МАРГАНЕЦ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ Составитель: И. Н. Пиялкина, учитель химии МБОУ СОШ 37 города Белово

История открытия марганца Соединение марганца пиролюзит MnO 2 известен с древнейших времен для изготовления стекла и посуды из глины. Знаменитый металлург, итальянец В. Бирингуччио в своих публикациях писал, что пиролюзит окрашивает стекло в фиолетовый цвет и устраняет мутность стекол желтого и заленого цветов.

Первым металлический марганец получил ученый И. Кайм ( Австрия ). Полученные кристаллы были хрупкими и голубовато - белого цвета. Свои исследования он так и не довел до конца. Дальнейшая история марганца была связана с первооткрывателем никеля Т. Бергманом. Но он, хотя и пытался получить металл марганец, этого так и не сделал. История открытия марганца

Третьим ученым, который предпринял попытку получить из пиролюзита марганец был Карл Вильгельм Шееле ( Швеция ). В 1774 году он выступил с докладом в Стокгольмской академии " Относительно марганца и его свойств ", который подвел результаты работы со своим соотечественником Ю. Ганом в течении трех лет. В ней он поведал о существовании двух металлов : бария и марганца История открытия марганца

Нахождение в природе В земной коре - около 0,1 % марганца по массе. В свободном виде марганец не встречается. Из руд наиболее распространены : пиролюзит - MnO 2 (63,2 %), манганит - MnO 2 ·Mn(OH) 2 (62,5 %), браунит - Mn 2 O 3 (69,5 %), родохрозит - MnC О 3 (47,8 %), псиломелан - mMnO·MnO 2 ·nH 2 O (4560%).

Пиролюзит Мангинит Браунит Родохрозит Псиломелан Нахождение в природе

Марганец содержат марганцевые конкреции, которые находятся на дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов. В морской воде содержится около 1,0·10 –8 % марганца. Нахождение в природе

MnMn ) ) ) ) 1s² s²2p3s²3p3d4s² N=1 N=4 N=3 N=2 4s +2, +3, +4, +6, +7 n= Строение атома

Физические свойства Марганец - твердый хрупкий металл T плавления = 1244°C Т кипения = 2080°C Серебристо - белого цвета с розовым отливом На воздухе покрывается оксидной пленкой

Химические свойства марганца Порошкообразный марганец сгорает в кислороде : Mn + O 2 MnO 2 При нагревании разлагает воду, вытесняя водород : Mn + 2H 2 O Mn(OH) 2 + H 2 Углерод реагирует с расплавленным марганцем, образуя карбиды Mn 3 C: 3Mn + C Mn 3 C

Химические свойства марганца При нагревании реагирует с серой и фосфором : Mn + S MnS (MnS 2 ) 3Mn + 2P Mn 3 P 2 C оксидами металлов : 5Mn + Nb 2 O 5 5MnO + 2Nb Образует также силициды, бориды, фосфиды.

Химические свойства марганца C соляной и серной кислотами реагирует по уравнению : Mn + 2H + Mn 2+ + H 2 С концентрированной серной кислотой : Mn + 2H 2 SO 4 ( конц.) MnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O С разбавленной азотной кислотой : 3Mn + 8HNO 3 ( разб.) 3Mn(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O В щелочном растворе марганец устойчив.

Получение марганца в промышленности 1 способ : из руды. 1 стадия : добыча и обогащения руд ; 2 стадия : обжиг. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. 3 стадия : восстановление марганца в полученном концентрате с помощью кокса, иногда используют алюминий или кремний ; Алюминотермия 3MnO 2 +4AI=2AI 2 O 3 +3Mn

Получение марганца в промышленности 2 способ : электролиз. Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO 4, который проводят в присутствии сульфата аммония (NH 4 ) 2 SO 4.

Применение Более 90% производимого марганца идет в черную металлургию : - как добавку к сталям для раскисления ; - для легирования сталей ; - в медных, алюминиевых и магниевых сплавах. Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту.

