатній температурі можуть бути всі оксиди, при нагріванні постійний один - Mn3O4; при нагріванні на паяльній лампі в тиглі при доступі повітря МnО поглинає кисень, а МnО2 втрачає його, також і Мn2О3 - в обох випадках утворюється Мn3О4, а тому при кількісному аналізі застосовується зважування у вигляді цього окис; вищі оксиди МnО3 і Мn2О7 у вільному вигляді дуже непостійні, навіть за звичайних. темп. Основні властивості МnО дуже значні; у міру накопичення кисню основні властивості слабшають, але можуть бути помічені навіть для Мn2О7; з іншого боку, МnО2, будучи основою вкрай слабким, виявляє властивості слабкого кислотного оксиду; ангідридні властивості МnО3 і особливо Мn2О7 цілком різко виражені.

Закис марганцю найзручніше виходить при нагріванні в струмені водню вищих оксидів або вуглекислого марганцю у вигляді зеленого порошку; вона перетворюється на прозорі, зелені, блискучі октаедри, якщо водень, в якому її нагрівають, містить кілька хлористого водню; ці кристали, не змінюючи форми, перетворюються на Мn3О4 при нагріванні повітря. Гідрат закису Мn(ОН)2 осаджується лугами з розчинів солей закису у вигляді білого осаду, що швидко буріє на повітрі внаслідок окислення. За хімічними властивостями МnО дуже схоже на MgO; основні властивості МnО різкіше; солі МnХ2 подібні то до солей MgX2, то до солей FeX2, NiX2, CuX2.

Таблиця 1. Оксиди марганцю.

Назва	Температура плавлення	Температура кипіння
Оксид марганцю(II)
Оксид марганцю(II,III)			коричневий
Оксид марганцю(II,IV)
Оксид марганцю(III)	940 °C (розл.)		темно коричневий
Оксид марганцю(IV)
Оксид марганцю(VI)
Оксид марганцю(VII)			темно-зелений

Оксид марганцю (II)

Таблиця 2. Оксид марганцю (ІІ).

Оксид марганцю(II)


Систематичне найменування	Оксид марганцю(II)
Хім. формула
Фізичні властивості
Стан	зелені кубічні або гексагональні кристали
Молярна маса	70,94 г/моль
густина
Термічні властивості
Температура плав.
Температура кіп.

Оксиід маарганцю (II) - MnO - нижчий оксид марганцю, монооксид.

Фізичні властивості

Температура плавлення становить 1569 °C. Температура кипіння 3127 °C* (*-виганяється з дисоціацією) Відомі дві сингонії кристалів оксиду марганцю(II):

· кубічна (а = 0,4448 нм);

· гексагональна модифікація (стійка до 155,3 ° C);

Антиферомагнетик з точкою Нееля 122 К, напівпровідник. Молярна вага 70,94 г/моль. Колір кристалів - зелений чи сіро-зелений. У кубічної сингонії густина 5,18 г/см3.

Хімічні властивості

Чи не розчинний у воді. Легко окислюється з утворенням тендітної оболонки MnO2. Відновлюється до марганцю під час нагрівання з воднем або активними металами.

Виявляє переважно основні властивості. З водою та розчинами лугів не взаємодіє, у кислотах розчиняється, утворюючи солі марганцю (II) та воду:

При сплавленні з лугами у надлишку кисню утворює гіпоманганати:

Виявляє відновлювальні властивості.

Геологічні властивості

У природі трапляється рідко. Входить до складу манганозиту.

Отримання

Оксид марганцю(II) можна отримати прожарюванням при температурі 300°C кисневмісних солей марганцю(II) в атмосфері інертного газу. З поширеного MnO2 його одержують через часткове відновлення при температурах 700-900 °C воднем або чадним газом.

Утворюється при термічному розкладанні гідроксиду марганцю (II) та солей в інертній атмосфері:

або відновленням МnО2:

Застосування

Застосовується як каталізатор придегідрогізації піперидину.

Використовується для десульфуризації металів.

Компонент багатьох керамічних матеріалів.

Солі марганцю(II) широко використовуються як каталізатори окисних процесів. Наприклад, додавання солей вливане масло прискорює окислення останнього киснем повітря, таким чином прискорюючи висихання фарби. Лляна олія, що містить солі марганцю(II),

Оксид марганцю(II,III)

Таблиця 3. Оксид марганцю (ІІ, ІІІ).

Оксид марганцю(II,III)

Систематичне найменування	Оксид марганцю(II,III)
Хім. формула
Фізичні властивості
Стан	коричнево-чорні кристали
Молярна маса	228,81 г/моль
густина	4,70; 4,856 г/смі
Термічні властивості
Температура. плав.	1560; 1564; 1705 °C
Молярна. теплоємні.	139,3 Дж/(моль К)
Ентальпія освіти	1387,6 кДж/моль

Оксид марганцю(II,III) - неорганічна сполука, оксид металу марганцю з формулою Mn3O4, коричнево-чорні кристали, що не розчиняється у воді.

Отримання

· У природі зустрічається мінералгаусманіт - Mn3O4 з домішками.

Фізичні властивості

Оксид марганцю(II,III) утворює коричнево-чорні кристали тетрагональної сингонії, просторова група I 41/amd, параметри комірки a = 0,575 нм, c = 0,942 нм, = 103,9°, Z = 4.

При 1160°З відбувається перехід у фазу кубічної сингонії.

Парамагнетик.

Оксид марганцю(II,IV)

Таблиця 4. Оксид марганцю (II, IV).

Оксид марганцю(II,IV) - неорганічна сполука, оксид металу марганцю з формулою Mn5O8, може розглядатися як ортоманганіт марганцю Mn3(MnO4)2, тверда речовина, що не розчиняється у воді.

Отримання

· Окисленняоксиду марганцю(II) або оксиду марганцю(II,III):

Фізичні властивості

Оксид марганцю(II,IV)- тверда речовина, не розчинна у воді.

