Elemente Chimice - Manganul[Mn]
SIMBOL: Mn
NUMARUL ATOMIC: 25
MASA ATOMICA: 54.93805 u.a.m.
PUNCTUL DE FIERBERE: 1962.0 gr.C(2235.15 gr.K)
PUNCTUL DE TOPIRE:1245.0 gr.C(1518.15 gr. K)
NUMARUL DE PROTONI,ELECTRONI: 25
NUMARUL DE NEUTRONI:30
STRUCTURA CRISTALINA: cubica
Manganul este un element chimic cu caracter metalic din grupa a VII-a secundara, valenta I, II, III, IV, VI, VII. A fost descoperit in anul 1797 de catre Johann Gahn.
A fost obtinut prin incalzirea unui amestec de piroluzit(bioxid de mangan) cu pulbere de carbune.
STARE NATURALA:
Se gaseste in natura in special sub forma de oxizi: piroluzitul, MnO2. braunitul Mn2O3, hausmanitul, Mn3O4 si sub forma de carbonat, rodocrozitul- MnCO3.
Manganul metalic se poate obtine prin reducerea oxizilor cu aluminiu a halogenurilor anhidre ale manganului bivalent cu sodiu sau magneziu metalic:
3 Mn3O4+ 8 Al = 9 Mn+ 4 Al2O3
In stare compacta este cenusiu deschis, mai dur si mai casant decat fierul.
Se prezinta in patru modificatii alotropice, care se deosebesc intre ele prin structura cristalina, densitate si proprietati mecanice.
Este un element relativ activ din punct de vedere chimic. La cald reactioneaza cu oxigenul, halogenii,sulful, azotul, fosforul etc. De asemenea mai reactioneaza cu apa si acizii diluati, cu formare de hidroxid, respectiv de saruri ale manganului bivalent si degajare de hidrogen.
NUMARUL ATOMIC: 25
MASA ATOMICA: 54.93805 u.a.m.
PUNCTUL DE FIERBERE: 1962.0 gr.C(2235.15 gr.K)
PUNCTUL DE TOPIRE:1245.0 gr.C(1518.15 gr. K)
NUMARUL DE PROTONI,ELECTRONI: 25
NUMARUL DE NEUTRONI:30
STRUCTURA CRISTALINA: cubica
Manganul este un element chimic cu caracter metalic din grupa a VII-a secundara, valenta I, II, III, IV, VI, VII. A fost descoperit in anul 1797 de catre Johann Gahn.
A fost obtinut prin incalzirea unui amestec de piroluzit(bioxid de mangan) cu pulbere de carbune.
STARE NATURALA:
Se gaseste in natura in special sub forma de oxizi: piroluzitul, MnO2. braunitul Mn2O3, hausmanitul, Mn3O4 si sub forma de carbonat, rodocrozitul- MnCO3.
Manganul metalic se poate obtine prin reducerea oxizilor cu aluminiu a halogenurilor anhidre ale manganului bivalent cu sodiu sau magneziu metalic:
3 Mn3O4+ 8 Al = 9 Mn+ 4 Al2O3
In stare compacta este cenusiu deschis, mai dur si mai casant decat fierul.
Se prezinta in patru modificatii alotropice, care se deosebesc intre ele prin structura cristalina, densitate si proprietati mecanice.
Este un element relativ activ din punct de vedere chimic. La cald reactioneaza cu oxigenul, halogenii,sulful, azotul, fosforul etc. De asemenea mai reactioneaza cu apa si acizii diluati, cu formare de hidroxid, respectiv de saruri ale manganului bivalent si degajare de hidrogen.
SURSA 02
Manganul formeaza cu oxigenul foarte multi oxizi: MnO – oxid manganos (Mn2+); Mn2O3 – oxid manganic (Mn3+); O=Mn-O-Mn=O, Mn3O4 – oxid salin de mangan (Mn2+ si Mn3+); O=Mn-O-Mn-O-Mn=O, MnO2 – dioxid de mangan; O=Mn=O - trioxid de mangan (Mn6+); ,
Mn2O7 – heptoxid de mangan (Mn7+):
Manganul formeaza ionii:
1. cationii: Mn2+ si Mn3+ care au 18 electroni incomplete pe stratul periferic. Cationul Mn2+ este de culoare roz deschis si formeaza combinatii stabile; cationul Mn3+ este nestabil si formeaza o serie de complecsi divers colorati.
