марганец
характеристики | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
В целом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Имя , символ , атомный номер | Марганец, Mn, 25 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Категория элемента | Переходные металлы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Группа , период , блок | 7 , 4 , д | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Посмотрите | серебристый металлик (стальной белый) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Количество CAS | 7439-96-5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Номер ЕС | 231-105-1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ECHA InfoCard | 100.028.277 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Массовая доля земной оболочки | 0,085% | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомная масса | 54.938043 (2) и | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомный радиус (рассчитанный) | 140 (161) вечера | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентный радиус | низкое вращение: 139 вечера, высокое вращение: 161 час | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электронная конфигурация | [ Ar ] 3 д 5 4 с 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Энергия ионизации | 7-е.434 037 9 (12) эВ ≈ 717.28 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Энергия ионизации | 15-е.63999 (7) эВ ≈ 1 509.03 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Энергия ионизации | 33.668 (12) эВ ≈ 3 248.5 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. Энергия ионизации | 51.21 (12) эВ ≈ 4 941 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Энергия ионизации | 72.41 (10) эВ ≈ 6 987 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физически | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физическое состояние | твердо | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модификации | четыре | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
плотность | 7,43 г / см 3 (25 ° С ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по шкале Мооса | 6.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
магнетизм |
парамагнитные ( : Χ м = 9,0 × 10 -4 ; : = 8,2 × 10 -4 ) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Температура плавления | 1519 К (1246 ° С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
точка кипения | 2373 К (2100 ° С) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Молярный объем | 7.35 × 10 −6 м 3 моль −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота испарения | 225 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота плавления | 13,2 кДж моль -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Скорость звука | 5150 м с −1 при 293,15 К. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Удельная теплоемкость | 479,5 Дж кг −1 K −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рабочая функция | 4,1 эВ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электропроводность | 6,94 × 10 5 А · В −1 · м −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплопроводность | 7,8 Вт · м −1 · K −1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Химически | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Состояния окисления | 1, 2 , 3, 4, (5), 6, 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Нормальный потенциал | −1,18 В (Mn 2+ + 2 e - → Mn) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электроотрицательность | 1,55 ( шкала Полинга ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изотопы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для других изотопов см. Список изотопов | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ЯМР свойства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Инструкции по технике безопасности | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MAK |
Швейцария: 0,5 мг м -3 (измеряется как вдыхаемая пыль ) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Токсикологические данные |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Насколько это возможно и общепринято, используются единицы СИ . Если не указано иное, приведенные данные относятся к стандартным условиям . |
Марганец [ maŋˈɡaːn ] - химический элемент с символом Mn и атомным номером 25. В периодической таблице он находится в 7-й подгруппе (7-я группа IUPAC ), группе марганца . Марганец - это серебристо-белый, твердый, очень хрупкий переходный металл, который по некоторым свойствам похож на железо .
Марганец встречается в естественных условиях в виде коричневого камня и расщепляется в больших количествах. 90% добытого марганца используется в металлургической промышленности в виде ферромарганца в качестве сплава компонента из стали . Он удаляет кислород и серу из стали и в то же время улучшает процесс закалки. Оксид марганца (IV) , который используется в качестве катода в щелочно-марганцевых батареях , также имеет экономическое значение .
Элемент имеет большое биологическое значение как компонент различных ферментов . Он работает в центральной точке цикла фотосинтеза , где марганцево-кальциевый кластер отвечает за окисление воды до кислорода.
история
Встречающиеся в природе оксиды марганца, такие как диоксид марганца , давно известны и используются в качестве природных пигментов. Например, черные пигменты оксида марганца были обнаружены в наскальных рисунках возрастом около 17000 лет в пещерах Экаин и Ласко . В производстве стекла используются соединения марганца с четвертого века нашей эры в Римской империи . Марганец выполняет две функции: при использовании коричневого камня он окрашивает стекло в интенсивный коричнево-фиолетовый цвет. Если, с другой стороны, трехвалентный оксид марганца добавляется к железосодержащим стеклам, он обесцвечивает их, окисляя двухвалентное железо зеленого цвета до слегка желтого трехвалентного железа, которое вместе с фиолетовым цветом марганца дает серый «обесцвеченный». внешний вид.
Первое извлечение этого элемента, вероятно, было достигнуто в 1770 году Игнатием Готфридом Каймом (1746–1778), который восстановил диоксид марганца углеродом и таким образом получил нечистый марганец, который он назвал королем коричневого камня . Однако об этом открытии мало кто узнал. В 1774 году Карл Вильгельм Шееле признал, что бурый камень должен содержать неизвестный элемент, в том же году Йохан Готлиб Ган, по предложению Шееле, произвел марганец путем восстановления коричневого камня углеродом. Первоначально марганец был выбран в качестве названия после латинского названия коричневого камня Manganesia nigra , но после открытия магния он был сокращен до марганца (ium) из-за возможной путаницы . Браунштейн был называется Magnes feminei Sexus (с Браунстоуном не обладает магнитными свойствами ) по Плинии из - за его сходство с магнитным железом (или Magnes masculini Sexus ) , который стал manganesia в средних веках .