Хімічні властивості

При нагріванні розкладається:

Оксид марганцю(III)

Таблиця 5. Оксид марганцю (III).

Оксид марганцю(III)

Систематичне найменування	Оксид марганцю(III)
Хім. формула
Фізичні властивості
Стан	коричнево-чорні кристали
Молярна маса	157,87 г/моль
густина	4,50; 4,57-4,60 г/смі
Термічні властивості
Температура. плав.	разл. 1080 °C
Мовляв. теплоємні.	107,5 Дж/(моль К)
Ентальпія освіти	957,7 кДж/моль

Оксид марганцю (III) - неорганічна сполука, оксид металу марганцю з формулою Mn2O3, коричнево-чорні кристали, які не розчиняються у воді.

Отримання

· У природі зустрічаються мінералибрауніт, курнакіт та біксбіїт - оксид марганцю з різними домішками.

· Окислення оксиду марганцю(II):

· Відновлення оксиду марганцю (IV):

Фізичні властивості

Оксид марганцю (III) утворює коричнево-чорні кристали кількох модифікацій:

· б-Mn2O3, ромбічна сингонія, мінерал курнакіт;

· В-Mn2O3, кубічна сингонія, просторова група I a3, параметри комірки a = 0,941 нм, Z = 16, мінералбіксбііт;

· г-Mn2O3, тетрагональна сингонія, параметри комірки a = 0,57 нм, c = 0,94 нм.

Чи не розчиняється у воді.

Парамагнетик.

Хімічні властивості

Розкладається при нагріванні:

· Відновлюється воднем:

· При розчиненні в кислотах - диспропорціонує:

· При сплавленні з оксидами металів утворює солі манганіти:

Оксид марганцю(IV)

Таблиця 6. Оксид марганцю (IV).

Оксид марганцю(IV)


Систематичне найменування	Діоксид марганцю
Хім. формула
Фізичні властивості
Стан	чорні тетрагональні кристали
Молярна маса	86,9368 г/моль
густина
Термічні властивості
Температура. разл.
Ентальпія освіти	521,5 кДж/моль

Хімічні властивості

За звичайних умов поводиться досить інертно. При нагріванні з кислотами виявляє окисні властивості, наприклад, окислює концентровану соляну кислоту до хлору:

З сірчаною та азотною кислотами MnO2 розкладається з виділенням кисню:

При взаємодії із сильними окислювачами діоксид марганцю окислюється до сполук Mn7+ та Mn6+:

Діоксид марганцю виявляє амфотерні властивості. Так, при окисленні сірчанокислого розчину солі MnSO4перманганатом калію у присутності сірчаної кислоти утворюється чорний осад солі Mn(SO4)2.

При сплавленні з лугами та основними оксидами MnO2 виступає в ролі кислотного оксиду, утворюючи солі манганіти:

Є каталізатором розкладання пероксиду водню:

Отримання

У лабораторних умовах одержують термічним розкладаннямперманганату калію:

Також можна отримати реакцію перманганату калію з пероксидом водню. На практиці MnO2, що утворився, каталітично розкладає пероксид водню, внаслідок чого реакція до кінця не протікає.

При температурі вище 100 °C відновлення перманганату калію воднем:

Оксид марганцю(VII)

· Оксид марганцю (VII) Mn2O7 - зеленувато-бура масляниста рідина (tпл = 5,9 ° C), нестійкий при кімнатній температурі; сильний окислювач, при зіткненні з горючими речовинами спалахує їх, можливо вибухом. Вибухає від поштовху, від яскравого спалаху світла, при взаємодії з органічними речовинами. Отримати оксид марганцю(VII) Mn2O7 можна дією концентрованої сірчаної кислоти на перманганат калію:

· Отриманий оксид марганцю(VII) нестійкий і розкладається на оксид марганцю(IV) та кисень:

· Одночасно виділяється озон:

· Оксид марганцю(VII) взаємодіє з водою, утворюючи марганцову кислоту:

Оксид марганцю(VI)

Таблиця 7. Оксид марганцю (VI).

Оксид марганцю (VI) - неорганічна сполука, оксид металу марганцю з формулою MnO3, темно-червона аморфна речовина, що реагує з водою.

діоксид марганець одержання хімічний

Отримання

· Утворюється при конденсації фіолетових пар, що виділяються при нагріванні розчинуперманганату калію в сірчаній кислоті:

Фізичні властивості

Оксид марганцю (VI) утворює темно-червону аморфну речовину.

Хімічні властивості

· Розкладається при нагріванні:

· Реагує з водою:

· З лугами утворює солі - манганати:

Закономірності зміни властивостей оксидів марганцю

Найбільш стійкими є MnO2, Mn2O3 та Мn3О4 (змішаний оксид - тримарганцю тетраоксид).

Властивості оксидів марганцю залежать від ступеня окиснення металу: зі збільшенням ступеня окиснення посилюються кислотні властивості:

MnO > Мn2О3 > MnO2 >Мn2О7

Оксиди марганцю виявляють окислювальні або відновлювальні властивості залежно від ступеня окислення металу: вищі оксиди – окислювачі та відновлюються до MnO2, нижчі оксиди – відновники, окислюючись, утворюють МnO2. Таким чином, МnО2 - найстійкіший оксид.

способи одержання діоксиду марганцю

Винахід відноситься до галузі металургії, конкретніше, отримання високоякісних оксидів марганцю, які можуть знайти широке застосування в хімічній і металургійній промисловості. Спосіб отримання діоксиду марганцю включає розчинення сировини, що містить марганець, в азотній кислоті з отриманням розчину нітратів марганцю і нітратів присутніх в руді домішок кальцію, калію, магнію, натрію. Потім проводять термічне розкладання нітратів автоклаві. Термічне розкладання ведуть при постійному зниженні тиску автоклаві, починаючи від тиску 0,6 МПа і знижуючи його до кінця процесу до 0,15 МПа. При цьому пульпу при термічному розкладанні безперервно перемішують мішалкою, що обертається зі швидкістю 1-15 об/хв і накладанням на неї вібрації з частотою 20-50 герц. Спосіб може бути впроваджений на підприємствах хімічного профілю, які мають у своєму складі автоклави, що працюють під тиском. Технічним результатом винаходу є одержання діоксиду марганцю підвищеної якості. 2 табл., 2 ін.

