Mangan (nguyên tố hóa học): tính chất, ứng dụng, tên gọi, trạng thái oxy hóa, sự thật thú vị

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 05:46

Một trong những kim loại quan trọng nhất để luyện kim là mangan. Ngoài ra, nó thường là một yếu tố khá bất thường liên quan đến các sự kiện thú vị. Quan trọng đối với cơ thể sống, cần thiết trong sản xuất nhiều hợp kim, hóa chất. Mangan là một nguyên tố hóa học, bạn có thể xem ảnh của nó bên dưới. Đó là các thuộc tính và đặc điểm của nó mà chúng ta sẽ xem xét trong bài viết này.

Đặc trưng của nguyên tố hóa học

Nếu chúng ta nói về mangan như một nguyên tố của hệ thống tuần hoàn, thì trước hết chúng ta nên xác định vị trí của nó trong đó.

1. Nằm ở thời kỳ chính thứ tư, nhóm thứ bảy, phân nhóm phụ.
2. Số thứ tự - 25. Mangan là một nguyên tố hóa học, điện tích hạt nhân của các nguyên tử là +25. Số lượng các electron là như nhau, neutron - 30.
3. Giá trị của khối lượng nguyên tử là 54, 938.
4. Ký hiệu của nguyên tố hóa học mangan - Mn.
5. Tên Latinh - mangan.

Nằm giữa crom và sắt, điều này giải thích sự tương đồng của nó với chúng về các đặc điểm vật lý và hóa học.

Mangan - nguyên tố hóa học: kim loại chuyển tiếp

Nếu chúng ta xem xét cấu hình điện tử của một nguyên tử bị khử, thì công thức của nó sẽ giống như sau: 1s²2s²2p 6^3s2^3p6^4s2^3d5. Rõ ràng là nguyên tố chúng ta đang xem xét là một kim loại chuyển tiếp từ họ d. Năm điện tử trên phân tầng 3d cho biết độ ổn định của nguyên tử, được thể hiện trong các tính chất hóa học của nó.

Là một kim loại, mangan là một chất khử, nhưng hầu hết các hợp chất của nó có khả năng thể hiện khả năng oxy hóa khá mạnh. Điều này là do các trạng thái oxy hóa và hóa trị khác nhau mà nguyên tố này có. Đây là điểm đặc biệt của tất cả các kim loại thuộc họ này.

Như vậy, mangan là một nguyên tố hóa học nằm giữa các nguyên tử khác và có những đặc điểm đặc biệt riêng. Hãy xem xét chi tiết hơn những thuộc tính này.

Mangan là một nguyên tố hóa học. Trạng thái oxy hóa

Chúng ta đã đưa ra công thức điện tử của nguyên tử. Theo bà, nguyên tố này có thể thể hiện một số trạng thái oxy hóa dương. Đây là:

• 0;
• + 2;
• + 3;
• + 4;
• + 6;
• + 7.

Hóa trị của nguyên tử là IV. Ổn định nhất là những hợp chất trong đó mangan có các giá trị +2, +4, +6. Mức độ oxy hóa cao nhất cho phép các hợp chất hoạt động như chất oxy hóa mạnh nhất. Ví dụ: KMnO₄, Mn₂O₇.

Hợp chất có +2 là chất khử, mangan (II) hiđroxit có tính chất lưỡng tính, tính bazơ chiếm ưu thế. Các trạng thái oxy hóa trung gian tạo thành các hợp chất lưỡng tính.

Lịch sử khám phá

Mangan là một nguyên tố hóa học không được phát hiện ra ngay lập tức mà được các nhà khoa học phát hiện dần dần và khác nhau. Tuy nhiên, các hợp chất của nó đã được con người sử dụng từ thời cổ đại. Mangan (IV) oxit được sử dụng để nấu chảy thủy tinh. Một người Ý đã nói một thực tế rằng việc bổ sung hợp chất này trong quá trình sản xuất hóa chất của thủy tinh sẽ khiến màu của chúng có màu tím. Cùng với đó, cùng một chất giúp loại bỏ sương mù trong kính màu.

Sau đó ở Áo, nhà khoa học Kaim đã tìm cách thu được một mảnh mangan kim loại bằng cách cho pyrolysite (mangan (IV) oxit), bồ tạt và than đá vào nhiệt độ cao. Tuy nhiên, mẫu này có nhiều tạp chất, mà anh ấy không thể loại bỏ, vì vậy việc khám phá đã không diễn ra.