В 1839 году было признано, что марганец улучшает пластичность железа . Когда в 1856 году Роберт Форестер Мушет (1811-1891) показал, что добавление марганца позволит массовое производство стали по бессемеровскому процессу , марганец за короткое время стал использоваться в больших количествах для производства стали . Браунштейн также получил техническое значение от 1866 г. , когда Вальтер Уэлдон разработан в процессе Weldon для получения хлора , в котором соляная кислота окисляются до хлора с помощью диоксида марганца.
Вхождение
Марганец является обычным элементом на Земле , в континентальной коре он встречается с содержанием 0,095% так же часто, как фосфор или фтор . Это третий по распространенности переходный металл после железа и титана . Это происходит не элементарно, а всегда в связях. Помимо силикатов марганца и карбоната марганца, он в основном связан в оксидах. Общие минералы минеральная группа бурых камней , манганите , гаусманнит , Браунит , родохрозита и родонит . Марганец встречается в различных степенях окисления, двухвалентных, трехвалентных и четырехвалентных, иногда, как в хаусманните, также в одном минерале.
Хотя многие соединения двухвалентного марганца легко растворимы в воде, соединения с более высокими степенями окисления обычно плохо растворимы, а также физически и химически стабильны. Вот почему марганцевые руды образуются в основном в окислительных условиях. Хотя железо ведет себя аналогично марганцу, а также окисляется в окислительных условиях от легкорастворимого двухвалентного железа до труднорастворимого трехвалентного железа, существует лишь несколько смешанных железо-марганцевых руд. Это связано с тем, что для окисления марганцу требуется гораздо более высокая концентрация кислорода, чем для железа.
Добываемые марганцевые руды геологически можно разделить на три группы. Первый тип родохрозитом - Браунит руды, которые оказались в ловушке в докембрийских вулканических породах. Эти руды в основном встречаются в южной части Атлантического океана , например, в Бразилии , Гайане , Кот-д'Ивуаре , Гане , Буркина-Фасо или в Конго . Руды второго типа находятся в сильно окисленного железа, и силикатных богатых осадочных пород от протерозоя . Месторождения этого типа в Хотазеле в Южной Африке и Корумбе в Бразилии являются одними из крупнейших месторождений марганца в мире. К третьему типу относятся марганцево- сланцевые руды, образующиеся в результате седиментации в мелководных шельфовых морях . К этому типу относятся проявления в Габоне , Украине и других странах Черного моря .
Около 75% известных ресурсов марганца находится в Калахари в Южной Африке. Есть также более крупные месторождения марганца в Украине, Бразилии, Австралии , Индии , Габоне и Китае . Крупнейшими странами-производителями марганца являются Южная Африка, Австралия, Габон, Китай и Бразилия, а общее мировое производство в 2018 году составило 18 миллионов тонн. В 2020 году в Северной Америке было открыто крупное месторождение, оцениваемое в 194 миллиона тонн.
Марганец в больших количествах содержится в марганцевых конкрециях , шаровидных, размером до 20 сантиметров, пористых конкрециях оксидов тяжелых металлов в глубоком море , которые могут состоять на 50% из марганца. Особенно высокие концентрации марганцевых конкреций можно обнаружить в Тихом океане к югу от Гавайских островов и в Индийском океане . Их добыча, особенно для добычи меди, кобальта и никеля, время от времени интенсивно исследовалась, но до сих пор терпела неудачу из-за высоких технических требований и высоких затрат на добычу при сравнительно низких ценах на металлы, одновременно добываемые на суше.
Извлечение и представление
Добываемые марганцевые руды содержат не менее 35% марганца. В зависимости от содержания и других содержащихся элементов руды предпочтительны для различных применений. Марганцевая руда, используемая в металлургических целях, содержит от 38 до 55% марганца и добывается подземным способом открытым или камерным способом . Существует также руда аккумуляторного качества , которая содержит не менее 44% марганца и может содержать только небольшое количество меди , никеля и кобальта , поэтому она подходит для производства щелочно-марганцевых батарей , а также руды химической чистоты. , который используется для производства чистых марганца и соединений марганца.
В большинстве случаев чистый марганец не требуется. Вместо этого добывается ферромарганец , железо-марганцевый сплав с 78% марганца. Его получают путем восстановления оксидных марганцевых и железных руд коксом в электрической печи. Другой сплав, который получают таким образом, - это силикомарганец из сплава марганец-железо-кремний . Здесь кварц также вводится в печь в качестве источника кремния.
Чистый марганец технически невозможно получить восстановлением углеродом, так как он также образует стабильные карбиды , в частности Mn 7 C 3 , помимо марганца . Чистый марганец производится только при температурах выше 1600 ° C, но при этой температуре часть марганца испаряется, так что этот способ неэкономичен. Вместо этого марганец добывают с помощью гидрометаллургии . Марганцевая руда окисляется, выщелачивается и подвергается электролизу . Для последнего используется максимально чистый раствор сульфата марганца , который электролизуют электродами из нержавеющей стали при 5–7 В. На катоде образуется чистый марганец, а на аноде - кислород, который далее реагирует с ионами марганца с образованием диоксида марганца.
В электролит добавляют меньшее количество серы или диоксида селена, чтобы снизить потребление энергии.
Марганец также может быть извлечен путем восстановления оксидов марганца алюминием ( алюминотермия ) или кремнием.