Винахід відноситься до галузі чорної металургії, конкретніше, отримання високоякісного діоксиду марганцю, який може знайти широке застосування в хімічній та металургійній промисловості, зокрема при виробництві електролітичного і електротермічного марганцю, середньовуглецевого феромарганцю, низькофосфористих лігатур на його основі.

З технічної літератури відомо кілька способів одержання чистого діоксиду марганцю: хімічні, гідрометалургійні, пірогідрометалургійні та пірометалургійні.

Основними вимогами, які висуваються до хімічних методів одержання діоксиду марганцю, є:

Ефективність видалення фосфору та порожньої породи;

Простота апаратурного оформлення;

Висока продуктивність;

Доступність та дешевизна реагентів.

Відомий спосіб отримання чистого діоксиду марганцю сірчанокислотним методом. Сутність методу полягає в наступному: через приготовлену з руди та розчину дитіонату кальцію суспензію (Т:Ж=1:4) пропускається сірчистий газ, що містить сірчистий (SO2) та сірчаний (SO3) ангідриди. Розчинення цих газів у воді призводить до утворення сірчистої та сірчаної кислот. У сірчистій кислоті інтенсивно розчиняються оксиди марганцю з утворенням марганцевої солі дитіонатної кислоти та сульфату марганцю за реакціями: MnO2+2SO2 = MnS2O6; MnO2+SO2 = MnSO4.

У присутності надлишку дитіонату кальцію відбувається осадження сульфату кальцію та утворення дитіонату марганцю: MnSO4+CaS2O6=MnS 2O6+CaSO4

Вилужену пульпу нейтралізують вапняним молоком до рН 4-5, потім вона аерується для окислення закису заліза та видалення сірки діоксиду. В осад випадають тривалентне залізо, фосфор, алюміній, кремнезем. Осад відфільтровують, промивають гарячою водою і направляють у відвал. З очищеного розчину додаванням негашеного вапна беруть в облогу марганець у вигляді гідрооксиду, при цьому знову отримують дитіонат кальцію, який повертають у процес:

MnS2O6+Са(ОН)2=Мn(OH) 2+CaS2O6.

Осад гідрооксиду марганцю відфільтровують, промивають, сушать і прожарюють. Прожарений концентрат містить, %: 92 - MnO2, 1,5 - SiO2 , 4,0 - CaO, 0,02 - P2O5 та 0,5-3 - SO 2 (М.І.Гасік. Металургія марганцю. Київ: Техніка, 1979, стор.55-56).

Недоліками відомого способу отримання марганцю діоксиду є:

Складність апаратурного оформлення;

Продукт забруднений порожньою породою (SiO2, CaO та ін.);

Висока концентрація сірки у кінцевому продукті (від 0,5 до 3%).

Найбільш близьким до пропонованого по технічній сутності і досягається ефект є спосіб отримання діоксиду марганцю термічним розкладанням нітрату марганцю в присутності нітратів кальцію, магнію, калію і натрію, згідно з яким розкладання проводять при тиску 0,15-1,0 МПа (Авторське свідоцтво № 1102 кл.C22B 47/00;C01G 45/02, пріоритет від 20.05.83, опубл.15.07.84, бюл. № 26).

Відповідно до способу-прототипу отримання діоксиду марганцю в присутності нітратів кальцію, магнію, калію та натрію, розкладання проводять при тиску 0,15-1,0 МПа.

Технологічні параметри та властивості способу-прототипу:

Температура розкладання, °С – 170-190;

Швидкість утворення діоксиду марганцю, кг/м3год – 500-700;

Ступінь розкладання Mn(NO3)2 % від вихідної кількості - 78-87;

Умови вивантаження пульпи з реактора – самопливом;

Енерговитрати, МДж/кг - 1,7-2,2;

Недоліками відомого способу є низька швидкість розкладання нітрату марганцю, великі енерговитрати, висока кількість води в окислах азоту.

Завданням цього винаходу є спрощення технології отримання діоксиду марганцю, підвищення швидкості розкладання та виходу продукту.

Поставлене завдання досягається тим, що процес термічного розкладання ведуть при поступовому зниженні тиску в автоклаві, починаючи від тиску 0,6 МПа і знижуючи його до кінця процесу до 0,15 МПа, при цьому пульпу безперервно обробляють мішалкою, що обертається зі швидкістю 1-15 об /хв; при цьому в процесі термічного розкладання на мішалку, що обертається, накладають вібрацію з частотою 20-50 герц.

Верхнє значення тиску для термічного розкладання нітратів визначається умовами переробки оксидів азоту в кислоту (воно проводиться при тиску, що не перевищує 0,6 МПа), а нижня межа – практичною доцільністю. Поступове зниження тиску до 0,15 МПа забезпечує повніше термічне розкладання нітратів марганцю.

Зменшення швидкості обертання мішалки нижче 1 об/хв не забезпечує отримання гомогенного розчину пульпи. Збільшення швидкості обертання вище 15 об/хв призводить до розшарування пульпи та появи ділянок з більш високою концентрацією води (через різницю в щільності).

Нижчі частоти вібрації - нижче 20 герц, накладені на мішалку, мало впливають показники термічного розкладання нітрату марганцю. Збільшення частоти вібрації вище 50 герц економічно невиправдане.

