Химические и физические свойства металлов 6-ой и 7-ой группы побочной подгруппы Cr, Mn. Получение, применение, природные соединения.

Физические свойства. По своему внешнему виду марганец напоминает железо, но в отличие от последнего намного тверже и более хрупок, характеризуется аномально низкой электрической проводимостью. Плавится марганец при температуре 1245°С.

Для марганца характерны полиморфные модификации, образующиеся при различных температурных  режимах.

Химические свойства. Марганец относится к активным металлам. Обычно он покрыт прочной пленкой оксида, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. В измельченном состоянии марганец легко взаимодействует с кислородом:

 

                                               Mn + O₂ = MnO₂

 

Активно реагирует с галогенами, азотом, углеродом, фосфором и

 

 

кремнием. Присоединение галогенов и азота  сопровождается горением:

                                                               t  

                                            3Mn + N₂  =  Mn₃N₂

В электрохимическом ряду напряжений марганец находится намного левее водорода (между алюминием и цинком), поэтому способен активно вытеснять водород  из соединении. Порошкообразный марганец при нагревании вытесняет водород из воды:

 

                                     Mn + 2H₂O  =  Mn(OH)₂ + H₂­

 

При взаимодействии с разбавленными  кислотами (кроме HNO₃ и концентрированной H₂S0₄) марганец легко вытесняет водород, окисляясь до Мп⁺²:

 

                                               Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂­

 

Реакция с концентрированными серной и азотной  кислотами сопровождается выделением продуктов восстановления этих кислот

 

                          3Mn + 8HNO₃ = 3Mn(NO₃)₂ + 2NO­ + 4H₂O

                              Mn + 2H₂SO₄ = MnSO₄ + SO₂­ + 2H₂O

 

Эти процессы возможны только при нагревании, так как на холоду указанные кислоты пассивируют  металл.

При взаимодействии с солями металлов, стоящих в ряду активности правее, марганец вытесняет металлы:

                                     Mn + CuSO₄ = MnSO₄ = Cu

 

Получение. Чистый марганец получают электролизом хлорида или сульфата. Такой продукт содержит значительное количество примесей, от которых избавляются путем повторной очистки. Марганец также получают методом алюминотермии:

                                                            t

                                     4Al + 3MnO₂  =  2Al₂O₃ + 3Mn

 

При восстановлении углем  оксидов марганца образуется так  называемый ферромарганец, характеризующийся высоким содержанием углерода и железа (70—90% Mn).

Применение. Перманганат калия находит широкое применение как энергичный окислитель. Разбавленные растворы используются в медицинской практике в качестве дезинфицирующего средства.

Главный потребитель чистого марганца — сталелитейное производство. Введение в состав сталей марганца в сочетании с другими легирующими добавками придает стали твердость и износоустойчивость, не снижая при этом пластичности.                             

Для человеческого организма марганец—незаменимый микроэлемент. Он влияет на рост и кроветворение. Особая роль принадлежит марганцу в  синтезе жирных кислот и холестерина из уксусной кислоты. Он оказывает влияние на синтез гликогена, усиливает влияние инсулина. Марганец пролонгирует действие многих витаминов (А, Е, В, Bi, Be и др.). Его влияние на обмен веществ усиливается при введении в организм вместе с медью и цинком. Недостаточность марганца сопровождается нарушением образования костной ткани, расстройством координации движений, параличом. В больших концентрациях марганец ядовит.

 

Соединения марганца

 

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

     В  практическом отношении наиболее  важны соединения марганца (II), диоксид марганца и соли марганцовой кислоты -  перманганаты, в которых марганец находится в степени окисленности  +7.  

     Соединения марганца (II). Соли марганца (II)  получаются при растворении марганца в разбавленных кислотах или при действии кислот на различные природные соединения марганца. Так, из раствора, остающегося после получения хлора действием соляной кислоты на диоксид марганца, выкристаллизовывается хлорид марганца (II)  MnCl₂  в виде бледно-розовых кристаллов. В твердом виде соли марганца (II)  обычно розового цвета, растворы же их почти бесцветны.

      При действии щелочей на растворы  солей марганца (II) выпадает белый осадок – гидроксид марганца (II)  Mn(OH)₂.  Осадок легко растворяется в кислотах. На воздухе он быстро темнеет, окисляясь в бурый гидроксид марганца (IV)  Mn(OH)₄.

       Оксид марганца (II), или закись марганца,  MnO  получается в виде зеленого порошка при восстановлении других оксидов марганца водородом.

       Соединения марганца (IV).  Наиболее стойким соединением марганца является темно-бурый диоксид марганца  MnO₂;  он легко образуется как при окислении низших, так и при восстановлении высших соединений марганца. Как уже указывалось,  MnO₂  -  амфотерный оксид;  однако и кислотные, и основные свойства выражены у него очень слабо.

       В кислой среде диоксид марганца  – довольно энергичный окислитель. В качестве окислителя его  применяют при получении хлора  из соляной кислоты и в сухих  гальванических элементах. Соли  марганца (IV), например  MnCl₄  и Mn(SO₄)₂, весьма нестойки.

       Соединения марганца (VI) и (VII).  При сплавлении диоксида марганца с карбонатом и нитратом калия получается зеленый сплав, растворяющийся в воде с образованием красивого зеленого раствора. Из этого раствора можно выделить темно-зеленые кристаллы манганата калия  K₂MnO₄  -  соли марганцовистой кислоты  H₂MnO₄,  очень нестойкой даже в растворе.

      Перманганат  калия   KMnO₄  -   наиболее широко применяемая соль  марганцовой кислоты. Кристаллизуется он в виде красивых темно-фиолетовых, почти черных призм, умеренно растворимых в воде. Растворы  KMnO₄ имеют темно-малиновый, а при больших концентрациях – фиолетовый цвет, свойственный ионам MnO₄^-.   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.

 

Список используемой литературы

 

1. Кукушкин  Ю.Н. Химия координационных соединений. М.: Высшая школа, 1985 г.

2. Ахметов  Н.С. «Общая и неорганическая  химия»

3. Глинка  Н.Л. Общая химия. — Санкт-Петербург:  Изд. «Химия», 1967 г.

4. Третьяков  Ю.Д. «Неорганическая химия» т.2.

5. Бусев А.И., Иванов В.М., Соколова Т.А. «Аналитическая  химия вольфрама»: Изд. «Наука»,  Москва 1976 г.

6. Бусев А.И.  «Аналитическая химия молибдена»: Изд. «Академии наук СССР»,  Москва 1962 г.

7. Леснова  Е.В. «Практикум по неорганической  химии».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ФГБОУ  ВПО «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В Г.ОКТЯБРЬСКОМ

 

КАФЕДРА НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

по дисциплине «Химия»

на тему: «Химические  и физические свойства металлов 6-ой и 7-ой группы побочной подгруппы Cr, Mn. Получение, применение, природные соединения.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил 

студент гр. БМПсз-13-11                                 Р.В. Санников

 

Руководитель

доцент                                                       В.Р.Зайлалова

 

 

 

 

 

 

 

2014