классифицировать | страна | продвижение | Резервы |
---|---|---|---|
1 | Южная Африка | 5500 | 230 000 |
2 | Австралия | 3100 | 99 000 |
3 | Габон | 2300 | 65 000 |
4-й | Китайская Народная Республика | 1800 | 54 000 |
5 | Бразилия | 1200 | 110 000 |
6-е | Гана | 850 | 13 000 |
7-е | Индия | 770 | 33 000 |
8-е | Украина | 740 | 140 000 |
9 | Малайзия | 510 | k. А. |
10 | Мексика | 220 | 5000 |
характеристики
Физические свойства
Марганец - серебристо-белый, твердый, очень хрупкий тяжелый металл . Он плавится при 1246 ° C и кипит при 2100 ° C. В отличие от большинства других металлов, марганец кристаллизуется не в плотнейшей упаковке сфер или в объемно-центрированной кубической кристаллической структуре при комнатной температуре, а в необычной структуре α-марганца. Всего известно четыре различных модификации, устойчивых при разных температурах. Марганец является парамагнитным при комнатной температуре , α-модификация становится антиферромагнитной ниже температуры Нееля 100 K , а β-марганец не проявляет такого поведения.
Структура α-марганца термодинамически устойчива до температуры 727 ° C. Он имеет искаженную кубическую структуру с 58 атомами в элементарной ячейке . Атомы марганца в структуре можно разделить на четыре группы с различным окружением и координационными числами от 12 до 16. При температуре выше 727–1095 ° C термодинамически более выгодна другая необычная структура, аналогичная кубической структуре β-марганца с 20 формульными единицами на элементарную ячейку и координационными числами 12 и 14 для атомов марганца. Только при температуре выше 1095 ° C металл кристаллизуется в плотнейшей упаковке сфер, гранецентрированной кубической кристаллической структуре (γ-марганец, тип меди ). При 1133 ° C это окончательно превращается в объемно-центрированную кубическую структуру (δ-марганец, вольфрамовый тип).
Химические свойства
Степени окисления марганца | |
---|---|
0 | Mn 2 (CO) 10 |
+1 | MnC 5 H 4 CH 3 (CO) 3 |
+2 | MnCl 2 , MnO , MnCO 3 , ацетат марганца (II) |
+3 | MnF 3 , Mn 2 O 3 , ацетат марганца (III) |
+4 | MnO 2 |
+5 | К 3 MnO 4 |
+6 | К 2 MnO 4 |
+7 | KMnO 4 , Mn 2 O 7 |
В качестве основного металла марганец вступает в реакцию со многими неметаллами . Компактный марганец медленно и поверхностно реагирует с кислородом , тогда как мелкодисперсный марганец на воздухе пирофорен и быстро реагирует на оксид марганца (II, III) . Марганец также реагирует с фтором , хлором , бором , углеродом , кремнием , фосфором , мышьяком и серой , в результате чего реакции протекают медленно при комнатной температуре и быстрее только при более высоких температурах. Элемент реагирует только с азотом при температуре выше 1200 ° C с образованием нитрида марганца Mn 3 N 2 , он не реагирует с водородом .
Как и другие основные элементы, марганец растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода ; в отличие от хрома он не пассивируется толстым оксидным слоем . Эта реакция также медленно протекает в воде. Если его растворить в концентрированной серной кислоте, образуется диоксид серы. В водном растворе ионы Mn 2+ , которые окрашены в розовый цвет в комплексе [Mn (H 2 O) 6 ] 2+ , особенно устойчивы к окислению или восстановлению. Это связано с образованием энергетически выгодной полузаполненной d-оболочки (d5). Ионы марганца в других степенях окисления также имеют характерные цвета, например, трехвалентные ионы марганца имеют красный цвет, четырехвалентный коричневый, пятивалентный ( гипоманганат , MnO 4 3- ) синий, шестивалентный ( манганат , MnO 4 2- ) зеленый и семизначный ( перманганат , MnO 4 - ) пурпурный.
Изотопы
Всего известно 28 изотопов и восемь других основных изомеров марганца от 44 Mn до 72 Mn. Из них только один, 55 Mn, является стабильным, поэтому марганец является одним из чистых элементов . Кроме того, 53 Mn имеет длительный период полураспада 3,74 миллиона лет . Все остальные изотопы имеют короткие периоды полураспада, из которых 54 Mn с 312,3 дня являются самыми длинными.
Самый долгоживущий радиоактивный изотоп марганца 53 Mn встречается в природе в следовых количествах. Он образуется в результате реакции скалывания в железных породах. 54 Fe реагирует с 3 He из космических лучей, и образуется короткоживущее 53 Fe, которое распадается до 53 Mn.
использовать
Чистый марганец используется очень ограниченно. 90% извлеченного марганца используется в сталелитейной промышленности в виде ферромарганца , зеркального железа или кремниймарганца . Поскольку марганец образует очень стабильные соединения марганца с кислородом, он обладает раскисляющим действием, как алюминий и кремний, и усиливает действие этих элементов. Кроме того, он предотвращает образование легкоплавкого сульфида железа и, таким образом, обладает обессеривающим действием. В то же время растворимость азота в стали увеличивается, что способствует образованию аустенита . Это важно для многих нержавеющих сталей. Еще одним важным свойством марганца в стали является то, что он увеличивает прокаливаемость стали.