За дотримання цих умов підвищується як швидкість розкладання нітрату марганцю, а й процес у цілому стає більш технологічним. Встановлено, що в запропонованому процесі вихід пульпи не сильно залежить від її фізичних властивостей, що значно спрощує процес її вивантаження з реактора, при цьому оксиди азоту містять нижчі концентрації води і можуть бути легко перероблені в кислоту. У таблиці 1 представлені порівняльні дані технологічних параметрів отримання діоксиду марганцю за відомим і запропонованим способам. Показники (усереднені) за пропонованим способом отримання діоксиду марганцю, представлені в таблиці 8, взяті на підставі результатів проведених експериментів (приклад 1).

Таблиця 8

Технологічні параметри та властивості
Відомий	Пропонований
Температура розкладання, °C
Тиск, МПа		Поступове зниження тиску від 0,6 до 0,15
Швидкість утворення діоксиду марганцю, кг/м3
Час, необхідний для утворення 200 кг діоксиду марганцю, год
Ступінь розкладання Mn(NO3)2, % від вихідної кількості
Умови вивантаження пульпи з реактора	Самопливом	Самопливом

Енерговитрати, МДж/кг MnO2

Швидкість обертання мішалки, об/хв.

При термічному розкладанні на мішалку, що обертається, накладалася вібрація частотою 30 герц - ступінь розкладання Mn(NO3)2 збільшується на 2-3,5%.

Фізико- Хімічні властивостіпорошку:

Щільність – 5,10 г/см3;

Н 2O - не більше 3Ч10-2 вага.%.

Нижче наведені приклади, що не виключають інших, обсягом формули винаходу.

Приклад 1

В автоклав завантажили 1,5 кг розчину нітратів наступного складу, вага.%: 40,15 Mn(NO3)2; 25,7 Ca(NO3) 2; 7,3 Mg(NO3)2; 9,2 KNO3; 5,7 NaNO3; 15,0 Н2О.

Вагу віддаленої при термічному розкладанні води визначали по різниці її ваги у вихідному розчині та рідкій фазі пульпи. Кількість окислів азоту, що виділилися, визначали по стехіометрії реакції термічного розкладання нітрату марганцю відповідно до отриманої кількості MnO2. Основні результати проведених експериментів представлені у таблиці 9.

Таблиця 9

Параметри	Приклади конкретного виконання
Відомий спосіб	Пропонований спосіб

Температура розкладання, C°
Тиск, МПа *
Швидкість обертання мішалки, об/хв
Частота вібрації, Гц
Час розкладання, хв
Швидкість освіти MnO2, кг/м3ч

Об'єм газів, що виділилися, м3 на 1 кг MnO2
Вихід сухого діоксиду марганцю, %
Верхня межа тиску для термічного розкладання нітратів визначається умовами переробки оксидів азоту на кислоту

Отриманий діоксид марганцю наступного складу, вага.%: MnO2 - 99,6; Р<0,005; S<0,05; SiO2<0,1; (К, Mg, Na, Ca)<0,1.

Таким чином, пропонований спосіб забезпечує не тільки швидке розкладання нітрату марганцю, але і значно спрощує технологію виробництва MnO2, як на стадії вивантаження, так і на стадії регенерації оксидів азоту; при цьому значно знижуються витрати на переділи. Вихід отриманого сухого діоксиду марганцю становить 84-92% проти 78% (відомим способом) від теоретично можливого.

Приклад 2

Отриманий діоксид марганцю використаний для виплавки металевого марганцю позапечним процесом.

Шихта мала склад, кг:

Усього 15,5 кг.

Шихту змішали, завантажили в плавильну шахту та за допомогою запалу підпалили. Тривалість плавки становила 2,4 хв. Отримали 5,25 кг металевого марганцю. % Мn 98,9; Аl 0,96; Р - сліди (менше 0,005%) та 9,3 кг шлаку складу, вага.%: МnО 14,6; Al2О3 68,3; СаО 18,0.

Вилучення марганцю в сплав склало - 85,0%.

Шлак від виплавки металевого марганцю можна використовувати як вихідну сировину (замість бокситів) при отриманні алюмінію.

Застосування пропонованого винаходу дозволить вирішити проблему використання значних запасів бідних марганцевих руд, зокрема карбонатних руд Усинського родовища або залізомарганцевих конкрецій, збагачення яких будь-якими іншими способами в даний час є нерентабельним.

Отримані марганцеві сплави відрізняються високою концентрацією провідного елемента (марганцю) та низьким вмістом шкідливих домішок (фосфору та вуглецю).

Застосування марганцевих феросплавів при виплавці якісних марок сталей призводить до зниження металомісткості конструкцій, спрощує процес легування та забезпечує значний економічний ефект.

Виробництво марганцевих концентратів хімічними методами значно знизить дефіцит країни у марганцевих феросплавах, яке виробництво може бути організоване на хімічних заводах.

Пропонований спосіб отримання діоксиду марганцю може бути організований на підприємствах, що мають можливість утилізувати оксиди азоту.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Спосіб отримання діоксиду марганцю термічним розкладанням, що включає розчинення марганецьвмісної сировини в азотній кислоті з отриманням розчину нітратів марганцю і нітратів, присутніх в руді домішок кальцію, калію, магнію, натрію, і подальше термічне розкладання нітратів в автоклаві, що відрізняється тим, що постійному зниженні тиску в автоклаві, починаючи від тиску 0,6 МПа і знижуючи його до кінця процесу до 0,15 МПа, при цьому пульпу безперервно обробляють мішалкою, що обертається зі швидкістю 1-15 об/хв і накладанням на неї вібрації з частотою 20 -50 Гц.

експериментальна частина

Вищеперелічені досліди застосовуються великих підприємствах.

Я хочу розглянути лабораторний спосіб отримання діоксиду марганцю в діоксиді олова.

Приладдя:

1. Порцеляновий тигель:

2. Скляний фільтр.

Суть способу: Отримання твердих оксидів шляхом термічного розкладання суміші SnC2O4*H2O та MnSO4*5H2O, прожарюванням на повітрі.

Попередній синтез SnC2O4*H2O.