2. anionii: MnO32- (Mn4+) manganit, brun, ce-i corespunde acidului manganos H2MnO3; MnO42- (Mn6+) manganat, verde, ce-i corespunde acidului manganic H2MnO4; MnO4- (Mn7+) permanganat, violet, ce-i corespunde acidului permanganic HMnO4.
Ionii Mn3+, MnO32-, MnO42-, si MnO4- sunt oxidanti, puterea lor oxidanta fiind în functie de pH-ul mediului.
Reactiile analitice ale ionului Mn2+
Reactii pe cale uscata
1. Perla de borax în flacara oxidanta este diferit colorata dupa cantitatea de sare manganoasa: la o cantitate mica este de culoare ametist (se formeaza Mn3+) iar la o concentratie mai mare este de culoare bruna (manganit); perla de metafosfat în flacara reducatoare este incolora.
2. Sarurile de mangan topite cu un amestec de 5 parti carbonat de sodiu, o parte nitrat de potasiu si o parte hidroxid de sodiu dau o masa verde de manganat alcalin (hidroxidul se adauga pentru a grabi reactia).
MnSO4+Na2CO3+2KNO3—>Na2MnO4+Na2SO4+2KNO2+2CO2
Manganul solvit în apa, la diluare mare si în prezenta unei mici cantitati de acid acetic, îsi schimba culoarea verde în violet, datorita oxidarii manganatului la permanganat; se formeaza totodata acid metamanganos sub forma de flacoane brune (reactie de dismutatie).
3(2Na++MnO42-) + 4(CH3-COO-+H+)—>2(Na++MnO4-) + H2MnO3 + 4(Na++CH3COO-) + HOH
Reactiile ionului Mn2+ în solutie
1. Sulfura de amoniu – (NH4)2S – precipita ionul Mn2+ sub forma de sulfura de mangan – MnS – de culoare roz a carnii, solubila în acid acetic. Sulfura de mangan la fierbere cu un exces de sulfura de amoniu si amoniac pierde din apa si devine verde.
2. Hidroxizii alcalini – KOH, NaOH – precipita Mn2+ sub forma de hidroxid de mangan alb gelatinos ce se oxideaza în aer devenind brun; Mn(OH)2 trece mai întâi în acid manganos si apoi în manganit de mangan. În prezenta unui oxidant transformarea are loc imediat.
Manganul formeaza cu oxigenul foarte multi oxizi: MnO – oxid manganos (Mn2+); Mn2O3 – oxid manganic (Mn3+); O=Mn-O-Mn=O, Mn3O4 – oxid salin de mangan (Mn2+ si Mn3+); O=Mn-O-Mn-O-Mn=O, MnO2 – dioxid de mangan; O=Mn=O - trioxid de mangan (Mn6+); ,
Mn2O7 – heptoxid de mangan (Mn7+):
Manganul formeaza ionii:
1. cationii: Mn2+ si Mn3+ care au 18 electroni incomplete pe stratul periferic. Cationul Mn2+ este de culoare roz deschis si formeaza combinatii stabile; cationul Mn3+ este nestabil si formeaza o serie de complecsi divers colorati.
2. anionii: MnO32- (Mn4+) manganit, brun, ce-i corespunde acidului manganos H2MnO3; MnO42- (Mn6+) manganat, verde, ce-i corespunde acidului manganic H2MnO4; MnO4- (Mn7+) permanganat, violet, ce-i corespunde acidului permanganic HMnO4.
Ionii Mn3+, MnO32-, MnO42-, si MnO4- sunt oxidanti, puterea lor oxidanta fiind în functie de pH-ul mediului.
