Մանգան (քիմիական տարր). հատկություններ, կիրառություն, նշանակում, օքսիդացման վիճակ, հետաքրքիր փաստեր

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Մետաղագործության համար կարևորագույն մետաղներից մեկը մանգանն է: Բացի այդ, դա ընդհանրապես բավականին անսովոր տարր է, որի հետ կապված են հետաքրքիր փաստեր։ Կարևոր է կենդանի օրգանիզմների համար, որոնք անհրաժեշտ են բազմաթիվ համաձուլվածքների, քիմիական նյութերի արտադրության մեջ։ Մանգանը քիմիական տարր է, որի լուսանկարը կարելի է տեսնել ստորև։ Հենց դրա հատկություններն ու առանձնահատկությունները մենք կքննարկենք այս հոդվածում:

Քիմիական տարրի բնութագիրը

Եթե խոսենք մանգանի մասին՝ որպես պարբերական համակարգի տարր, ապա առաջին հերթին պետք է բնութագրել նրա դիրքը դրանում։

1. Գտնվում է չորրորդ խոշոր շրջանում՝ յոթերորդ խումբ, երկրորդական ենթախումբ։
2. Հերթական թիվ - 25. Մանգանը քիմիական տարր է, որի ատոմների միջուկների լիցքը +25 է։ Էլեկտրոնների թիվը նույնն է, նեյտրոնները՝ 30։
3. Ատոմային զանգվածի արժեքը 54, 938 է։
4. Մանգան քիմիական տարրի անվանումը - Mn.
5. Լատինական անուն՝ մանգան։

Գտնվում է քրոմի և երկաթի միջև, ինչը բացատրում է նրանց նմանությունը ֆիզիկական և քիմիական բնութագրերով:

Մանգան - քիմիական տարր՝ անցումային մետաղ

Եթե դիտարկենք կրճատված ատոմի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան, ապա դրա բանաձևը կունենա հետևյալ տեսքը՝ 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. Ակնհայտ է դառնում, որ մեր դիտարկվող տարրը d-ընտանիքի անցումային մետաղ է։ 3d ենթամակարդակի հինգ էլեկտրոնները ցույց են տալիս ատոմի կայունությունը, որն արտահայտվում է նրա քիմիական հատկություններով։

Որպես մետաղ՝ մանգանը վերականգնող նյութ է, սակայն նրա միացությունների մեծ մասն ունակ է դրսևորել բավականին ուժեղ օքսիդացնող ունակություններ: Դա պայմանավորված է այս տարրի տարբեր օքսիդացման վիճակներով և վալենտներով: Սա այս ընտանիքի բոլոր մետաղների յուրահատկությունն է։

Այսպիսով, մանգանը քիմիական տարր է, որը գտնվում է այլ ատոմների մեջ և ունի իր հատուկ առանձնահատկությունները: Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք, թե որոնք են այս հատկությունները:

Մանգանը քիմիական տարր է։ Օքսիդացման վիճակ

Մենք արդեն տվել ենք ատոմի էլեկտրոնային բանաձեւը։ Ըստ նրա՝ այս տարրը կարող է դրսևորել մի քանի դրական օքսիդացման վիճակներ։ Սա է՝

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

Ատոմի վալենտությունը IV է: Առավել կայուն են այն միացությունները, որոնցում մանգանն ունի +2, +4, +6 արժեքներ: Օքսիդացման ամենաբարձր աստիճանը թույլ է տալիս միացություններին հանդես գալ որպես ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութեր: Օրինակ՝ KMnO₄, Mn₂O₇.

+2 պարունակող միացությունները վերականգնող նյութեր են, մանգանի (II) հիդրօքսիդն ունի ամֆոտերային հատկություն՝ հիմնայինների գերակշռությամբ։ Օքսիդացման միջանկյալ վիճակները ձևավորում են ամֆոտերային միացություններ։

Հայտնաբերման պատմություն

Մանգանը քիմիական տարր է, որը հայտնաբերվել է ոչ թե անմիջապես, այլ աստիճանաբար և տարբեր գիտնականների կողմից։ Սակայն դրա միացությունները մարդիկ օգտագործել են հին ժամանակներից։ Մանգանի (IV) օքսիդն օգտագործվել է ապակու ձուլման համար։ Իտալացիներից մեկը նշեց այն փաստը, որ ակնոցների քիմիական արտադրության մեջ այս միացության ավելացումը նրանց գույնը դարձնում է մանուշակագույն: Դրա հետ մեկտեղ նույն նյութը օգնում է վերացնել գունավոր ակնոցների մշուշը։