Для одержання оксалату олова взяли 10 г сульфату олова, 4,975 г оксалату амонію. Приготували розчини обох речовин, для цього олова сульфат розчинили в 100 мл води, а оксалат амонію в 50 мл води. Потім до розчину сульфату олова прилили розчин оксалату амонію. Спостерігалося активне випадання білого тонкодисперсного осаду (SnC2O4*H2O). Отриману завись відфільтрували на щільному скляному фільтрі.

Рівняння реакції:

SnSO4* H2O +(NH4)2C2O4*H2O>SnC2O4*H2Ov+(NH4)2SO4 + H2O

В результаті одержали 7,934 г оксалату олова, при розрахунковій масі 9,675. Вихід реакції становив 82,0 %.

За рівняннями реакції

MnSO4*5H2O >MnO + SO3 (г)+ 5 H2O(г) >MnO2.

SnC2O4*H2O >SnO + CO2 + H2O >SnO2

А) 7,5% MnO2/92,5% SnO2.

Для його одержання взяли: 0,75 р. SnC2O4*H2O, 0,07 р. MnSO4*5H2O. (Оскільки кількість сульфату марганцю було значно менше кількості оксалату амонію, для досягнення більшої однорідності суміші після приміщення її у порцеляновий тигель додали кілька крапель води. Потім суміш прожарили на пальнику.). Режим прожарювання 900 °С 2 години не дав результату (зберігся сірувато-кремовий колір суміші). Внаслідок прожарювання при режимі 1200 °С 2 години зразок набув яскраво-червоного кольору. Маса зразка 0,5г.

Б) 15% MnO2/85% SnO2. (0,761 р. SnC2O4*H2O, 0,088 р. MnSO4*5H2O) Маса зразка 0,53 р.

В) 22% MnO2/78% SnO2. (0,67 р. SnC2O4*H2O, 0,204 р. MnSO4*5H2O). Маса зразка 0,52г.

Г) 28% MnO2 / 72% SnO2 (0,67 р. SnC2O4*H2O, 0,2911 р. MnSO4*5H2O). Маса зразка 0,56г.

Висновок

Перед початком дослідження я поставила собі такі завдання:

· Провести аналіз літератури за фізичними та хімічними властивостями, методиками отримання, способами застосування марганцю та оксидів марганцю;

· Вивчити властивості оксидів марганцю;

· Розкрити технології отримання діоксиду марганцю та виявити найбільш ефективну;

· Провести розрахунки.

Під час моєї роботи:

1. Проведено аналіз літератури з фізичних та хімічних властивостей, методів отримання, способів застосування марганцю та оксидів марганцю;

2. Вивчено властивості оксидів марганцю;

3. Розкрито технології отримання діоксиду марганцю та виявлено найбільш ефективний;

4. Проведено розрахунки.

Було розглянуто багато способів отримання марганцю діоксиду з різних джерел, але я вирішила зупинитися на способі отримання марганцю діоксиду в діоксиді олова. Він показав високий ступінькристалічності зразка та високий вихід. Його є сенс застосовувати (для високих концентрацій діоксиду марганцю).

додаток

Марганець

Поширеність у природі

Марганець - 14-й елемент по поширеності на Землі, а після заліза - другий важкий метал, що міститься в земній корі (0,03 % від загальної кількостіатомів земної кори). Вагова кількість марганцю збільшується від кислих (600 г/т) до основних пород (2,2 кг/т). Супроводжує залозу у багатьох його рудах, проте трапляються й самостійні родовища марганцю. У чиатурському родовищі (район Кутаїсі) зосереджено до 40% марганцевих руд. Марганець, розсіяний у гірських породахвимивається водою і виноситься у Світовий океан. При цьому його зміст морській водінезначно (10?7-10?6%), а в глибоких місцях океану його концентрація зростає до 0,3% внаслідок окислення розчиненим у воді киснем з утворенням нерозчинного у воді оксиду марганцю, який у гідратованій формі (MnO2?xH2O) і опускається у нижні шари океану, формуючи так звані залізо-марганцеві конкреції на дні, в яких кількість марганцю може досягати 45% (також у них є домішки міді, нікелю, кобальту). Такі конкреції можуть стати у майбутньому джерелом марганцю для промисловості.

Світові запаси марганцевих руд представлені на 90% оксидними (38%) та оксидно-карбонатними (52%) рудами.

У ПАР близько 95% запасів зосереджено в унікальній марганцево-залізорудній зоні Куруман. Найбільші родовища Маматван (середній вміст марганцю 38%), Весселс (47%) Міддельплаатц (36%)

У Китаї запаси марганцю представлені дрібними, але численними покладами оксидних руд. Середній вміст у рудах 20-40%. У країні постійно проводяться пошуки та розвідка нових родовищ марганцю з метою послабити залежність країни від імпорту високоякісних руд.

У Казахстані понад 90% знаходиться у Центрально-Казахстанському районі, у родовищах Каражал та Ушкатин. Запаси близько 85 млн. т (середній вміст марганцю 22%).

Родовища України знаходяться у Южно-Українському марганцеворудному басейні. Це родовища Нікопольської групи та Великотокмацьке, що містять 33 та 67 % підтверджених запасів України. Україна має також і один із найпотужніших у Європі комплексів з переробки руди та виробництва марганцевих феросплавів, що включає Нікопольський, Запорізький та Стаханівський заводи.

У Грузії основною сировинною базою є Чіатурське родовище. Оксидні руди становлять 28% (середній вміст марганцю 26%) підтверджених запасів, карбонатні (середній вміст марганцю 18%-72%).

У Росії марганець є гостродефіцитною сировиною, що має стратегічне значення. Окрім зазначених Усинського та Опівнічного родовищ також відомі Південно-Хінганські Малого Хінгана в Єврейській області, Порожненське на Єнісейському Кряжі, Рогачево-Тайнінська площа (260 млн т карбонатних руд, із вмістом 8-15 %) та недовивчене Північно-Тайнинське рудне млн т. окисних руд, із вмістом 16-24%) на Новій Землі.