Также в сплавах с цветными металлами , в частности медными сплавами и алюминиево-марганцевыми сплавами , используется марганец. Повышает прочность , коррозионную стойкость и пластичность металла. Сплав манганин (83% меди, 12% марганца и 5% никеля) имеет, подобно константану или, что еще лучше, Isaohm , низкий электрический температурный коэффициент , т.е. ЧАС. электрическое сопротивление слабо зависит от температуры. Поэтому эти материалы широко используются в электроизмерительных устройствах .
Марганец также используется в качестве активатора люминофоров . Согласно современным знаниям, длина волны излучаемого света составляет от 450 до 750 нм (Mn 2+ ) или от 620 до 730 нм (Mn 4+ ), в зависимости от степени окисления . BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , Mn 2+ (зеленый эмиттер) и Mg 14 Ge 5 O 24 : Mn 4+ (красный эмиттер) имеют особое практическое значение в качестве люминофоров в белых светодиодах .
YInMn blue - это смешанный оксид иттрия, индия и марганца, который имеет очень чистый ярко-синий цвет.
Объем производства чистого марганца составляет около 140 000 тонн в год. Он широко используется для производства специальных сталей и алюминиевых сплавов. Из него также производят цинк-марганцевые ферриты для электронных компонентов.
Биологическое значение
Марганец - незаменимый элемент для всего живого и компонент различных ферментов . Там он действует по-разному, в том числе как кислота Льюиса , для формирования структуры фермента и в окислительно-восстановительных реакциях . У некоторых бактерий он также используется для выработки энергии. Shewanella putrefaciens , бактерия, обитающая в море , управляет анаэробным дыханием с Mn 4+ в качестве концевого акцептора электронов, который при этом восстанавливается до Mn 2+ .
Марганец играет важную роль в фотосинтезе , а именно в окислении воды до кислорода в фотосистеме II . Центральным компонентом фотосенсорной системы является комплекс из четырех атомов марганца и одного атома кальция , которые соединены между собой кислородными мостиками, производящий кислород комплекс ( кислород-выделяющий комплекс , OEC). Здесь, в многоступенчатом цикле, цикле Кока, в котором марганец меняется между трехвалентным и четырехвалентным состоянием окисления, вода расщепляется солнечным светом и кислородом, высвобождаются электроны и протоны.
В марганецсодержащих супероксиддисмутазах , которые обнаруживаются в митохондриях и пероксисомах , реакция супероксида с образованием кислорода и пероксида водорода катализируется окислительно-восстановительными реакциями с двухвалентными и трехвалентными ионами марганца.
Диоксигеназы , с помощью которых молекулярный кислород включается в особые органические молекулы, обычно содержат железо, но также известны несколько марганецсодержащих диоксигеназ из бактерий Arthrobacter globoformis и Bacillus brevis , среди прочих . Пероксидаза марганца , фермент, обнаруженный в грибке Phanerochaete chrysosporium , является одним из немногих известных ферментов, расщепляющих лигнин . Марганец также участвует в реакции аргиназ , гидролаз , киназ , декарбоксилаз и трансфераз, таких как пируваткарбоксилаза , мевалонаткиназа и гликозилтрансфераза , а также некоторых рибонуклеотидредуктаз и каталаз .
Марганец всасывается человеком через тонкий кишечник и в основном хранится в печени , костях , почках и поджелудочной железе . Внутри клетки этот элемент в основном находится в митохондриях , лизосомах и в ядре клетки . В головном мозге марганец связан со специальными белками, в основном с глутаматаммоний-лигазой в астроцитах . Общее количество марганца в организме человека составляет от 10 до 40 мг, суточная потребность - около 1 мг, а среднее потребление марганца в Германии - около 2,5 мг.
Дефицит марганца встречается редко; у животных с низким содержанием марганца наблюдались изменения скелета, неврологические расстройства , дефекты углеводного обмена, а также нарушения роста и фертильности . Продукты, особенно богатые марганцем, - это черный чай , зародыши пшеницы , фундук , овсяные хлопья , соевые бобы , семена льна , черника , ягоды черноплодной рябины и цельнозерновой ржаной хлеб .
Безопасность и токсичность
Как и многие другие металлы, марганец в мелкодисперсном состоянии легко воспламеняется и вступает в реакцию с водой. Поэтому для тушения пожара можно использовать только металлические огнетушители (класс D) или песок. А вот компактный марганец негорючий.
Если вдыхать пыль, содержащую марганец, в больших дозах, она оказывает токсическое действие. Первоначально это приводит к повреждению легких с такими симптомами, как кашель, бронхит и пневмонит . Марганец также оказывает нейротоксическое действие и повреждает центральную нервную систему . Это проявляется в остром отравлении манганизмом (англ .: «Марганцевое безумие» ), заболевании с поведенческими проблемами, галлюцинациями и психозами . В случае хронического отравления появляются симптомы, похожие на болезнь Паркинсона, такие как двигательные нарушения ( экстрапирамидные расстройства ). Поэтому для марганцевой пыли существует значение MAK 0,02 мг / м 3 для особо мелкой пыли, которая может проникать в альвеолы, и 0,2 мг / м 3 для вдыхаемой пыли.