Ավելի ուշ Ավստրիայում գիտնական Կաիմին հաջողվեց մետաղական մանգանի կտոր ստանալ՝ պիրոլիզիտը (մանգանի (IV) օքսիդ), պոտաշը և ածուխը բարձր ջերմաստիճանի ենթարկելով: Սակայն այս նմուշն ուներ բազմաթիվ կեղտեր, որոնք նա չկարողացավ վերացնել, ուստի բացահայտումը տեղի չունեցավ։

Նույնիսկ ավելի ուշ, մեկ այլ գիտնական նույնպես սինթեզեց մի խառնուրդ, որի զգալի մասը մաքուր մետաղ էր: Դա Բերգմանն էր, ով նախկինում հայտնաբերել էր նիկել տարրը։ Սակայն նրան վիճակված չէր ավարտել գործը։

Մանգանը քիմիական տարր է, որն առաջին անգամ պարզ նյութի տեսքով ստացել և մեկուսացրել է Կարլ Շելեն 1774 թվականին։ Սակայն նա դա արեց Ի. Գանի հետ միասին, ով ավարտեց մետաղի մի կտոր հալեցնելու գործընթացը։ Բայց նույնիսկ նրանք չկարողացան ամբողջությամբ ազատել այն կեղտից և ստանալ 100% արտադրանքի եկամտաբերություն:

Այնուամենայնիվ, այս անգամ դարձել էայս ատոմի հայտնաբերումը: Նույն գիտնականները փորձել են հայտնագործողների անունը տալ: Նրանք ընտրել են մանգան տերմինը։ Սակայն մագնեզիումի հայտնաբերումից հետո սկսվեց շփոթություն, և մանգանի անունը փոխվեց ժամանակակիցի (Հ. Դավիթ, 1908):

Քանի որ մանգանը քիմիական տարր է, որի հատկությունները շատ արժեքավոր են մետալուրգիական շատ գործընթացների համար, ժամանակի ընթացքում անհրաժեշտություն առաջացավ գտնել այն ամենամաքուր ձևով ստանալու համար: Այս խնդիրը լուծվել է ողջ աշխարհի գիտնականների կողմից, սակայն հաջողվել է լուծել միայն 1919 թվականին խորհրդային քիմիկոս Ռ. Ագլաձեի աշխատանքի շնորհիվ։ Հենց նա գտավ մի մեթոդ, որով էլեկտրոլիզով հնարավոր է 99,98% նյութի պարունակությամբ մաքուր մետաղ ստանալ մանգանի սուլֆատներից և քլորիդներից։ Այժմ այս մեթոդը կիրառվում է ամբողջ աշխարհում։

Լինելով բնության մեջ

Մանգանը քիմիական տարր է, որի պարզ նյութի լուսանկարը կարելի է տեսնել ստորև։ Բնության մեջ կան այս ատոմի բազմաթիվ իզոտոպներ, որոնցում նեյտրոնների թիվը մեծապես տարբերվում է։ Այսպիսով, զանգվածային թվերը տատանվում են 44-ից մինչև 69-ը: Այնուամենայնիվ, միակ կայուն իզոտոպը ⁵⁵Mn արժեք ունեցող տարրն է, մնացած բոլորը կամ աննշանորեն կարճ կիսամյակ ունեն, կամ գոյություն ունեն: չափազանց փոքր քանակությամբ։

Քանի որ մանգանը քիմիական տարր է, որի օքսիդացման աստիճանը շատ տարբեր է, այն նաև կազմում է բազմաթիվ միացություններ բնության մեջ: Իր մաքուր տեսքով այս տարրն ընդհանրապես չի առաջանում: Հանքանյութերում և հանքաքարերում նրա մշտական հարևանը երկաթն է։Ընդհանուր առմամբ, կարելի է առանձնացնել մի քանի կարևորագույն ժայռեր, որոնք ներառում են մանգան:

1. Պիրոլուզիտ. Բաղադրյալ բանաձև՝ MnO₂nH₂O.
2. Psilomelane, MnO2mMnOnH2O մոլեկուլ։
3. մանգանիտ, բանաձեւ MnOOH.
4. Բրաունիտը ավելի հազվադեպ է, քան մնացածը: Բանաձև Mn₂O₃.
5. Գաուսմանիտ, բանաձեւ MnMn₂O_4.
6. Ռոդոնիտ Mn₂(SiO₃)₂.
7. Մանգանի կարբոնատային հանքաքարեր.
8. Ազնվամորու սպար կամ ռոդոքրոզիտ - MnCO₃.
9. Պուրպուրիտ - Mn₃PO₄.

Բացի այդ, դուք կարող եք նշել ևս մի քանի հանքանյութեր, որոնք ներառում են նաև խնդրո առարկա տարրը: Սա է՝

• կալցիտ;
• siderite;
• կավե հանքանյութեր;
• քաղկեդոնի;
• օպալ;
• ավազ-տիղմային միացություններ.

Բացի ապարներից և նստվածքային ապարներից, օգտակար հանածոներից, մանգանը քիմիական տարր է, որը մտնում է հետևյալ օբյեկտների մեջ.

1. Բուսական օրգանիզմներ. Այս տարրի ամենամեծ կուտակիչներն են՝ ջրային շագանակը, բադը, դիատոմները։
2. Ժանգի սունկ.
3. Բակտերիաների որոշ տեսակներ.
4. Հետևյալ կենդանիներ՝ կարմիր մրջյուններ, խեցգետնակերպեր, փափկամարմիններ։
5. Մարդիկ. օրական պահանջը մոտավորապես 3-5 մգ է։
6. Օվկիանոսների ջրերը պարունակում են այս տարրի 0,3%-ը։
7. Երկրակեղևի ընդհանուր պարունակությունը՝ 0,1% զանգվածով։

Ընդհանուր առմամբ, այն մեր մոլորակի ամենառատ տարրից 14-րդն է: Ծանր մետաղներից հետո այն երկրորդն էերկաթ.

Ֆիզիկական հատկություններ

Մանգանի հատկությունների տեսանկյունից, որպես պարզ նյութ, նրա համար կարելի է առանձնացնել մի քանի հիմնական ֆիզիկական բնութագրեր։

1. Պարզ նյութի տեսքով բավականին պինդ մետաղ է (Մոհսի սանդղակով ցուցանիշը 4 է)։ Գույնը՝ արծաթագույն-սպիտակ, օդում պատված է պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթով, կտրվածքում՝ փայլուն։
2. Հալման կետը 1246⁰C.
3. Եռալ - 2061⁰C.
4. Հաղորդավարի հատկությունները լավ են, այն պարամագնիսական է:
5. Մետաղների խտությունը 7,44 գ/սմ է³.
6. Գոյություն ունի չորս պոլիմորֆ ձևափոխումների (α, β, γ, σ) տեսքով, որոնք տարբերվում են բյուրեղային ցանցի կառուցվածքով և ձևով և ատոմների փաթեթավորման խտությամբ։ Նրանց հալման ջերմաստիճանը նույնպես տարբեր է։

Մետաղագործության մեջ օգտագործվող մանգանի երեք հիմնական ձև կա՝ β, γ, σ. Ալֆան ավելի հազվադեպ է, քանի որ այն չափազանց փխրուն է իր հատկություններով:

Քիմիական հատկություններ

Քիմիայի տեսանկյունից մանգանը քիմիական տարր է, որի իոնային լիցքը մեծապես տատանվում է +2-ից մինչև +7: Սա իր հետքն է թողնում նրա գործունեության վրա։ Օդում ազատ վիճակում մանգանը շատ թույլ է արձագանքում ջրի հետ և լուծվում է նոսր թթուներում։ Այնուամենայնիվ, հենց ջերմաստիճանը բարձրանում է, մետաղի ակտիվությունը կտրուկ աճում է։

Այսպիսով, նա կարողանում է շփվել.

հետ

• ազոտ;
• ածխածին;
• հալոգեններ;
• սիլիկոն;
• ֆոսֆոր;
• ծծումբ և այլ ոչ մետաղներ.