Фізичні та хімічні властивості

Марганець твердий тендітний метал. Відомі чотири кубічні модифікації металевого марганцю. При температурах від кімнатної до 710°C стійкий a-Mn, параметр решітки а = 0,89125 нм, щільність 7,44 кг/дм3. В інтервалі температур 710-1090°C існує b-Mn параметр решітки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137 ° C - g-Mn, параметр решітки а = 0,38550 нм. Нарешті, при температурі від 1137°C до температури плавлення (1244°C) стійкий d-Mn з параметром решітки а = 0,30750 нм. Модифікації a, b, і d крихкі, g-Mn пластичний. Температура кипіння марганцю становить близько 2080°C.

На повітрі марганець окислюється, внаслідок чого його поверхня покривається щільною оксидною плівкою, яка оберігає метал від подальшого окислення. При прожарюванні на повітрі вище 800°C марганець покривається окалиною, що складається із зовнішнього шару Mn3O4 та внутрішнього шару складу MnO.

Марганець утворює кілька оксидів: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 та Mn2O7. Всі вони, крім Mn2O7, що є при кімнатній температурі маслянисту зелену рідину з температурою плавлення 5,9°C, тверді кристалічні речовини.

Монооксид марганцю MnO утворюється при розкладанні солей двовалентного марганцю (карбонату та інших) при температурі близько 300°C в інертній атмосфері:

MnCO3 = MnO + CO2

Цей оксид має напівпровідникові властивості. При розкладанні MnOОН можна отримати Mn2O3. Цей оксид марганцю утворюється при нагріванні MnO2 на повітрі при температурі приблизно 600°C:

4MnO2 = 2Mn2O3 + O2

Оксид Mn2O3 відновлюється воднем до MnO, а під дією розведених сірчаної та азотної кислот перетворюється на діоксид марганцю MnO2.

Якщо MnO2 прожарювати при температурі близько 950°C, спостерігається відщеплення кисню та утворення оксиду марганцю складу Mn3O4:

3MnO2 = Mn3O4 + O2

Цей оксид можна як MnO·Mn2О3, і за властивостями Mn3О4 відповідає суміші цих оксидів.

Діоксид марганцю MnO2 - найбільш поширена природна сполука марганцю в природі, що існує в декількох поліморфних формах. Так звана b-модифікація MnO2 - це вже згадуваний мінерал піролюзит. Ромбічна модифікація діоксиду марганцю g-MnO2 також зустрічається в природі. Це - мінерал рамсделіт (інша назва - поліаніт).

Діоксид марганцю нестехіометричний, у його ґратах завжди спостерігається дефіцит кисню. Якщо оксиди марганцю, що відповідають його нижчим ступеням окиснення, ніж +4, - основні, то діоксид марганцю має амфотерні властивості. При 170°C MnO2 можна відновити воднем до MnO.

Якщо до перманганату калію KMnO4 додати концентровану сірчану кислоту, то утворюється кислотний оксид Mn2O7, що володіє сильними окисними властивостями:

2KMnO4 + 2H2SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H2O.

Mn2O7 - кислотний оксид, йому відповідає сильна марганцова кислота НMnO4, що не існує у вільному стані.

При взаємодії марганцю з галогенами утворюються дигалогеніди MnHal2. У разі фтору можливе також утворення фторидів складу MnF3 і MnF4, а у разі хлору - також трихлорид MnCl3. Реакції марганцю із сіркою призводять до утворення сульфідів складів MnS (існує у трьох поліморфних формах) та MnS2. Відома ціла групанітридів марганцю: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.

З фосфором марганець утворює фосфіди складів MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 та Mn4P. Відомо кілька карбідів та силіцидів марганцю.

З холодною водою марганець реагує дуже повільно, але при нагріванні швидкість реакції значно зростає, утворюється Mn(OH)2 та виділяється водень. При взаємодії марганцю з кислотами утворюються солі марганцю (II):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.

З розчинів солей Mn2+ можна осадити погано розчинну у воді основу середньої сили Mn(OH)2:

Mn(NO3)2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaNO3

Марганцю відповідає кілька кислот, з яких найбільш важливими є сильні нестійкі марганцева кислота H2MnO4 і марганцева кислота HMnO4, солі яких - відповідно, манганати (наприклад, манганат натрію Na2MnO4) і перманганати (наприклад, перманганат калію KMnO4).

Манганати (відомі манганати тільки лужних металіві барію) можуть проявляти властивості як окислювачів (частіше)

2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,

так і відновників

2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.

У водних розчинах манганати диспропорціонують на сполуки марганцю (+4) та марганцю (+7):

3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2 · Н2О + 4КОН.

При цьому фарбування розчину із зеленої переходить у синю, потім у фіолетову та малинову. За здатність змінювати фарбування своїх розчинів К. Шееле назвав манганат калію мінеральним хамелеоном.

Перманганати – сильні окислювачі. Наприклад, перманганат калію KMnO4 у кислому середовищі окислює сірчистий газ SO2 до сульфату:

2KMnO4 + 5SO2 +2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4.

При тиску близько 10 МПа безводний MnCl2 у присутності металоорганічних сполук реагує з оксидом вуглецю (II) CO з утворенням карбонілового біядерного Mn2(CO)10.

Література

1. Інтернет ресурси.

2. Практикум з неорганічної хімії: Навч. Посібник для студ. Вищ. Навч. Закладів/В.А. Альошин, А.І. Дунаєв, А. І. Жиров; за ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Вид. Центр "Академія", 2004.

3. Глінка Н.Л. Загальна хімія//М: Інтеграл-прес,-2002.

4. Ахметов Н.С. загальна та неорганічна хімія. Навч. Для вузів.-4-те вид., испр.//М.: Вищ. Шк., Видавництво «Академія»,2001.

5. Неорганічна хімія. Хімія елементів: Підручник у 2 томах. Т.2/Ю.Д. Третьяков, Л.І. Мартиненко, А.Н.Григор'єв, А. Ю. Цивадзе. - 2-ге вид., перераб. та дод. - М: Вид-во МДУ; ІКЦ "Академкнига", 2007.