Reactiile analitice ale ionului Mn2+
Reactii pe cale uscata
1. Perla de borax în flacara oxidanta este diferit colorata dupa cantitatea de sare manganoasa: la o cantitate mica este de culoare ametist (se formeaza Mn3+) iar la o concentratie mai mare este de culoare bruna (manganit); perla de metafosfat în flacara reducatoare este incolora.
2. Sarurile de mangan topite cu un amestec de 5 parti carbonat de sodiu, o parte nitrat de potasiu si o parte hidroxid de sodiu dau o masa verde de manganat alcalin (hidroxidul se adauga pentru a grabi reactia).
MnSO4+Na2CO3+2KNO3—>Na2MnO4+Na2SO4+2KNO2+2CO2
Manganul solvit în apa, la diluare mare si în prezenta unei mici cantitati de acid acetic, îsi schimba culoarea verde în violet, datorita oxidarii manganatului la permanganat; se formeaza totodata acid metamanganos sub forma de flacoane brune (reactie de dismutatie).
3(2Na++MnO42-) + 4(CH3-COO-+H+)—>2(Na++MnO4-) + H2MnO3 + 4(Na++CH3COO-) + HOH
Reactiile ionului Mn2+ în solutie
1. Sulfura de amoniu – (NH4)2S – precipita ionul Mn2+ sub forma de sulfura de mangan – MnS – de culoare roz a carnii, solubila în acid acetic. Sulfura de mangan la fierbere cu un exces de sulfura de amoniu si amoniac pierde din apa si devine verde.
2. Hidroxizii alcalini – KOH, NaOH – precipita Mn2+ sub forma de hidroxid de mangan alb gelatinos ce se oxideaza în aer devenind brun; Mn(OH)2 trece mai întâi în acid manganos si apoi în manganit de mangan. În prezenta unui oxidant transformarea are loc imediat.
SURSA 03
Manganul este un element chimic cu simbolul Mn şi numărul atomic 25. Este un metal alb-argintiu, asemănător fierului, care se găseşte în stare liberă în natură (deseori în combinaţie cu fierul) şi în mai multe minerale. Manganul liber este un metal mult folosit în industrie, mai ales ca element de aliere. Ionii de mangan au diverse culori şi sunt folosiţi în industrie ca pigmenţi şi ca oxidanţi. De asemenea, ionii de mangan (II) apar ca şi cofactori pentru o serie de enzime.
Originea numelui
Originea numelui "mangan" este complexă. În Grecia Antică, existau două minerale negre din zona oraşului Magnesia numite 'magnes', dar se considera că difereau ca sex. Magnes-ul masculin atrăgea fierul şi este ceea ce se cunoaşte astăzi sub denumirea de magnetit. Magnes-ul feminin, magnesia, nu atrăgea fierul, fiind folosit pentru decolorarea sticlei şi este ceea ce se numeşte azi piroluzit, bioxid de mangan. În secolul al 16-lea se făcea o distincţie între magnesia negra (piroluzitul) şi magnesia alba, un alt minereu din zona Magnesiei (de fapt oxid de magneziu). Italianul Michele Mercati a transformat denumirea de magnesia negra în "manganesa" iar metalul izolat ulterior din ea a primit denumirea de mangan. Numele de magnesia a fost apoi folosit doar pentru magnesia alba şi a dus la denumirea de "magneziu" pentru elementul izolat din ea.
Caracteristici principale
Manganul este un metal dur şi foarte fragil, paramagnetic, care se topeşte foarte greu, dar oxidează uşor. Cele mai frecvente stări de oxidare ale manganului sunt +2, +3, +4, +6 şi +7, deşi au fost observate stări de oxidare de la -3 la +7, manganul fiind astfel elementul chimic cu cele mai multe stări de oxidare posibile. Dintre acestea, cea mai stabilă este starea +2, majoritatea compuşilor cunoscuţi ai manganului conţinând mangan (II). Deseori, Mn2+ concurează cu Mg2+ în sistemele biologice, în timp ce compuşii de mangan în care manganul se află în starea de oxidare +7 sunt oxidanţi puternici.
În contact cu aerul, manganul formează un strat de oxid protector.
Manganul se dizolvă uşor în acid sulfuric diluat.