Առանց օդի տաքացնելիս մետաղը հեշտությամբ անցնում է գոլորշու վիճակի։ Կախված մանգանի օքսիդացման վիճակից, նրա միացությունները կարող են լինել և՛ վերականգնող, և՛ օքսիդացնող նյութեր: Ոմանք ցուցաբերում են ամֆոտերային հատկություններ: Այսպիսով, հիմնականները բնորոշ են այն միացություններին, որոնցում այն +2 է։ Ամֆոտերային - +4, իսկ թթվային և ուժեղ օքսիդացնող ամենաբարձր արժեքով +7։

Չնայած այն հանգամանքին, որ մանգանը անցումային մետաղ է, նրա համար բարդ միացությունները քիչ են։ Դա պայմանավորված է ատոմի կայուն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիայից, քանի որ նրա 3d ենթամակարդակը պարունակում է 5 էլեկտրոն:

Ստացման եղանակներ

Արդյունաբերության մեջ մանգանի (քիմիական տարր) ստացման երեք հիմնական եղանակ կա. Քանի որ անունը կարդացվում է լատիներեն, մենք արդեն նշանակել ենք՝ մանգան: Եթե թարգմանեք ռուսերեն, ապա կլինի «այո, իսկապես պարզաբանում եմ, գունաթափում եմ»։ Մանգանն իր անունը պարտական է հնագույն ժամանակներից հայտնի արտահայտված հատկություններին:

Սակայն, չնայած համբավին, նրանց հաջողվեց օգտագործել այն մաքուր տեսքով միայն 1919 թվականին։ Դա արվում է հետևյալ մեթոդներով։

1. Էլեկտրոլիզ, արտադրանքի եկամտաբերությունը 99,98% է: Այս կերպ մանգան ստանում են քիմիական արդյունաբերության մեջ։
2. Սիլիկոջերմային կամ սիլիցիումի նվազեցում: Այս մեթոդով սիլիցիումի և մանգանի (IV) օքսիդը միաձուլվում են, ինչի արդյունքում առաջանում է մաքուր մետաղ: Եկամտաբերությունը կազմում է մոտ 68%, քանի որ կողմնակի ազդեցություն է մանգանի համադրությունը սիլիցիումի հետ սիլիցիդի ձևավորման համար: Այնմեթոդը կիրառվում է մետալուրգիական արդյունաբերության մեջ։
3. Ալյումինոթերմիկ մեթոդ՝ վերականգնում ալյումինով։ Նաև չի տալիս արտադրանքի չափազանց բարձր բերքատվություն, մանգանը ձևավորվում է աղտոտված կեղտերով:

Այս մետաղի արտադրությունը կարևոր է մետալուրգիայում իրականացվող բազմաթիվ գործընթացների համար։ Նույնիսկ մանգանի փոքր հավելումը կարող է մեծապես ազդել համաձուլվածքների հատկությունների վրա: Ապացուցված է, որ դրա մեջ լուծվում են բազմաթիվ մետաղներ՝ լցնելով նրա բյուրեղյա ցանցը։

Այս տարրի արդյունահանման և արտադրության առումով Ռուսաստանը աշխարհում առաջին տեղն է զբաղեցնում։ Այս գործընթացն իրականացվում է նաև այնպիսի երկրներում, ինչպիսիք են՝

• Չինաստան.
• Հարավային Աֆրիկա.
• Ղազախստան.
• Վրաստան.
• Ուկրաինա.

Արդյունաբերական օգտագործում

Մանգանը քիմիական տարր է, որի օգտագործումը կարևոր է ոչ միայն մետաղագործության մեջ։ այլ նաև այլ ոլորտներում: Բացի մետաղից իր մաքուր ձևով, մեծ նշանակություն ունեն նաև այս ատոմի տարբեր միացությունները։ Նշանակենք գլխավորները։