Применение Соединения марганца ( карбонат, оксиды и другие ) используют : при производстве ферритных материалов ; катализаторы многих химических реакций ; входят в состав микроудобрений.

Биологическая роль марганца Марганец содержится в организмах всех растений и животных, он оказывает значительное влияние на жизнедеятельность, то есть является микроэлементом. Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желёз.

Содержание в живых и растительных организмах Особо богаты марганцем листья свёклы до 0,03 %. В организмах рыжих муравьёв до 0,05 %. Некоторые бактерии содержат до нескольких процентов марганца.

Токсикология марганца Избыток марганца в организме сказывается на функционировании центральной нервной системы. Симптомы : утомляемость, сонливость, ухудшение функций памяти. Марганец - политропный яд, поражает легкие, сердечно - сосудистую систему, вызывает аллергический и мутагенный эффект.

Оксиды и гидроксиды марганца MnO Основной (серо-зал. крист., н.) Mn 2 O 3 Основной (бурые крист., н.) MnO 2 Амфортерный (черн. крист., н.) MnO 3 Кислотный (не получен) Mn 2 O 7 Кислотный (зал.-чер. масло., ж., р.) Mn (II)Mn (III)Mn (IV)Mn (VI)Mn (VII) Оксиды : Гидроксиды : Mn(OH) 2 (нерастворимо е основание белого цв. ) Mn(OH) 3 (нерастворимо е основание темно-коричн. цв. ) Mn(OH) 4 (амфотерный гидроксид бурого цв. ) H 2 MnO 4 (неустойчивая кислота) HMnO 4 (сильная кислота. Устойчив только в растворах) Усиление кислотных свойств Усиление окислительных свойств

Mn +2 O ( основной оксид ) – порошок залёно - серого цвета, нерастворим в воде. Оксид марганца может быть получен при разложении карбоната марганца : MnCO 3 = MnO+CO 2 Либо при восстановлении диоксида марганца водородом : MnO 2 +H 2 = MnO+H 2 O Соединения марганца (II)

Mn +2 (OH) 2 ( основание ) – белый осадок. При растворении в воде ( при нагревании ) образуется гидроксид Mn(II): Mn+2HOH =Mn(OH) 2 +H 2 Гидроксид марганца можно получить в виде белого осадка при действии на растворы солей двухвалентного марганца щелочью : MnSO 4 +2NaOH =Mn(OH) 2 +Na 2 SO 4 Соединения марганца (II)

Соединения Mn(II) на воздухе неустойчивы, и Mn(OH) 2 на воздухе быстро буреет, превращаясь в оксид - гидроксид четырёхвалентного марганца. 2Mn(OH) 2 +O 2 =MnO2 + 2 Н 2 O Гидроксид марганца проявляет только основные свойства и не реагирует со щелочами, а при взаимодействии с кислотами даёт соответствующие соли. Mn(OH) 2 +2HCl =MnCl 2 +2H 2 O Соединения марганца (II)

Соли двухвалентного марганца можно получить при растворении в разбавленных кислотах : Mn+2HCl = MnCl 2 +H 2 C сульфид марганца (II) можно получить : MnSO 4 + (NH 4 ) 2 SO 4 = MnS+ (NH 4 ) 2 SO 4

Соединения марганца (IV) Mn +4 O 2 пиролюзит - ( амфотерный ) - вещество чёрного цвета. Образуется при разложении нитрата марганца (II) Mn(NO 3 ) 2 = MnO 2 +2NO 2 Под действием сильных окислителей в сплаве со щёлочью переходит в с. о. +6 MnO 2 + Na 2 CO 3 +NaNO 3 Na 2 MnO 4 + NaNO 2 +CO 2 Mn О 2 может окислять галогениды и галогеноводороды в кислой среде и переходит в с. о. +2 : MnO 2 +4HCl =MnCl 2 +Cl 2 +2H 2 O

