Львів
C
» » Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів

Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів

В IV періоді системи хімічних елементів під номером 25 розташований метал – марганець, поряд з технецій і ренієм він утворює побічну підгрупу сьомої групи. Елемент широко поширений в земній корі і входить до складу різних гірських порід: пиролюзита, браунита, гаусманита. Марганець, валентність якого може бути рівною II, III, IV, VI,VII, утворює велику кількість сполук. Це, наприклад, оксиди, кислоти та солі, які відіграють важливу роль в металургійній промисловості. В нашій статті ми з'ясуємо їх властивості, способи одержання і застосування в різних галузях виробництва, в медицині і в побуті.


Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів

Фізична характеристика

Згідно з положенням у періодичній системі хімічних елементів Менделєєва Д. І., метал відноситься до d-елементів, у якого валентними є не тільки два електрони останнього енергетичного шару, але і негативні частинки, розташовані на третьому рівні. Як відомо, всі d-елементи проявляють фізико-хімічні властивості типових металів. Марганець – не виняток. Він має сріблясто-білий колір, твердий і важкий (щільність становить 744 г/см 3 ), при температурі нижче 727° стає крихким. Кристалічна решітка може утворювати чотири модифікації: ?, ?, і кубічну объемноцентрированную форму. Всі вони є стійкими утвореннями тільки в певному діапазоні температур.

Положення в ряду активності металів

Фізико-хімічні властивості марганцю залежать не тільки від його місця у періодичній системі хімічних елементів, але і від його положення в ряду активності металів, створеному російським ученим Н. Н. Бекетовим. У ньому марганець має стандартний електродний потенціал, рівний -1179 Ст. Елемент розташовується між алюмінієм і цинком. Це говорить про здатність атомів Mn витісняти іони водню з водних розчинів кислот в окисно-відновних процесах. Валентність марганцю в таких реакціях зазвичай дорівнює II. Елемент активно реагує з розведеними розчинами нітратної та хлоридної кислот. Також метал бере участь в реакції заміщення з гарячою концентрованою сульфатною кислотою. В продукти виявляється двоокис сірки і вода. Крім них утворюється сіль – сульфат марганцю. В ній валентність атома металу дорівнює двом. Зате в холодній сірчаної кислоті марганець не розчиняється внаслідок утворення на його поверхні захисної оксидної плівки (пасивація металу).


Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів

Характеристика сполук двовалентного марганцю

Під дією кислот на природні сполуки, що містять іони Mn 2+ або в процесі розчинення простої речовини – металу в розбавлених розчинах неорганічних кислот, утворюються солі двовалентного марганцю. Наприклад, кристали хлориду марганцю рожевого кольору можна добути дією розчину соляної кислоти на оксид марганцю, валентність якого дорівнює IV. В лабораторії, діючи на відповідні солі лугами, отримують білий осад гідроксиду Mn(OH) 2 . У відкритій пробірці на повітрі він окислюється, перетворюючись у речовина бурого кольору. Бінарне з'єднання – оксид двовалентного марганцю, є продуктом відновлення воднем окислів металу зі ступенем окислення +4 до +7.
Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів

Амфотерні властивості діоксиду марганцю

Із збільшенням валентності в сполуках металу з киснем простежується послаблення основних і посилення кислотних властивостей. Так, з'єднання з формулою Mn 2 O 3 і монооксид марганцю, в якому валентність атома металу дорівнює II, мають основний характер, двоокис – амфотерна, а Mn 2 O 7 є ангідридом марганцевої кислоти. В середовищі, де рн менше 7 діоксид веде себе як сильний окислювач. Саме в цій якості його використовують у гальванічних елементах і в промисловому виробництві хлору з соляної кислоти. Відновна здатність діоксиду марганцю в реакціях проявляється дуже слабо.

Найважливіші сполуки шестивалентного та семивалентного марганцю

Сплавляючи двоокис металу з його солями – нітратами і карбонатами, можна отримати тверде речовина зеленого кольору. Вона добре розчиняється у воді. Випарівая розчин, видобуваємо темно-зелене кристалічне з'єднання – манганат калію, валентність марганцю в якому дорівнює VI. У реакціях з сильними окисниками – фтором, хлором, речовина перетворюється на сіль марганцевої кислоти – перманганат калію. Її темно-фіолетові кристали добре знайомі, і в побуті вона називається марганцівкою. Її розчин має малинове забарвлення і в невисоких концентраціях використовується як прекрасне дезинфекцирующее засіб для зовнішнього застосування. У шкільному курсі хімії детально вивчають окислювально-відновні процеси, в яких перманганат калію застосовують в якості окислювача. Залежно від реакції розчину (нейтральної, кислої або лужної) в продуктах виявляються різні сполуки.
Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів
Наприклад, в кислому середовищі при взаємодії з сульфитом калію іони Mn +7 відновлюються до Mn +2 виходить сульфат марганцю. У нейтральному середовищі спостерігається випадання бурого осаду, і валентність марганцю в оксиді, який утворився, буде дорівнює IV. В лужному середовищі реакція сульфіту калію і солі марганцевої кислоти закінчується появою в розчині іонів манганата калію.

Отримання і застосування металу

Найбільш чисті зразки марганцю можна отримати в процесі електролізу розчину його сульфату, який утворюється при відновленні пиролюзита, браунита або гаусманита. Як ми вже говорили раніше, валентність марганцю в з'єднаннях, що входять до складу руд, дорівнює II. Більш дешевим способом, порівняно з енергоємним електролізом, можна вважати силикотермический процес. Він полягає в реакції відновлення оксидів марганцю кремнієм, який проводять в електричних печах. Проте чистота отриманого металу при цьому знижується. Найбільш затребуваний марганець у виробництві легованих сортів стали, що містять до 15 %.
Валентність марганцю. Властивості хімічних елементів
Такі сплави відрізняються особливою міцністю і стійкістю до ударів і вібрації, тому вони знайшли застосування у виробництві залізничних рейок, частин каменедробильних машин та перфораторів. Якщо в складі є не тільки марганець, але і магній, то він набуває здатність протистояти факторів, що викликають різні види корозії. Конструкційні сплави – мельхиори і нейзильбери, що застосовуються в суднобудуванні, виробництві трубопроводів і радіаторів, також містять невелику частину марганцю. У складі електротехнічних сплавів, наприклад, в манганине, вміст металу доходить до 12 %, вони характеризуються низьким температурним показником електроопору і широко використовуються в техніці.