Заболевания, вызванные марганцем или его соединениями, занесены в Германии под № 1105 в список профессиональных заболеваний . Воздействие может возникнуть во время добычи, транспортировки, обработки и использования марганца или его соединений при условии, что эти вещества вдыхаются в виде пыли или дыма. Это также относится к электросварке покрытыми электродами, содержащими марганец.
доказательство
Качественное химическое обнаружение ионов марганца может быть обеспечено образованием перманганата фиолетового цвета после реакции с оксидом свинца (IV) , пероксодисульфатом аммония (с ионами серебра в качестве катализатора) или гипобромитом в щелочном растворе.
- Реакция марганца с оксидом свинца (IV) в кислом растворе
Так называемый щелочной выпад может быть использован для разделения в контексте процесса разделения катионов , в котором марганец окисляется до твердого гидроксида марганца (IV) смесью пероксида водорода и раствора гидроксида натрия, а затем осаждается.
- Реакция марганца с перекисью водорода и раствором гидроксида натрия с образованием гидроксида оксида марганца (IV)
Дальнейшими возможными реакциями обнаружения, которые также можно использовать в качестве предварительного образца , являются жемчужина соли фосфора , которая становится фиолетовой из-за образования ионов марганца (III), и окислительный расплав , в котором зеленый расплав манганата (VI) образуется в результате реакции с нитрат-ионами (MnO 4 2- ), при низком поступлении кислорода также образуется синий манганат (V) (MnO 4 3- ). Если добавить кислоту, образуется пурпурный перманганат.
Марганец можно количественно определить атомно-абсорбционной спектроскопией (при 279,5 нм), фотометрическим определением перманганата с максимумом поглощения при 525 нм или титрованием . Здесь ионы Mn 2+ титруются перманганатом с использованием манганометрического метода Фольхарда -Вольфа с образованием диоксида марганца. Конечную точку можно определить по розовой окраске, вызванной оставшимся перманганатом.
При добавлении реагента формальдоксима к раствору солей марганца (II) образуется комплекс металла от оранжевого до красно-коричневого цвета.
ссылки
Соединения марганца в степенях окисления от −3 до +7 известны. Наиболее стабильными являются двухвалентные, трехвалентные и четырехвалентные соединения марганца, более низкие уровни в основном обнаруживаются в комплексах , более высокие уровни - в соединениях с кислородом .
Кислородные соединения
Марганец образует соединения с кислородом в степенях окисления от +2 до +7, причем на более высоких стадиях +5, +6 и +7 в основном анионные манганаты и оксиды галогенов марганца, а также зеленый, маслянистый, взрывоопасный жидкий оксид марганца (VII). как известно , являются. Преимущественно важны семивалентные фиолетовые перманганаты (MnO 4 - ), при этом перманганат калия, в частности, имеет экономическое значение. Он используется, среди прочего, как сильный окислитель в органических реакциях , реакциях обнаружения в контексте манганометрии и в медицине как вяжущее и дезинфицирующее средство . Пятивалентные синие гипоманганаты (MnO 4 3- ) и шестивалентные зеленые манганаты (MnO 4 2- ) являются более нестабильными и промежуточными продуктами при производстве перманганатов. Существуют также сложные перманганаты, такие как гексаманганато (VII) марганцевая (IV) кислота, (H 3 O) 2 [Mn (MnO 4 ) 6 ] · 11H 2 O, темно- пурпурное соединение , которое стабильно только при низких температурах . Оксид марганца (IV) в основном используется в качестве катодного материала в щелочно-марганцевых батареях . Когда аккумулятор разряжен, образуется гидроксид марганца и гидроксид марганца (II) . Кроме того, двухвалентный оксид марганца (II) , , трехвалентный оксид марганца (III) , и марганец (II, III) оксид также известны.
В качестве гидроксидов марганца известны гидроксид марганца (II), гидроксид оксида марганца (III) и гидроксид оксида марганца (IV) . Белый гидроксид марганца (II), осажденный из солей марганца (II) раствором гидроксида натрия , однако, нестабилен и легко окисляется кислородом воздуха до гидроксида марганца (III, IV). Из-за его легкой окисляемости гидроксид марганца (II) используется для фиксации кислорода в методе Винклера .
Галогенные соединения
С галогенами фтором , хлором , бромом и йодом , двухвалентные соединения , а также марганец (III) , и марганец (IV) , фторид и марганцем , хлорид (III) , которые известны. Соответствующих соединений брома и йода не существует, поскольку ионы Br - и I - восстанавливают Mn (III) до Mn (II). Технически важное Manganhalogenid получают путем реакции из марганца (IV) оксид с соляной кислотой извлекаемого марганца хлорид (II) , в частности, для производства из сухих батарей , коррозионно-стойких и твердых сплавов магния , а также синтеза из антидетонационных агент (метилциклопентадиенил) трикарбонил марганца (MMT) становится.
Больше соединений марганца
Марганец не образует бинарного соединения с водородом , которое стабильно при комнатной температуре , только гидрид марганца (II) может быть представлен в матрице аргона при низких температурах .
