Манган

Манган
Манган – сребрист с метален блясък Сребрист с метален блясък
Спектрални линии на манган Спектрални линии
Хром ← Манган → Желязо – ↑ Mn ↓ Tc H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z	Манган, Mn, 25
Група, период, блок	7, 4, d
Химическа серия	преходен метал
Електронна конфигурация	[Ar] 3d5 4s2
e- на енергийно ниво	2, 8, 13, 2
CAS номер	7439-96-5
Свойства на атома
Атомна маса	54,938045 u
Ковалентен радиус	1: 139±5 pm 2: 161±8 pm
Степен на окисление	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −2, −3
Оксид	Mn2O7 (киселинен) MnO2 (амфотерен) MnO (основен)
Електроотрицателност (Скала на Полинг)	1,55
Йонизационна енергия	I: 717,3 kJ/mol II: 150 kJ/mol III: 3248 kJ/mol IV: 4940 kJ/mol (още)
Физични свойства
Агрегатно състояние	твърдо вещество
Кристална структура	кубична обемноцентрирана
Плътност	7210 kg/m3
Температура на топене	1519 K (1246 °C)
Температура на кипене	2334 K (2061 °C)
Специф. топлина на топене	12,91 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	221 kJ/mol
Налягане на парата P (Pa) 1 10 102 103 104 105 T (K) 1228 1347 1493 1691 1955 2333
Скорост на звука	5150 m/s при 20 °C
Специф. ел. съпротивление	1,44 Ω.mm2/m
Топлопроводимост	7,81 W/(m·K)
Магнетизъм	парамагнитен
Модул на еластичност	198 GPa
Модул на свиваемост	120 GPa
Твърдост по Моос	6
Твърдост по Бринел	196 MPa
История
Откритие	Карл Вилхелм Шееле (1774 г.)
Изолиране	Йохан Готлиб Ган (1774 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР 52Mn синт. 5,6 дни ε 52Cr β+ 52Cr γ − 53Mn радио 3,74×106 г. ε 53Cr 54Mn синт. 312 дни ε 54Cr γ − 55Mn 100 % стабилен
Манган в Общомедия

Манганът заема 25 място в менделеевата таблица, преходен метал. Атомната му маса е 54,9380. Намира се в VII Б (7) група. Открит е от шведския химик Карл Вилхелм Шееле. В чист вид е получен от шведския химик Юхан Готлиб Ган през 1774 г. при редукция на манганов диоксид с въглерод. Разтворим при широки граници на pH. Всички манганови съединения, особено на Mn(II), са силно отровни. Причинява различни заболявания – отслабване на зрението, слуха, треперене на крайниците, смърт. Манганът е тежкият метал, който най-трудно се премахва от замърсени води. Утаява се при химична неутрализация. Има микроорганизми, хемолитотрофни бактерии, които при pH около неутралното, окисляват 3 валентния манган до 4 валентен, чрез прекисен механизъм – генерират токсичните съединения.

При микробно дисимилативната сулфат-редукция част от мангана се утаява като магнезиев сулфид чрез сярна киселина. При високи концентрации на сярна киселина манганът се утаява по-трудно. Сорбцията е ефикасния механизъм за задържане на манган. При зимни условия растежът на микроорганизми е инхибирен, сорбцията чрез първата биомаса е ефикасен механизъм за отстраняване на разтворен манган от замърсени руди. Манганът е основен микроелемент в храната.

Просто вещество

Манганът е сребристосив метал, твърд и високо топим. По външен вид прилича на желязото, но е по-твърд, не е така ковък и е по-ниско топим. В зависимост от температурата съществува в 4 кристални модификации: α-Mn под 720 °C, β-Mn 740 °C – 1060 °C, γ-Mn 1060 °C – 1140 °C, δ-Mn над 1140 °C.

Разпространение, получаване и употреба

Кристална друза от родохрозит (червен) и манганит (черен)

Манганът е между добре разпространените елементи, като съставя 0.09 масови (0.032 молни) процента от земната кора. Най-голямо практическо значение имат минералите пиролузит (MnO₂), хаусманит (Mn₃O₄) и родохрозит(MnCO₃).

Чист манган се получава при редукция на оксидите с въглерод, алуминий или силиций:

3Mn₃O₄ + 8Al → 9Mn + 4Al₂O₃; ΔH₂₉₈ = -2519 kJ

За нуждите на черната металургия е удобно да се получава направо сплавта фероманган (60 – 90 % Mn и 40 – 10 % Fe), като във високи пещи се редуцира смес от MnO₂ и Fe₂O₃. Манганът, прибавен към желязото повишава неговата твърдост и устойчивост на корозия. Сплав от 83 % Cu, 13 % Mn и 4 % Ni, наречена манганин, има високо електросъпротивление, което слабо се променя с повишаване на температурата и се използва в електротехниката за направа на реостати и др.