6. Хімічна енциклопедія/Редкол.: Кнунянц І.Л. та ін//М.: Радянська енциклопедія, 1992.

7. Угай Я.А. Загальна хімія: Підручник для студентів хім. спец. ун-тов//М.: Вищ. шк., -1984.

8. Загальна та неорганічна хімія. Курс лекцій. Частина II. неорганічних сполук/ Корнєєв Ю.М., Овчаренко В.П., Єгоров Є.М.//М.: Школа імені О.М. Колмогорова, Видавництво Московського університету,2000.

9. Довідник хіміка / Редкол.: Микільський Б.П. та ін. - 2-ге вид., испр.//М.-Л.: Хімія,1966. - Т.1.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Історична довідка. Застосування марганцю. Отримання марганцю. З'єднання марганцю у біологічних системах. Обсяг виробництва марганцевої руди на підприємствах. Марганцеві добрива. Захворювання, що викликаються токсином Марганця.

реферат, доданий 05.11.2004

Властивості осадових родовищ марганцевих руд. Властивості монооксиду марганцю. Розкладання солей двовалентного марганцю. Промислове отримання марганцю. Видобуток та збагачення руд. Електроліз водяних розчинів сульфату марганцю. Ресурси марганцевих руд.

реферат, доданий 01.03.2011

Шаруваті подвійні гідроксиди (СДГ), їх структура та методи синтезу. Вивчення сорбції марганцю (II) на зразках Mg, Al-CO3 СДГ у статичних умовах. Кінетика сорбції марганцю (ІІ). Залежність оптичної густини від часу сорбції марганцю (II) з розчину.

курсова робота , доданий 13.10.2017

Умови проведення металотермії. Розрахунок складу вихідної суміші та можливих реакцій. Властивості оксидів, що відновлюються. Отримання марганцю за допомогою алюмотермії. Хімічні властивості отриманих речовин та прекурсорів. Визначення продукту реакції.

курсова робота , доданий 16.12.2015

Очищення води від марганцю. Безреагентні та реагентні методи деманганації води. Глибока аерація із наступним фільтруванням. Використання каталізаторів окиснення марганцю. Видалення марганцю із підземних вод. Технологія застосування перманганату калію.

реферат, доданий 09.03.2011

Загальна характеристика, основні фізичні та хімічні властивості оксогідроксіду марганцю (III), триоксалатоманганату (III) калію, діоксалатодіакваманганату (III) калію, порядок їх утворення та сфери застосування. Синтез MnO(OH) та інших сполук.

практична робота , доданий 23.03.2011

Хімічні властивості марганцю та його сполук. Промислове отримання марганцю. Історія відкриття хрому, загальні відомості. Норми споживання марганцю та хрому, їх біологічна роль. Вплив нестачі чи надлишку мікроелементів на організм людини.

реферат, доданий 20.01.2015

Розгляд основних методів аналізу заліза та марганцю. Опис класичних та інструментальних методів. Аналіз складу солі. Мас-спектрометричне, титриметричне та гравіметричне визначення літію, заліза, марганцю у змішаному фосфаті.

курсова робота , доданий 24.01.2016

Гравіметричні методи визначення марганцю у вигляді окису, сульфіду, фосфату, пікролонату. Дослідження елемента за допомогою перманганатометрії, йодометрії, потенціометричного титрування. Аналіз розчинів фотометричними та люмінесцентними методами.

курсова робота , доданий 28.10.2012

Загальна характеристика марганцю, його основні фізичні та хімічні властивості, історія відкриття та сучасні досягненняу дослідженні. Поширеність у природі даного хімічного елемента, напрями його застосування у промисловості, одержання.

Належить VII групі. Розташований у четвертому періоді між хромом та залізом. Має 25 атомний номер. Формула марганцю 3d 5 4s 2 .

Було відкрито 1774 року. Атом марганцюважить 54,938045. Містить ізотоп 55Mn, а природний марганецьскладається повністю із нього. Ступінь окислення металу коливається від 2 до 7. Електронегативність Mn - 1,55. Перехідний матеріал.

З'єднання марганець 2утворюють оксид та діоксид. Виявляють основні властивості елемента. Освіта марганець 3 та марганець 4відрізняються амфотерними властивостями. У комбінаціях металу 6 і 7 лідирують властивості кислоти марганцю. Елемент № 25 утворює численні види солей та різні бінарні сполуки.

Видобуток марганцю ведеться повсюдно як у Росії, і у ближньому зарубіжжі. В Україні існує особливий Марганець – місторозташований на численних утвореннях марганцевої руди.

Опис та властивості марганцю

Сріблясто-білий колір із легким сірим нальотом виділяє марганець. складелемент має домішок вуглецю, яка дає йому сріблясто-білий колір. Він перевершує залізо за твердістю та крихкістю. У вигляді дрібних абразивів пірофорен.

При взаємодії з повітряним середовищем відбувається окислення марганцю. Покривається оксидною плівкою, що захищає його від подальшої окисної реакції.

Розчиняється у воді, повністю поглинає водень, не вступаючи в реакцію з ним. У процесі нагрівання згоряє у кисні. Активно реагує з хлором та сіркою. При взаємодії з кислотними окисниками утворює солі марганцю.

Щільність - 7200 кг/м3, t плавлення - 1247 ° С, t кипіння - 2150 ° С. Питома теплоємність - 0,478 кДж. Має електричну провідність. Контактируя з хлором, бромом та йодом утворює дигалогеніди.

При високих температурах вступає у взаємодію Космосу з азотом, фосфором, кремнієм і бором. Повільно взаємодіє із холодною водою. У процесі нагрівання реакційна здатність елемента зростає. На виході утворюється Mn(OH)2 та водень. При з'єднанні марганцю з киснем утворюється оксид марганцю. Виділяють сім його груп:

Оксид марганцю (ІІ). Монооксид. Чи не взаємодіє з водою. Легко окислюється, утворюючи тендітну кірку. При нагріванні з воднем та металами активної групи відновлюється до марганцю. Має зелений та сіро-зелений колір кристалів. Напівпровідник.