Известны многие комплексы марганца, в основном в степени окисления +2. В основном они представлены в виде высокоспиновых комплексов с пятью неспаренными электронами и, соответственно, сильным магнитным моментом . Теория кристаллического поля и поля лигандов не предсказывает здесь какой-либо предпочтительной геометрии . Соответственно, в зависимости от лиганда четырехгранных , октаэдрическая , квадратная -planare или додекаэдрической геометрии Mn 2+ - комплексы известно. Эти комплексы показать ( квантово-механически запрещено ) D-D переходы слабого окрашивания, с октаэдрической Mn 2+ - комплексы обычно слегка розовыми, четырехгранный желто-зеленым цветом. С очень сильными лигандами, такими как цианид, также существуют низкоспиновые комплексы только с одним неспаренным электроном и сильным полевым расщеплением лиганда . Эти комплексы в низших состояниях окисления включают Dimangandecacarbonyl Mn 2 (CO) 10 с состоянием окисления 0 марганца и марганца, марганца одинарной связью. Известны другие подобные комплексы, такие как Mn (NO) 3 CO, с самой низкой известной степенью окисления -3 в марганце.
Мангафодипир - это специфический для печени парамагнитный контрастный агент , одобренный для магнитно-резонансной томографии (МРТ) . Эффект усиления контраста основан на парамагнитных свойствах иона Mn 2+ -, представленного пятью неспаренными электронами . Токсическое действие Mn 2+ ионов подавляется в мангафодипир путем комплексообразования с лигандом dipyridoxyl дифосфат (DPDP или Fodipir). Он превосходит стандартные контрастные вещества для МРТ на основе гадолиния для визуализации печени .
Металлоцен в марганца манганоцен . Это по сравнению с ферроценом на один электрон меньше и, следовательно, вопреки правилу 18 электронов всего 17 электронов. Тем не менее, из-за благоприятной высокоспиновой конфигурации d 5 - Mn + может не восстановиться и находиться в твердом состоянии в предыдущей полимерной структуре.
Категория: Соединения марганца содержит обзор соединений марганца .
литература
- Дэвид Б. Веллбелов, Питер М. Крейвен, Джон У. Водби: марганец и марганцевые сплавы. В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH, Weinheim 2005 ( DOI: 10.1002 / 14356007.a16_077 ).
- А. Ф. Холлеман , Э. Виберг , Н. Виберг : Учебник неорганической химии . 102-е издание. Вальтер де Грюйтер, Берлин 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , стр. 1607-1620.
- Хайнц Кассебаум : Положение Браунштейновских исследований Дж. Х. Потта (1692–1777) в истории марганца. В: Архив Судхоффа. 63, 1979, No. 2, pp. 136-153.
веб ссылки
- Переход к марганцу. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 29 марта 2011 г.
- Минеральный атлас: марганец (Wiki)
Индивидуальные доказательства
- ↑ а б Гарри Х. Биндер: Словарь химических элементов. С. Хирцель Верлаг, Штутгарт 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
- ↑ Значения свойств (информационное окно) взяты с www.webelements.com (марганец) , если не указано иное .
- ↑ Комиссия ИЮПАК по изотопному содержанию и атомным весам: пересмотр стандартных атомных весов 14 химических элементов. В: Chemistry International. 40, 2018, стр 23,. DOI : 10,1515 / CI-2018-0409 .
- ↑ a b c d e Запись о марганце в Крамиде, А., Ральченко, Ю., Ридере, Дж. И NIST ASD Team (2019): База данных атомных спектров NIST (версия 5.7.1) . Издание: НИСТ , Гейтерсбург, Мэриленд. DOI : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ). Проверено 11 июня 2020 года.
- ↑ a b c d e Запись о марганце на WebElements, https://www.webelements.com , по состоянию на 11 июня 2020 г.
- ^ Н. Н. Гринвуд, А. Эрншоу: Химия элементов. 1-е издание. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9 , стр. 1339.
- ↑ Роберт К. Уист (ред.): Справочник CRC по химии и физике . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Бока-Ратон, 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , стр. E-129 - E-145. Значения здесь основаны на г / моль и даны в единицах cgs. Указанное здесь значение - это рассчитанное на его основе значение в системе СИ без единицы измерения.
- ↑ a b c Иминь Чжан, Джулиан Р.Г. Эванс, Шоуфэн Ян: Скорректированные значения точек кипения и энтальпий испарения элементов в справочниках. В: Journal of Chemical & Engineering Data . 56, 2011, стр. 328-337, DOI : 10.1021 / je1011086 .
- ↑ Людвиг Бергманн, Клеменс Шефер, Райнер Кассинг: Учебник экспериментальной физики . Том 6: Твердые тела. 2-е издание. Вальтер де Грюйтер, 2005, ISBN 3-11-017485-5 , стр. 361.
- ↑ б с д е е запись на марганец, порошок в базе вещества GESTIS из в IFA , доступ к 30 апреля 2017 года. (Требуется JavaScript)
- ↑ Швейцарский фонд страхования от несчастных случаев (Сува): предельные значения - текущие значения MAK и BAT (поиск 7439-96-5 или марганец и его неорганические соединения ), по состоянию на 2 ноября 2015 г.