Химични свойства

В създаване на химични връзки могат да участват всички 4s и 3d електрони, за това са възможни всички степени на окисление от 0 до VII, но характерни са II, IV, VI и VII. Най-стабилни са съединенията на Mn(II), а тези с по-висока степен на окисление са силни окислители. Всички манганови съединения са интензивно оцветени, с изключение на Mn²⁺ съединенията, които са бледо розови.

Електродни потенциали при мангана в кисела среда

Окислена форма	Редуцирана форма	E°, [V]
MnO4-	MnO42-	+0,56
MnO4-	MnO2	+1,69
MnO4-	Mn2+	+1,32
MnO42-	MnO2	+2,26
MnO2	Mn3+	+0,95
MnO2	Mn2+	+1,29
Mn3+	Mn2+	+1,51
Mn2+	Mn	-1,185

На въздух се покрива с оксидна корица, която лесно се разрушава при нагряване. Реагира лесно с кислород и сяра, като се получават смесени оксиди и сулфиди. Реагира бурно (гори) с флуор и хлор до MnF₂ и MnCl₂ съответно. При висока температура (1200 °C) реагира с азота до Mn₃N₂ и въглерода до Mn₃C. Не са познати хидриди. В реда на относителна активност, манганът е преди водорода (E°_M²⁺/M = -1,185V) и реагира с разредени киселини, като дава соли на Mn²⁺

Mn + 2HCl → MnCl₂ + H₂

На студено конц. HNO₃ го пасивира.

Във воден разтвор Mn²⁺ е под формата на аквакомплекса [Mn(H₂O)₆]²⁺, при който оцветяването се дължи на малко вяроятен d-d преход. Поради това, съединенията на Mn(II) слабо абсорбират светлината и имат бледо оцветяване.

Оксиди и хидроксиди

Степен на окисление	Оксид	Хидроксид
+2	MnO	Mn(OH)2
смесен	Mn3O4	*
+3	Mn2O3	MnO(OH)
+4	MnO2	Mn(OH)4 или H2MnO3
+7	Mn2O7	HMnO4

Мангановият оксид е сиво-зелен, с нестехиометричен състав MnO_1.00 до MnO_1.05. Получава се при редукция на MnO₂ с водород или при термична дисоциация на манганов карбонат. Има основни отнасяния, разтваря се в киселини и дава съответните соли на Mn(II)

MnO + 2H₃O⁺ + 3H₂O → [Mn(H₂O)₆]²⁺

Не се разтваря във вода, а хидроксидът се получава при утаяване на Mn²⁺ в алкална среда:

Mn(NO₃)₂ + 2NaOH → Mn(OH)₂↓ + 2NaNO₃

Мангановият хидроксид е бяла, неразтворима във вода утайка (pK_s=17,4), която постепенно потъмнява от въздуха:

Mn(OH)₂ + 1/2O₂ → 2MnO(OH) + H₂O

2MnO(OH) + 1/2O₂ + 3H₂O → 2Mn(OH)₄

Проявява предимно основни свойства, реагира с киселини и дава соли на Mn(II), но при нагряване до висока температура реагира и с основи:

Mn(OH)₂ + 4OH^- → [Mn(OH)₆]^4-

Халогениди и оксохалогениди

Степен на окисление	Флуорид	Хлорид	Бромид	Йодид
+2	MnF2, бледо розов	MnCl2, розов	MnBr2, розов	MnI2, розов
+3	MnF3, червеновиолетов	-	-	-
+4	MnF4, син	MnCl4	-	-

Халогенидите на Mn(II) са твърди, кристални вещества с йонна структура, много разтворими във вода, с изключение на MnF₂, който е по-слабо разтворим. Получават се при реакция на манган, манганов диоксид или карбонат със съответната халогеноводородна киселина:

MnCO₃ + 2HX → MnX₂ + CO₂ + H₂O; (X = F, Cl, Br, I)

Кристализират като кристалохидрати с 2 или 4 молекули вода – MnCl₂.2H₂O или MnCl₂.4H₂O.

При реакция с алкални халогениди се получават комплекси, с коорединационно число 4 или 6:

MnCl₂ + 2KCl → K₂[MnCl₄] и

MnF₂ + 4KF → K₄[MnF₆]

В трета степен на окисление е получен само мангановият трифлуорид (MnF₃), чрез флуориране на Mn(II) халогениди. Има структура на деформиран октаедър, разлага се при 600 °C:

2MnF₃ → 2MnF₂ + F₂

За Mn(IV) са известни MnF₄ и MnCl₄, получават се при реакция на манган със съответния халогенид.

Халогениди в по-високите степени на окисление не са получени.

От оксохалогенидите на мангана са получени MnOCl₃, MnO₂Cl₂, MnO₃F и MnO₃Cl. Те са нестабилни течности, със зелен до кафяв цвят. Във вода хидролизират до съответните осокиселини:

MnO₃F + H₂O → HMnO₄ + HF

Соли

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Токсични свойства

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Манганът и неговите съединения са токсични.