Thậm chí sau này, một nhà khoa học khác cũng đã tổng hợp được một hỗn hợp trong đó một tỷ lệ đáng kể là kim loại nguyên chất. Đó là Bergman, người trước đó đã phát hiện ra nguyên tố niken. Tuy nhiên, anh ấy không được định sẵn để hoàn thành công việc.

Mangan là một nguyên tố hóa học, lần đầu tiên được Karl Scheele thu được và phân lập ở dạng chất đơn giản vào năm 1774. Tuy nhiên, ông đã làm điều này cùng với I. Gan, người đã hoàn thành quá trình nấu chảy một miếng kim loại. Nhưng ngay cả họ cũng không loại bỏ được hoàn toàn tạp chất và đạt được sản lượng 100%.

Tuy nhiên, thời điểm này đã trở thànhsự phát hiện ra nguyên tử này. Các nhà khoa học tương tự đã cố gắng đưa ra một cái tên như những người phát hiện ra. Họ đã chọn thuật ngữ manga magnesium. Tuy nhiên, sau khi phát hiện ra magiê, sự nhầm lẫn bắt đầu xảy ra và tên của mangan được đổi thành tên hiện đại (H. David, 1908).

Vì mangan là một nguyên tố hóa học có đặc tính rất có giá trị đối với nhiều quá trình luyện kim, nên theo thời gian, việc tìm ra cách để thu được nó ở dạng tinh khiết nhất đã trở nên cần thiết. Vấn đề này đã được giải quyết bởi các nhà khoa học trên toàn thế giới, nhưng chỉ được giải quyết vào năm 1919 nhờ công của R. Agladze, một nhà hóa học Liên Xô. Chính ông là người đã tìm ra phương pháp để có thể thu được kim loại tinh khiết với hàm lượng chất là 99,98% từ sunfat và clorua của mangan bằng phương pháp điện phân. Hiện nay phương pháp này được áp dụng trên toàn thế giới.

Mang tính chất

Mangan là một nguyên tố hóa học, bạn có thể nhìn thấy ảnh chụp của một chất đơn giản bên dưới. Trong tự nhiên, có rất nhiều đồng vị của nguyên tử này, số lượng nơtron trong đó thay đổi rất nhiều. Do đó, các số khối nằm trong khoảng từ 44 đến 69. Tuy nhiên, đồng vị bền duy nhất là nguyên tố có giá trị⁵⁵Mn, tất cả các phần còn lại đều có chu kỳ bán rã ngắn không đáng kể hoặc tồn tại trong số lượng quá nhỏ.

Vì mangan là một nguyên tố hóa học có trạng thái oxy hóa rất khác nhau, nên nó cũng tạo thành nhiều hợp chất trong tự nhiên. Ở dạng nguyên chất, nguyên tố này hoàn toàn không xảy ra. Trong khoáng sản và quặng, hàng xóm không đổi của nó là sắt. Tổng cộng, một số loại đá quan trọng nhất, bao gồm mangan, có thể được xác định.

1. Pyrolusite. Công thức hợp chất: MnO₂ nH₂O.
2. Phân tử psilomelane, MnO2mMnOnH2O.
3. Manganite, công thức MnOOH.
4. Brownite hiếm hơn các loại còn lại. Công thức Mn₂O₃.
5. Gausmanite, công thức MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. Quặng cacbonat mangan.
8. Raspberry spar hoặc rhodochrosite - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

Bên cạnh đó, bạn có thể chỉ định thêm một số khoáng chất, cũng bao gồm nguyên tố được đề cập. Đây là:

• canxit;
• siderite;
• khoáng sét;
• chalcedony;
• opal;
• hợp chất cát-bùn.

Ngoài đá và đá trầm tích, khoáng chất, mangan là một nguyên tố hóa học nằm trong các vật thể sau:

1. Sinh vật thực vật. Các chất tích lũy lớn nhất của nguyên tố này là: hạt dẻ nước, bèo tấm, tảo cát.
2. Nấm rơm.
3. Một số loại vi khuẩn.
4. Động vật sau: kiến đỏ, động vật giáp xác, động vật thân mềm.
5. Người - nhu cầu hàng ngày là khoảng 3-5 mg.
6. Nước của đại dương chứa 0,3% nguyên tố này.
7. Tổng hàm lượng trong vỏ trái đất 0,1% khối lượng.