Соединения марганца (VI) Mn +6 O 3 проявляют кислотный характер, H 2 Mn +6 O 4 в свободном виде не получены. Степень окисления + 6 у марганца наименее устойчива : существует только с сильнощелочном растворе в виде солей залёного цвета – МАНГАНАТОВ МАНГАНАТЫ получают при восстановлении перманганатов в щелочной среде 2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 Na 2 SO 3 +2KMnO 4 + KOH=Na 2 SO 4 +K 2 MnO 4 +H 2 O MnO 2 +2KOH+KNO 3 = K 2 MnO 2 +KNO 2 +H 2 O или при окислении солей и оксидов марганца +2 и +4 сильными окислителями в присутствии щёлочи : MnSO 4 + 2KClO KOH = 3K 2 MnO 4 + 2KCl +3K 2 SO 4 +6H 2 O

Водой манганаты быстро разлагаются ( диспропорционируют на +7 и +4) 2K 2 MnO 4 + 2Н 2 О = KMnO 4 + MnO 2 + 4КОН Манганаты окисляются хлором 2K 2 MnO 4 + Cl 2 = KMnO 4 + 4КCl Соединения марганца (VI)

Mn 2 +7 O 7 ( кислотный ) - жидкое маслоянистое вещество тёмно - залёного цвета, очень неустойчивое ; в смеси с концентрированной серной кислотой воспламеняет органические вещества. При 90 °C Mn 2 O 7 разлагается со взрывом. Получение : 2KMnO 4 + H 2 SO 4 = Mn 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O При растворении в щелочах образует перманганаты : Mn 2 O 7 + 2KOH = 2KMnO 4 + H 2 O Соединения марганца (VII)

HMn +7 O 4 – марганцевая кислота - одна из самых сильных кислот. марганцевая кислота устойчива только в разбавленных растворах ( до 20%). Эти растворы могут быть получены действием сильных окислителей на соединения марганца двухвалентного : 2Mn(NO 3 ) 2 +PbO 2 +6HNO 3 =2HMnO 4 +5Pb(NO 3 ) 2 +2H 2 O При концентрации HMnO 4 выше 20% происходит разложение её по уравнению : 4HMnO 4 = 4MnO+3O 2 +2H 2 O Соединения марганца (VII)

В семивалентном состоянии марганец проявляет только окислительные свойства. Среди применяемых в лабораторной практике и в промышленности окислителей широко применяется перманганат калия KMnO 4, в быту называемый марганцовкой. Перманганат калия представляет собой кристаллы чёрно - фиолетового цвета. Водные растворы окрашены в фиолетовый цвет, характерный для иона MnO 4 -. Соединения марганца (VII)

При нагревании сухого перманганата калия до температуры выше С он разлагается. 2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 Пр и стоянии в растворе постепенно распадается : 4KMnO 4 + 2H 2 O = 4MnO 2 + 4KOH + 3O 2 Под действием серной кислоты (60%) и горячей щелочи перманганат также выделяет кислород : 4KMnO 4 +6H 2 SO 4 = 4MnSO 4 + 5O 2 + 2K 2 SO 4 + 6H 2 O 4KMnO 4 +4KOH = 4K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O Соединения марганца (VII)

Mn H H2OH2O OH Mn обесцвечивание +2 MnO 2 (Mn ) Бурый осадок +4 MnO 4 залёный KMnO 4 c восстановителями в разных средах

Запишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме : Mn(NO 3 ) 2 K 2 MnO MnCl 2 Mn(OH) MnO 2 KMnO Mn MnSO 4.

Mn MnO MnCl 2 Mn(OH) 2 MnO Mn KMnO 4 O2O2 X1X1 X2X2 X3X3 Осуществите цепочки превращений : +S+O 2 +H 2 O t ??? ? ?

Домашнее задание : П 18, выполнить превращения из презентации