Марганец.

МАРГАНЕЦ (Manganum, Mn). 1. Химические характеристики: порядковый N -25, атомный вес - 54,93. Представляет собой твердый блестящий металл, по внешнему виду похожий на железо, легко окисляющийся на воздухе с образованием на поверхности тончайшей пленки, предохраняющей его от дальнейшего окисления. В свободном виде в природе не встречается. Его главнейшей рудой является минерал пиролюзит ( двуокись марганца - MnO2). Из солей марганца известны хлористая, углекислая, азотнокислая, сернокислая, уксуснокислая и наиболее важная калийная соль марганцевой кислоты (перманганат) KMnO4, обладающая сильными окислительными свойствами.

Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом черной магнезии, к которому магнит «равнодушен». В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале XIX века для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz — марганцевая руда). Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его рудах, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. В чиатурском месторождении (район Кутаиси) сосредоточено до 40 % марганцевых руд. Марганец, рассеянный в горных породах вымывается водой и уносится в Мировой океан. При этом его содержание в морской воде незначительно (10−7—10−6%), а в глубоких местах океана его концентрация возрастает до 0,3 % вследствие окисления растворённым в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2·xH2O) и опускается в нижние слои океана, формируя так называемые железо-марганцевые конкреции на дне, в которых количество марганца может достигать 45 % (также в них имеются примеси меди, никеля, кобальта). Такие конкреции могут стать в будущем источником марганца для промышленности. 2. Общие сведения: положительное влияние марганца на рост растений были обнаружены Бертраом и Жавилье в 1895 году. Наличие марганца в питательной среде усиливало рост плесени Aspergillius niger. В настоящее время многочисленными опытами доказано, что марганец необходим для нормального развития растений. При недостатке в почве марганца листья растений приобретают бледно-желтый цвет с серым оттенком, на кончиках появляются черные пятна, листья скручиваются и отмирают. Особенно богат марганцем чай.

3. Физиология: у человека марганец находится во всех органах и тканях. Наиболее богаты марганцем трубчатые кости и печень ( на 100 г свежего вещества в трубчатых костях марганца содержится 0,3 мг, в печени - 0,205-0,170 мг). В организм человека марганец поступает с пищей, как растительной, так и животной. Очень богаты марганцем растительные соки. Для детского организма необходимо в сутки 0,2-0,3 мг марганца на 1 кг веса тела, для взрослого 0,1 мг. Всосавшийся с пищей марганец поступает с кровью в печень, где он отлагается. Из печени марганец постепенно переходит в другие ткани и органы. Особенно интенсивно марганец накапливается в печени в последние три месяца эмбриональной жизни. Благодаря этому запасу грудной ребенок безболезненно переносит относительный недостаток марганца во время кормления его материнским молоком, бедным марганцем. Выведение марганца происходит главным образом через кишечник и в незначительном количеством через почки. Наряду с печенью важная роль в накоплении марганца принадлежит поджелудочной железе. 4. Значение: марганец активирует многие ферменты: дипептидазы, аргиназу, карбоксилазу, каталазу, оксидазы, фосфатазы, в особенности костную и щелчную, что служит указанием на участие марганца в оссификации.  

Установлена связь марганца с витамином В1. Марганец благотворно влияет на развитие и процессы репродукции. Усиливает рост.  

5. Избыток марганца и его проявления:  соединения марганца являются сильными ядами, поражающими центральную нервную систему, сердечно-сосудистую систему и паренхиматозные органы. Отравление марганцем происходит при вдыхании больших количеств пыли, образующейся при размоле и просеве марганцевой руды, а также при вдыхании аэрозолей при плавке стали и электросварке.  

В начальной стадии наблюдаются: сильная утомляемость, слабость, сонливость, тупые головные боли в лобно-височных областях, тянущие боли в пояснице, конечностях, реже боли ишиалгического характера, боли в правом подреберье, в подложечной области, понижение аппетита. Рано появляется небольшое увеличение печени, умеренная билирубинемия, наличие уробилина в моче. В нервной системе превалируют процессы торможения. Во второй стадии появляются: медлительность движений, расстройство походки, парестезии, расстройство мочеиспускания, половая слабость, бессонница, подавленное настроение, слезливость. Сильная скованность движений, больные утрачивают способность широко шагать. Третья стадия носит название "марганцевого паркинсонизма". развиваются глубокие органические изменения в нервной системе. движения сильно скованы. Больные ходят очень маленькими шагами, движения очень замедлены. Лицо маскообразно, голос глухой, речь монотонна, лишена эмоциональной окраски. Часто резкая гиперрелаксация. Основным отличием от паркинсонизма является то, что при марганцевой интоксикации не так часто поражаются черепно-мозговые нервы. 6. Недостаток марганца и его проявления: при недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всем скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Нарушается репродуктивная функция.