Nói chung, nó là nguyên tố phong phú thứ 14 trên hành tinh của chúng ta. Trong số các kim loại nặng, nó là kim loại đứng thứ hai sausắt.

Tính chất vật lý

Từ quan điểm về tính chất của mangan, là một chất đơn giản, có thể phân biệt một số đặc điểm vật lý cơ bản cho nó.

1. Ở dạng đơn chất, nó là một kim loại khá rắn (trên thang Mohs, chỉ số là 4). Màu sắc - trắng bạc, phủ một lớp màng oxit bảo vệ trong không khí, vết cắt sáng bóng.
2. Điểm nóng chảy là 1246⁰C.
3. Đun sôi - 2061⁰C.
4. Tính chất dẫn điện tốt, nó thuận từ.
5. Mật độ kim loại là 7,44 g / cm³.
6. Tồn tại dưới dạng bốn biến đổi đa hình (α, β, γ, σ), khác nhau về cấu trúc và hình dạng của mạng tinh thể và mật độ đóng gói của các nguyên tử. Điểm nóng chảy của chúng cũng khác nhau.

Có ba dạng mangan chính được sử dụng trong luyện kim: β, γ, σ. Alpha thì hiếm hơn, vì đặc tính của nó quá mỏng manh.

Tính chất hóa học

Theo quan điểm của hóa học, mangan là một nguyên tố hóa học có điện tích ion thay đổi rất nhiều từ +2 đến +7. Điều này để lại dấu ấn trong hoạt động của anh ấy. Ở dạng tự do trong không khí, mangan phản ứng rất yếu với nước và tan trong axit loãng. Tuy nhiên, ngay khi tăng nhiệt độ, hoạt tính của kim loại sẽ tăng lên đột ngột.

Vì vậy, anh ấy có thể tương tác với:

• nitơ;
• cacbon;
• halogen;
• silicon;
• lân;
• lưu huỳnh và các phi kim khác.

Khi đun nóng không có không khí, kim loại dễ dàng chuyển sang trạng thái hơi. Tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa mà mangan thể hiện, các hợp chất của nó có thể vừa là chất khử vừa là chất oxy hóa. Một số thể hiện tính chất lưỡng tính. Vì vậy, những cái chính là đặc trưng của các hợp chất trong đó nó là +2. Chất lưỡng tính - +4, có tính axit và tính oxi hóa mạnh ở giá trị cao nhất + 7.

Mặc dù mangan là một kim loại chuyển tiếp, nhưng rất ít các hợp chất phức tạp cho nó. Điều này là do cấu hình điện tử ổn định của nguyên tử, vì phân tầng 3 chiều của nó chứa 5 điện tử.

Phương pháp đạt được

Có ba cách chính để thu được mangan (một nguyên tố hóa học) trong công nghiệp. Vì tên được đọc bằng tiếng Latinh, chúng tôi đã chỉ định - manganum. Nếu bạn dịch nó sang tiếng Nga, thì nó sẽ là "vâng, tôi thực sự làm rõ, tôi biến màu." Mangan sở hữu tên gọi của nó là do các đặc tính biểu hiện được biết đến từ thời cổ đại.

Tuy nhiên, bất chấp sự nổi tiếng, họ đã tìm cách đưa nó ở dạng nguyên chất để chỉ sử dụng vào năm 1919. Điều này được thực hiện bằng các phương pháp sau.

1. Điện phân, hiệu suất sản phẩm là 99,98%. Bằng cách này, mangan thu được trong công nghiệp hóa chất.
2. Silic nhiệt, hoặc khử silic. Với phương pháp này, silic và mangan (IV) oxit được hợp nhất, tạo ra một kim loại nguyên chất. Năng suất đạt khoảng 68%, do một tác dụng phụ là sự kết hợp của mangan với silic để tạo thành silicide. Cácphương pháp này được sử dụng trong ngành luyện kim.
3. Phương pháp nhôm nhiệt - phục hồi bằng nhôm. Cũng không cho năng suất sản phẩm quá cao, mangan hình thành bị lẫn tạp chất.

Việc sản xuất kim loại này rất quan trọng đối với nhiều quy trình được thực hiện trong luyện kim. Ngay cả khi bổ sung một lượng nhỏ mangan cũng có thể ảnh hưởng lớn đến các đặc tính của hợp kim. Nó đã được chứng minh rằng nhiều kim loại hòa tan trong nó, lấp đầy mạng tinh thể của nó.