1. Կան համաձուլվածքների մի քանի տեսակներ, որոնք մանգանի շնորհիվ ունեն յուրահատուկ հատկություններ։ Այսպես, օրինակ, Hadfield պողպատն այնքան ամուր է և մաշվածության դիմացկուն, որ այն օգտագործվում է էքսկավատորների, քարի մշակման մեքենաների, ջարդիչի, գնդային աղացների և զրահապատ մասերի մասերի ձուլման համար։
2. Մանգանի երկօքսիդը էլեկտրապատման պարտադիր օքսիդացնող տարր է, այն օգտագործվում է ապաբևեռացնողներ ստեղծելու համար։
3. Մանգանի միացություններն անհրաժեշտ են օրգանականտարբեր նյութերի սինթեզներ.
4. Կալիումի պերմանգանատը (կամ կալիումի պերմանգանատը) օգտագործվում է բժշկության մեջ որպես ուժեղ ախտահանիչ։
5. Այս տարրը բրոնզի, արույրի մի մասն է, պղնձի հետ կազմում է իր սեփական համաձուլվածքը, որն օգտագործվում է ինքնաթիռի տուրբինների, շեղբերների և այլ մասերի պատրաստման համար։

Կենսաբանական դեր

Մարդու համար մանգանի օրական պահանջը 3-5 մգ է։ Այս տարրի պակասը հանգեցնում է նյարդային համակարգի դեպրեսիայի, քնի խանգարման և անհանգստության, գլխապտույտի։ Նրա դերը դեռ ամբողջությամբ ուսումնասիրված չէ, բայց պարզ է, որ առաջին հերթին այն իր ազդեցությունն ունի՝

• աճ;
• գոնադների ակտիվություն;
• հորմոնային աշխատանք;
• արյան գոյացում.

Այս տարրը առկա է բոլոր բույսերի, կենդանիների, մարդկանց մոտ, ինչը ապացուցում է նրա կարևոր կենսաբանական դերը։

Հետաքրքիր ապրանքի մանրամասներ

Մանգանը քիմիական տարր է, որի մասին հետաքրքիր փաստերը կարող են տպավորել ցանկացած մարդու, ինչպես նաև հասկացնել, թե որքան կարևոր է այն։ Ահա դրանցից ամենահիմնականները, որոնք իրենց հետքն են գտել այս մետաղի պատմության մեջ։

1. ԽՍՀՄ քաղաքացիական պատերազմի դժվարին ժամանակներում առաջին արտահանվող ապրանքներից էր մեծ քանակությամբ մանգան պարունակող հանքաքարը։
2. Եթե մանգանի երկօքսիդը միաձուլվի կալիումի հիդրօքսիդի և սելիտրայի հետ, իսկ հետո արտադրանքը լուծվի ջրի մեջ, կսկսվեն զարմանալի փոխակերպումներ։ Լուծումը սկզբում կդառնա կանաչ, այնուհետև գույնը կփոխվի կապույտ:հետո - մանուշակագույն: Վերջապես այն կդառնա բոսորագույն և աստիճանաբար դուրս կգա շագանակագույն նստվածք։ Եթե խառնուրդը թափահարվի, ապա կանաչ գույնը նորից կվերականգնվի, և ամեն ինչ նորից կկրկնվի։ Հենց դրա համար է կալիումի պերմանգանատը ստացել իր անվանումը, որը թարգմանվում է որպես «հանքային քամելեոն»:
3. Եթե գետնին կիրառվեն մանգան պարունակող պարարտանյութեր, ապա բույսերի արտադրողականությունը կբարձրանա, իսկ ֆոտոսինթեզի արագությունը կբարձրանա։ Ձմեռային ցորենն ավելի լավ ձավար կձևավորի։
4. Մանգանի հանքային ռոդոնիտի ամենամեծ բլոկը կշռել է 47 տոննա և հայտնաբերվել է Ուրալում:
5. Կա եռակի համաձուլվածք, որը կոչվում է մանգանին: Այն բաղկացած է այնպիսի տարրերից, ինչպիսիք են պղինձը, մանգանը և նիկելը: Դրա յուրահատկությունը կայանում է նրանում, որ այն ունի բարձր էլեկտրական դիմադրություն, որը անկախ է ջերմաստիճանից, բայց ազդում է ճնշումից։

Իհարկե, սա այն ամենը չէ, ինչ կարելի է ասել այս մետաղի մասին: Մանգանը քիմիական տարր է, որի մասին հետաքրքիր փաստերը բավականին բազմազան են։ Հատկապես եթե խոսենք այն հատկությունների մասին, որոնք նա տալիս է տարբեր համաձուլվածքներին։