Свойства элементов подгруппы марганца

Атомный номер	Название	Электронная конфигурация	ρ г/см3	t0пл. 0C	t0кип. 0C	ЭО	Атомный радиус, нм	Степень окисления
25	Марганец Mn	[Ar] 3d54s2	7,45	1244	1962	1,6	0,131	+2,+3,+4, +5,+6,+7
43	Технеций Tc	[Kr] 4d55s2	11,5	2172	4876	1,36	0,136	+2,+3,+4, +5,+6,+7
75	Рений Re	[Xe] 4f145d56s2	20,53	3180	5600	1,46	0,137	+3,+4,+5, +6,+7

Физические свойства: Серебристо-белые, тугоплавкие металлы.

Химические свойства

В ряду Mn – Tc – Re химическая активность понижается. Mn – металл средней активности, в ряду напряжений стоит до водорода и растворяется в соляной и серной кислотах:

Mn + 2H⁺ Mn²⁺ + H₂

Re и Tc стоят в ряду напряжений после водорода. Они реагируют только с азотной кислотой:

3Tc + 7HNO₃ 3HTcO₄ + 7NO + 2H₂O

С увеличением степени окисления усиливается кислотный характер оксидов и гидроксидов. (RO – основные; R₂O₇ – кислотные, им соответствуют кислоты HRO₄).

Марганец и его соединения. Марганец

 Электронная конфигурация валентного слоя

Получение. Алюмотермия: 3MnO₂ + 4Al 2Al₂O₃ + 3Mn 

Химические свойства. Металл средней активности. На воздухе покрывается тонкой плёнкой оксидов. Реагирует с неметаллами, например, с серой:

Mn + S MnS

Растворяется в кислотах:

Mn + 2HCl MnCl₂ + H₂

(При этом образуются соединения двухвалентного марганца).

Соединения Mn(II)

Оксид марганца (II) MnO получается восстановлением природного пиролюзита MnO2 водородом: MnO₂ + H₂ MnO + H₂O

Гидроксид марганца (II) Mn(OH)₂ - светло-розовое нерастворимое в воде основание:

MnSO₄ + 2NaOH Mn(OH)₂ + Na₂SO₄
Mn²⁺ + 2OH^- Mn(OH)₂

Легко растворимо в кислотах: Mn(OH)₂ + 2HCl MnCl₂ + 2H₂O
Mn(OH)₂ + 2H⁺ Mn²⁺ + 2H₂O

На воздухе Mn(OH)₂ быстро темнеет в результате окисления:

2Mn(OH)₂ + O₂ + 2H₂O 2[MnO₂· 2H₂O]

При действии сильных окислителей наблюдается переход Mn²⁺ в MnO₂^-:

2Mn(OH)₂ + 5Br₂ + 12NaOH  2NaMnO₄ + 10NaBr + 8H₂O (кат.CuSO₄)
2Mn(NO3)₂ + 5PbO₂ + 6HNO₃ 2HMnO₄ + 5Pb(NO3)₂ + 2H₂O
2Mn(NO₃)₂ + 5NaBiO₃ + 16HNO 2HMnO₄ + 5NaNO₂ + 5Bi(NO₃)₃ + 7H₂O

Оксид марганца (IV) MnO₂ - тёмно-коричневый порошок, нерастворимый в воде. Образуется при термическом разложении нитрата марганца (II): Mn(NO₃)₂   MnO₂ + 2NO₂

При сильном нагревании теряет кислород, превращаясь в Mn₂O₃ (при 600⁰C) или Mn₃O₄ (при 1000⁰C). Сильный окислитель: MnO₂ + 4HCl MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

При сплавлении с содой и селитрой образует манганат натрия тёмно - зелёного цвета:

MnO₂ + Na₂CO₃ + NaNO₃  Na₂MnO₄ + NaNO₂ + CO₂

Манганаты также могут быть получены при восстановлении перманганатов в щелочной среде:

Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH Na₂SO₄ + 2K₂Mn⁺⁶O₄ + H₂O

Гидролиз манганатов протекает по схеме:

3K₂MnO₄ + 2H₂O 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH

3MnO₄^2- + 2H2O 2MnO₄^- + MnO₂ + 4OH^-

За способность обратимо менять окраску манганат калия называют "минеральным хамелеоном". Оксид марганца (VII) Mn₂O₇ - тёмно-зелёная жидкость, кислотный оксид. Получают действием концентрированной серной кислоты на кристаллический KMnO₄ (марганцевая кислота HMnO₄  нестабильна): 2KMnO₄ + H₂SO₄ Mn₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

При растворении в щелочах образует перманганаты: Mn₂O₇ + 2KOH 2KMnO₄ + H₂O

Перманганат калия KMn⁺⁷O₄ -тёмно-фиолетовое кристаллическое вещество, растворимое в воде. При нагревании разлагается с выделением кислорода:

2KMnO4  K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Сильный окислитель, причём восстанавливается в кислой среде до Mn²⁺, в нейтральной – до Mn⁺⁴O₂, а в щелочной – до Mn⁺⁶O₄^2-.

Источники:
www.randevucity.net
http://metalsorld.blogspot.com
http://www.alhimikov.net