Về khai thác và sản xuất nguyên tố này, Nga đứng đầu thế giới. Quá trình này cũng được thực hiện ở các quốc gia như:

• Trung Quốc.
• Nam Phi.
• Kazakhstan.
• Georgia.
• Ukraina.

Sử dụng công nghiệp

Mangan là một nguyên tố hóa học, việc sử dụng chúng rất quan trọng không chỉ trong luyện kim. mà còn trong các lĩnh vực khác. Ngoài kim loại ở dạng tinh khiết, các hợp chất khác nhau của nguyên tử này cũng rất quan trọng. Hãy chỉ định những cái chính.

1. Có một số loại hợp kim, nhờ có mangan, có những đặc tính độc đáo. Vì vậy, ví dụ, thép Hadfield rất bền và chịu mài mòn đến mức nó được sử dụng để nấu chảy các bộ phận của máy xúc, máy chế biến đá, máy nghiền, máy nghiền bi và các bộ phận bọc thép.
2. Mangan đioxit là nguyên tố oxy hóa bắt buộc của quá trình mạ điện, nó được sử dụng để tạo ra chất khử cực.
3. Hợp chất mangan cần thiết để thực hiện các chất hữu cơtổng hợp các chất khác nhau.
4. Kali pemanganat (hoặc thuốc tím) được sử dụng trong y tế như một chất khử trùng mạnh.
5. Nguyên tố này là một phần của đồng thau, đồng thau, tạo thành hợp kim riêng với đồng, được sử dụng để chế tạo tua-bin máy bay, cánh quạt và các bộ phận khác.

Vai trò sinh học

Nhu cầu mangan hàng ngày cho một người là 3-5 mg. Thiếu hụt nguyên tố này dẫn đến suy nhược hệ thần kinh, rối loạn giấc ngủ và lo lắng, chóng mặt. Vai trò của nó vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, nhưng rõ ràng rằng, trước hết, nó có tác động đến:

• tăng trưởng;
• hoạt động của tuyến sinh dục;
• hoocmon làm việc;
• tạo máu.

Nguyên tố này có trong tất cả thực vật, động vật, con người, điều này chứng tỏ vai trò sinh học quan trọng của nó.

Chi tiết mặt hàng thú vị

Mangan là một nguyên tố hóa học, những sự thật thú vị về nó có thể gây ấn tượng với bất kỳ người nào, cũng như khiến bạn hiểu được tầm quan trọng của nó. Đây là những điều cơ bản nhất trong số chúng đã ghi dấu ấn trong lịch sử của kim loại này.

1. Trong thời kỳ khó khăn của cuộc nội chiến ở Liên Xô, một trong những sản phẩm xuất khẩu đầu tiên là quặng chứa một lượng lớn mangan.
2. Nếu mangan đioxit được hợp nhất với kali hydroxit và chất tạo muối, sau đó sản phẩm được hòa tan trong nước, quá trình biến đổi đáng kinh ngạc sẽ bắt đầu. Đầu tiên dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh lục, sau đó màu sắc sẽ chuyển sang màu xanh lam.sau - màu tím. Cuối cùng, nó sẽ chuyển sang màu đỏ thẫm và kết tủa màu nâu dần dần rơi ra. Nếu lắc hỗn hợp, sau đó màu xanh sẽ được phục hồi trở lại và mọi thứ lại diễn ra như cũ. Chính vì vậy mà thuốc tím có tên gọi của nó, được dịch là "tắc kè hoa".
3. Nếu bón phân có mangan xuống đất thì năng suất cây trồng sẽ tăng và tốc độ quang hợp cũng tăng lên. Lúa mì mùa đông sẽ hình thành hạt tốt hơn.
4. Khối lớn nhất của khoáng vật mangan rhodonite nặng 47 tấn và được tìm thấy ở Ural.
5. Có một hợp kim bậc ba gọi là manganin. Nó bao gồm các nguyên tố như đồng, mangan và niken. Tính độc đáo của nó là nó có điện trở cao, không phụ thuộc vào nhiệt độ nhưng chịu ảnh hưởng của áp suất.

Tất nhiên, đó không phải là tất cả những gì có thể nói về kim loại này. Mangan là một nguyên tố hóa học, sự thật thú vị về chúng khá đa dạng. Đặc biệt nếu chúng ta nói về các đặc tính mà anh ấy mang lại cho các hợp kim khác nhau.