Оксид марганцю (ІІ, ІІІ). Кристали коричневого – чорного кольору Mn3O4. Парамагнетик. У природному середовищі зустрічається як мінерал гаусманіт.

Оксид марганцю (ІІ, ІV). Поєднання неорганічного характеру Mn5O8. Може розглядатися як ортоманганіт марганцю. Не розчиняється у H 2 O.

Оксид марганцю (III). Кристали коричневого – чорного кольору Mn2O3. Чи не вступають у реакцію з водою. Зустрічається у природному середовищіу мінералах брауніт, курнакіт та біксбіїт.

Оксид марганцю (IV) або діоксид марганцю MnO2. Нерозчинний у воді порошок темнокоричневого відтінку. Стійка освіта марганцю. Міститься в мінералі піролюзит. Поглинає хлор та солі важких металів.

Оксид марганцю (VI). Темно-червоний аморфний елемент. Вступає у реакцію з водою. Повністю розкладається під час нагрівання. Лужні реакції утворюють сольові відкладення.

Оксид марганцю (VII). Масляниста зеленувато-бура рідина Mn2O7. Сильний окислювач. При контакті з горючими сумішами миттєво спалахує їх. Може вибухнути від поштовху, різкого та яскравого спалаху світла, взаємодії з органічними компонентами. При взаємодії з Н2O утворює марганцеву кислоту.

Солі марганцю є каталізаторами окисних процесів, що відбуваються за участю кисню. Вони застосовуються в сикативах. Лляна олія з додаванням такого сикативу називається оліфою.

Застосування марганцю

Mn широко використовують у чорній металургії. Додають сплав залізо марганець(Феромарганець). Частка марганцю у ньому дорівнює 70-80%, вуглецю 0,5-7 %, решта посідає залізо і сторонні домішки. Елемент №25 у сталеплавленні з'єднує кисень та сірку.

Використовуються суміші хром - марганець, -Марганець, кремній-Марганець. У виробництві стали марганцю альтернативної заміни немає.

Хімічний елементвиконує безліч функцій, у тому числі рафінує та розкислює сталь. Широко використовується технологія цинк марганець. Розчинність Zn у магнії становить 2 %, а міцність сталі, у разі, зростає до 40 %.

У доменній шахті марганець видаляє сірчаний наліт із чавуну. У техніці застосовуються потрійні сплави манганини, куди входить марганець мідьта нікель. Матеріал характеризується великим електроопіром на який впливає не температура, а сила тиску.

Використовується для виготовлення манометрів. Справжньою цінністю для промисловості є сплав мідь. марганець. Змістмарганцю тут 70%, міді 30%. Його застосовують зниження шкідливих виробничих шумів. У виготовленні вибухових пакетів для святкових заходів використовують суміш, куди входять такі елементи, як магній марганець. Магній широко використовується у літакобудуванні.

Деякі види марганців, таких як KMnO4 знайшли своє застосування в медичній галузі. Перманганат калію відноситься до солей марганцевої кислоти. Має вигляд темно-фіолетових. Розчиняється у водному середовищі, забарвлюючи її у фіолетовий колір.

Є сильним окислювачем. Антисептик, має протимікробні властивості. Марганець у воділегко окислюється, утворюючи погано розчинний оксид марганцю коричневого кольору.

При зіткненні з білком тканини формує сполуки з вираженими в'язкими властивостями. У високих концентраціях розчин марганцюмає подразнюючу і припікаючу дію.

Калій марганецьвикористовують для лікування деяких захворювань і для надання першої допомоги, а бульбашка з кристалами марганцівки знаходиться в кожній аптечці.

Марганець корисний для здоров'я людини. Бере участь у формуванні та розвитку клітин центрально-нервової системи. Сприяє засвоєнню вітаміну В1 і заліза. Регулює вміст цукру у крові. Задіюється у будівництві кісткової тканини.

Бере участь у освіті жирних кислот. Покращує рефлекторні здібності, пам'ять, прибирає нервову напругу, дратівливість. Абсорбуючись у стінках кишечника марганець, вітаміниВ, Е, фосфор, кальцій посилюють цей процес, впливає на організм та обмінні процеси в цілому.

Мінерали, незамінні для людини, такі як кальцій, магній, марганець, мідь, калій, залізо додають у вітамінно-мінеральні комплекси для усунення вітамінного дефіциту

Також мікроелементи цинк, марганецьі залізо грають величезну роль життя рослин. Входять до складу фосфорних та мінеральних добрив.

Ціна марганцю

Металевий марганець містить до 95% чистого марганцю. Його застосовують у сталеливарній металургійній промисловості. Видаляє із сталі непотрібні домішки та наділяє її легуючими якостями.

Ферромарганець використовується для розкислення сплаву під час процесу плавлення шляхом видалення з нього кисню. Зв'язує частинки сірки між собою, покращуючи якісні характеристики сталі. Марганець зміцнює матеріал, робить його більш зносостійким.

Застосовують метал при створенні кульових млинів, землерийних та камнедробильних машин, броньових елементів. Зі сплаву мангадин виготовляють реостати. Елемент № 25 додають у бронзу та .

Великий відсоток марганцю діоксиду споживається для створення гальванічних елементів. з додаванням Mn задіюється в тонкому органічному та промисловому синтезі. З'єднання MnO2 та KMnO4 виступають окислювачами.

Марганець – речовинанезамінне у чорній металургії. Унікальний за своїми фізичними та хімічним характеристикам. Марганець купитиможна у спеціалізованих торгових точках. П'ять кілограм металу коштує близько 150 рублів, а тонна, залежно від виду з'єднання, коштує близько 100-200 тисяч рублів.