- ↑ Эмили Чалмин, Мишель Меню, Колетт Винно: Анализ наскальной живописи и технологии художников палеолита. В кн . : Измерительная наука и технология . 14, 2003 г., стр. 1590-1597, DOI: 10.1088 / 0957-0233 / 14/9/310 .
- ↑ Э. Чалмин, К. Винно, Х. Саломон, Ф. Фарж, Дж. Сусини, М. Меню: Минералы, обнаруженные в палеолитических черных пигментах с помощью просвечивающей электронной микроскопии и поглощения микрорентгеновских лучей вблизи краевой структуры. В: Applied Physics A . 83, 2006, стр. 213-218, DOI: 10.1007 / s00339-006-3510-7 .
- ^ EV Sayre, RW Смит: Композиционные категории древнего стекла. В кн . : Наука . 133, 1961, стр. 1824-1826, DOI: 10.1126 / science.133.3467.1824 .
- ↑ В. Патрик МакКрей: Производство стекла в Италии эпохи Возрождения: инновации венецианского кристалла. В: JOM - Журнал Общества минералов, металлов и материалов . 50, 1998, стр. 14-19, DOI: 10.1007 / s11837-998-0024-0 .
- ^ Э. Ранке-Мадсен: открытие элемента. В: Центавр . 19, 1975, стр. 299-313, DOI : 10.1111 / j.1600-0498.1975.tb00329.x .
- ^ Юстус фон Либих, Иоганн С. Поггендорф, Фридрих Велер, Герман Кольбе: Краткий словарь чистой и прикладной химии. Том 5, 1851, стр. 594-595 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google)
- ↑ а б в Л. А. Коратерс, Дж. Ф. Мачамер: Марганец. В: Общество горного дела, металлургии и разведки (США): Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование. 7-е издание. SME, 2006, ISBN 0-87335-233-5 , стр. 631-636 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google).
- ^ Уильям Х. Брок: Viewegs Geschichte der Chemie . Vieweg, Брауншвейг 1997, ISBN 3-540-67033-5 , стр.182.
- ↑ Дэвид Р. Лид (Ред.): Справочник CRC по химии и физике . 85-е издание. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2005. Раздел 14, Геофизика, астрономия и акустика; Изобилие элементов в земной коре и в море.
- ↑ https://prd-wret.s3-us-west-2.amazonaws.com/assets/palladium/production/atoms/files/mcs-2019-manga.pdf
- ↑ https://www.manganesexenergycorp.com/wp-content/uploads/2020/09/Battery-Hill.pdf
- ↑ б с д е е г Дэвид Б. Wellbeloved, Питер М. Craven, John W. Waudby: Марганец и марганцевых сплавов. В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH, Weinheim 2005 ( DOI: 10.1002 / 14356007.a16_077 ).
- ^ Р. Эллиотт, К. Коли, С. Мостагель, М. Барати: Обзор обработки марганца для производства сталей TRIP / TWIP, Часть 1: Текущая практика и основы обработки. В: JOM. 70, 2018, стр. 680, DOI : 10.1007 / s11837-018-2769-4 .
- ↑ Селен и теллур. ( Памятка от 13 ноября 2011 г. в Интернет-архиве ) (PDF; 51 kB) В: Ежегодник полезных ископаемых 2010 г. Проверено 29 мая 2013 года.
- ↑ Геологическая служба США: мировая добыча и запасы рудников
- ↑ Дж. С. Каспер, Б. В. Робертс: Антиферромагнитная структура α-марганца и исследование магнитной структуры β-марганца. В: Физическое обозрение . 101, 1956, стр. 537-544, DOI : 10.1103 / PhysRev.101.537 .
- ↑ а б К. Шуберт: Модель кристаллической структуры химических элементов. В: Acta Crystallographica . 1974, B30, стр. 193-204, DOI : 10.1107 / S0567740874002469 .
- ↑ a b Дж. А. Обертойфер, Дж. А. Иберс: Уточнение атомных и тепловых параметров α-марганца из монокристалла. В: Acta Crystallographica . 1970, B26, стр. 1499-1504, DOI: 10.1107 / S0567740870004399 .
- ↑ б С. Б. Shoemaker, DP Shoemaker, TE Хопкинса, С. Yindepit: Уточнение структуры β-марганцевые и связанной фазы в системе Mn-Ni-Si. In: Acta Crystallographica . B34, 1978, стр. 3573-3576, DOI : 10.1107 / S0567740878011620 .
- ↑ a b R. GW Wykhoff: Кристаллические структуры. 1963, 1. С. 7-83.
- ^ Макс Шмидт: VII. Подгруппа . В кн . : Неорганическая химия II . Wissenschaftsverlag, 1968, стр. 100-109.
- ↑ a b c d e запись о марганце. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 29 марта 2011 г.
- ↑ а б в А. Ф. Холлеман , Э. Виберг , Н. Виберг : Учебник неорганической химии . 102-е издание. Вальтер де Грюйтер, Берлин 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , стр. 1608-1609.
- ↑ Г. Ауди, Ф. Г. Кондев, Мэн Ван, В. Дж. Хуанг, С. Наими: Оценка ядерных свойств NUBASE2016. В: китайской физики С. 41, 2017 г., С. 030001, DOI : 10,1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 ( полный текст ).
