Манган

Манґан (манган; хімічний знак — $\mathrm{M}\mathrm{n}$, Шаблон:Lang-la) — хімічний елемент з атомним номером 25, що належить до 7-ї групи, 4-го періоду періодичної системи хімічних елементів.
Проста речовина — манґан (заст. марганець).

Загальна інформація

Атомна маса мангану 54,9381 а.о.м. Це сріблясто-білий крихкий метал. Густина 7,470 (293 К), t_плав 1244 °С, t_кип 2095 °С. Манган парамагнітний при низьких температурах. Це поширений елемент, його кларк в земній корі 0,1 % (за масою), в ультраосновних породах — 0,15 %, основних — 0,2 %, середніх — 0,12 %, кислих — 0,06 %, осадових — 0,07 %, кам. метеоритах — 0,2 %. Вміст мангану в океанічній воді 2·10⁻⁷ %, в живій речовині Землі 1·10⁻³%, у ґрунті 8.5·10⁻²%.

Манган повільно реагує з водою, розчиняється в кислотах, реагує з усіма неметалами (при нагріванні), крім водню. Представлений в основному оксидами, карбонатами і в меншій мірі — силікатами мангану. Основні мінерали мангану: піролюзит, гаусманіт, псиломелан, манганіт, брауніт, родохрозит, родоніт. Крім того, манган містять мінерали: велініт. Внаслідок кристалохімічної близькості мангану до трьох найважливіших петрогенних елементів — Fe, Mg, Ca — широко представлений як ізоморфна домішка в породотвірних мінералах (олівінах, ґранатах, слюді, карбонатах). Значну кількість мангану містять залізо-манганові конкреції.

Історія

Перший зразок металевого мангану одержав Йоган Ґоттліб Ган у 1774 р. відновленням MnO₂ вугіллям.

Походження назви

Слово «манґан» походить від Шаблон:Lang-de, і далі від Шаблон:Lang-it. Щодо походження італійського слова є дві версії: згідно з першою, воно є викривленим сер.-Шаблон:Lang-la («маґнезія», історична назва ряду сполук маґнію і манґану), за другою — сходить до Шаблон:Lang-el («добре наводжу блиск»). Очевидно, зв'язано з окиснювальними властивостями сполук мангану.

Інша назва, «марганець», походить від Шаблон:Lang-ru, що утворилося шляхом метатези німецького Manganerz («манґанова руда»), складеного з Mangan та Erz («руда»).

Отримування

Металевий манґан отримують у процесі термічного відновлення безводних галогенідів манґану(II), а також електролізом водних розчинів сульфату манґану(II) з сульфатом амонію. Отримання чистого манґану шляхом відновлення з оксидів є доволі складним через те, що з багатьма відновниками (Al, C, Mg) він утворює сплави.

У результаті відновлення коксом оксидів MnO₂, Mn₃O₄, Mn₂O₃, MnO, отримують металевий манґан, забруднений вуглецем. Задля уникнення цього, беруть надлишок оксидів. Зазвичай відновлення відбувається у тиглях з оксиду магнію в електричних печах у присутності сульфату натрію.

Для отримання металевого манґану методом алюмінотермії беруть Mn₃O₄ (його отримують прокалюванням оксидів MnO₂, Mn₂O₃):

$\mathrm{3}\mathrm{M}{\mathrm{n}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{A}\mathrm{l}\stackrel{1979^{o}C}{\to }\mathrm{9}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

При відновленні безводних галоґенідів MnF₂, MnCl₂, MnBr₂, MnI₂ натрієм, маґнієм або воднем (за нагрівання, без доступу кисню), утворюються кристали металевого мангану та відповідний галоґенід:

$\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{M}\mathrm{g}\stackrel{t}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{M}\mathrm{g}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{t}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}$

Для отримання манґану електролізом використовується розчин, що містить сульфат манґану(II) (або його кристалогідрат) та сульфат амонію.

$\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{electrolysis}{\to }\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{\downarrow }\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{)}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{o}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

Хімічні властивості

Металевий манґан взаємодіє з розігрітою водяною парою:

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{150^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

При нагріванні він взаємодіє з киснем, а також з деякими іншими неметалами:

$\mathrm{4}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{<450^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{M}{\mathrm{n}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{<800^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{3}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{>800^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}\mathrm{\cdot }\mathrm{M}{\mathrm{n}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{3}\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{>100^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{600^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{S}\stackrel{<1580^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}$

Манґан реагує з кислотами:

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\stackrel{}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}\stackrel{70-80^{o}C}{\to }\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Застосування

Манган

Манґан використовується головним чином у чорній металургії (майже 95 % мангану йде на розкиснення і десульфуризацію сталі та чавуну, і на додатки в спеціальні сталі), при виплавці різних сплавів кольорових металів, для створення антикорозійних покриттів. Додавання манґану до заліза та сталі істотно підвищує їхню в'язкість, ковкість і твердість. У розплав манґан вводять у вигляді феромангану (70–80 % Mn, 0,5–1 % С, інше Fe). У кольоровій металургії манган застосовується для отримання манґанової бронзи, латуні та інших сплавів з кольоровими металами, що підвищує їхню міцність і додає антикорозійні властивості. У металургії використовуються руди із вмістом 30–36 % манґану і менше 0,2 % фосфору.

Сполуки манґану також широко використовують при виробництві скла, оліфи і в гальванічних елементах (піролюзит), у медицині (перманґанат калію), у фарбувальній справі (хлорид і сульфат манґану). Є також складовою частиною мікродобрив. Діє на центральну нервову систему. Гранично допустима концентрація 0,2 мг/м³.

Біологічна роль

Манґан впливає на ріст людини. Необхідний для утворювання кісток, збереження репродуктивної функції організму, метаболізму глюкози та ліпідів. Входить до складу ферментних систем, які виконують окисно-відновні реакції внутрішньоклітинного обміну. В організмі людини міститься 20 мг мангану, найбільше в кістках, решта — у тканинах і мозку. При дефіциті порушується фосфорно-кальцієвий обмін, що призводить до розвитку рахіту. Mn прискорює утворення антитіл, посилює синтез гормонів щитоподібної залози, позитивно впливає на засвоєння йоду. Його сполуки використовують при невритах. Найбільше мангану в крупах, борошні, малині, смородині, капусті та горосі.

Див. також

• Мінерали манґану
• Марганцеві руди
• Ресурси і запаси мангану
• Телурид мангану

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Шаблон:МГЕ
• Рипан Р., Чертяну И. Неорганическая химия : Химия металлов : в 2 т. / под ред. В. И. Спицына. — М. : Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с. Шаблон:Ref-ru
• Химические свойства неорганических веществ : учеб. пособие для вузов / Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. ; под ред. Лидина Р. А. — 3-е изд., испр. — М. : Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0. Шаблон:Ref-ru

Посилання

• Манган // Фармацевтична енциклопедія.