- ↑ J. Schaefer, T. Faestermann, G. Herzog, K. Knie, G. Korschinek, J. Masarik, A. Meier, M. Poutivtsev, G. Rugel, C. Schlüchter: Наземный марганец-53 - Новый монитор Процессы на земной поверхности. В: Письма по науке о Земле и планетах . 251, 2006, стр. 334-345, DOI : 10.1016 / j.epsl.2006.09.016 .
- ↑ Сигео Шионоя, Уильям М. Йен, Хадзиме Ямамото (Ред.): Справочник по люминофорам. 2-е издание. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2006, ISBN 0-8493-3564-7 , стр. 153ff.
- ↑ Майкл Т. Мэдиган, Джон М. Мартинко, Томас Лазар (переводчик) и Фрейя Томм-Райтц (переводчик): Brock Mikrobiologie . 11-е, обновленное издание. Pearson Studium, 2009, ISBN 978-3-8273-7358-8 , стр. 644.
- ^ Дж. Яно и др.: « Где вода окисляется до кислорода: структура фотосинтетического кластера Mn 4 Ca». В кн . : Наука . 314, 2006, стр. 821-825, DOI: 10.1126 / science.1128186 .
- ↑ Р.Г. Альшер: Роль супероксиддисмутаз (СОД) в контроле окислительного стресса у растений. В кн . : Журнал экспериментальной ботаники . 53, 2002, стр. 1331-1341, DOI: 10.1093 / jexbot / 53.372.1331 .
- ^ A b Нил А. Лоу, М. Тайлер Кодл, Винсент Л. Пекораро: окислительно-восстановительные ферменты марганца и модельные системы: свойства, структуры и реакционная способность. В кн . : Успехи неорганической химии . 46, 1998, стр. 305-440, DOI : 10.1016 / S0898-8838 (08) 60152-X .
- ^ А. Такеда: Действие марганца в функции мозга. В: Обзоры исследований мозга . 41, 2003, стр. 79-87, DOI : 10.1016 / S0165-0173 (02) 00234-5 .
- ↑ Джем Экмекчиоглу, Вольфганг Марктл: Основные микроэлементы: Клиника и медицина питания. Springer, 2006, ISBN 3-211-20859-3 , стр. 148 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google).
- ↑ Аннет Санта Мария, Сандра Сульски: Оценка риска существенного элемента: марганца. В: Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, часть A . 73, 2010, стр. 128-155, DOI : 10.1080 / 15287390903337118 .
- ↑ Дэвид Н. Каплан, Отто Рапалино, Амель Караа, Рэйчел П. Розовски и др.: Случай 35-2020: 59-летняя женщина с сахарным диабетом 1 типа и обтузнением , Медицинский журнал Новой Англии 2020, Том 383, Выпуск 20 от 12 ноября 2020 г., страницы 1974–1983, DOI: 10.1056 / NEJMcpc2002412
- ↑ Проспект на BK № 1105, уведомление BMA v. 19 мая 1964 г., BArbBl Specialist Part Security and Health 1964, 128f.
- ↑ J. Strähle, E. Schweda: Jander · Blasius - Введение в практический курс по неорганической химии. 14-е издание. С. Хирцель Верлаг, Штутгарт, 1995 г., ISBN 3-7776-0672-3 , стр. 186-192.
- ↑ J. Strähle, E. Schweda: Jander · Blasius - Введение в практический курс по неорганической химии. 14-е издание. С. Хирцель Верлаг, Штутгарт, 1995 г., ISBN 3-7776-0672-3 , стр. 460.
- ↑ J. Strähle, E. Schweda: Jander · Blasius - Введение в практический курс по неорганической химии. 14-е издание. С. Хирцель Верлаг, Штутгарт, 1995, ISBN 3-7776-0672-3 , стр. 378-379.
- ^ OG Koch: Аналитическая химия марганца. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-69853-8 , стр. 95 и далее.
- ↑ Бернт Кребс, Клаус-Дитер Хассе: Гексаманганатная (VII) марганцевая (IV) кислота: «псевдопермангановая кислота» . В: Angewandte Chemie . Лента 86 , нет. 17 , 1974, стр. 647-648 , DOI : 10.1002 / anie.19740861708 .
- ↑ Генрих Реми : Учебник неорганической химии. Том II, Academic Publishing Company Geest & Portig, Leipzig 1961, pp. 255-258.
- ↑ Эрвин Ридель , Кристоф Джаниак : Неорганическая химия . Вальтер де Грюйтер, 2011, ISBN 978-3-11-022566-2 , стр. 831 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг).
- ↑ Арно Х. Рейдис: Соединения марганца. В: Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Wiley-VCH, Weinheim 2005 ( DOI: 10.1002 / 14356007.a16_123 ).
- ^ MF Bellin: МРТ контрастные вещества, старые и новые. В: Европейский журнал радиологии, том 60, номер 3, декабрь 2006 г., стр. 314-323, DOI : 10.1016 / j.ejrad.2006.06.021 . PMID 17005349 .
- ↑ Кристоф Эльшенбройх: Металлоорганическая химия . 6-е издание. Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8 , стр. 460-468.