Manganul face parte din grupa elementelor care se presupune că sunt generate în stelele masive cu puţin înainte de exploziile de tip supernovă.
Izotopi
În natură există un singur izotop stabil de mangan; 55Mn. Sunt cunoscuţi 18 radioizotopi, cu mase atomice de la 46 unităţi atomice (46Mn) până la 65 unităţi atomice (65Mn). Cei mai stabili dintre aceştia sunt 53Mn cu un timp de înjumătăţire de 3,7 milioane de ani, 54Mn cu un timp de înjumătăţire de 312,3 zile şi 52Mn cu un timp de înjumătăţire de 5,591 zile. Toţi ceilalţi izotopi au timpi de înjumătăţire mai scurţi de 3 ore, iar majoritatea chiar mai scurţi de 1 minut. De asemenea, elementul are 8 metastări. Principalul mod de dezintegrare a izotopilor dinaintea izotopului stabil 55Mn este captura de electroni, iar izotopii mai grei se descompun prin dezintegrare beta.
Istoric
Unii compuşi ai manganului erau cunoscuţi încă din preistorie. Au fost descoperite picturi vechi de 17000 de ani realizate cu pigmenţi pe bază de bioxid de mangan.
Egiptenii şi romanii foloseau compuşi ai manganului la fabricarea sticlei, fie pentru a o colora, fie pentru a o decolora. De asemenea, în minereurile de fier folosite de spartani se găsea şi mangan, iar unii cercetători susţin că duritatea excepţională a oţelurilor spartane se datorează realizării accidentale a unui aliaj fier-mangan.
În secolul 17, chimistul german Johann Glauber a obţinut pentru prima oară permanganat, un reactiv chimic des utilizat după aceea. La mijlocul secolului 18, bioxidul de mangan se folosea la obţinerea clorului (care rezulta prin reacţia dintre bioxidul de mangan şi acidul clorhidric sau dintre bioxidul de mangan şi un amestec de acid sulfuric diluat şi clorură de sodiu). Chimistul suedez Scheele a fost primul care a identificat manganul ca element chimic separat în 1774, iar colegul său, Johan Gottlieb Gahn a obţinut în acelaşi an noul element în stare pură prin reducerea bioxidului de mangan cu carbon. La începutul secolului 19 au început cercetări privind folosirea manganului la obţinerea de oţeluri. În 1816 s-a constatat că adăugarea de mangan la fier îl făcea mai dur, fără a-l face şi mai fragil. În 1837 James Couper a descoperit o legătură între expunerea prelungită la mangan, în mine, şi o formă a bolii Parkinson. În 1912, în SUA a fost brevetat procedeul de acoperire electrochimică a armelor de foc cu fosfat de mangan pentru protecţia împotriva ruginii şi a coroziunii.
Răspândire
Manganul nu se găseşte în stare pură în natură. Totuşi, sub formă de diverse combinaţii, el apare în sol în proporţie de până la 900 ppm şi astfel este, după fier, al doilea metal greu ca răspândire.
Principalul minereu de mangan este piroluzitul (MnO2). Alte minereuri importante sunt psilomelanul ((Ba,H2O)2Mn5O10), hausmannitul (Mn3O4), rodocrozitul (MnCO3), rodonitul (MnSiO3), braunitul (Mn2O3), manganitul (Mn2O3·H2O) şi manganozitul (MnO).
Peste 80% din zăcămintele manganoase cunoscute se găsesc în Africa de Sud (Hotazel) şi Ucraina. Alte depozite importante de mangan se află în China, Australia (Groote Eylandt), Brazilia, Gabon, India, Georgia (Chiatura) şi Mexic.
Cantităţi importante de mangan se găsesc şi în nodulii polimetalici (numiţi şi noduli de mangan) pe fundul oceanelor. Aceşti noduli conţin mangan în proporţie de 1,5 până la 50%, precum şi fier, nichel, cobalt, cupru etc. Încercările de a găsi metode eficiente de a colecta nodulii de mangan au fost însă abandonate în anii 1970.
Obţinere
Minereurile de mangan nu pot fi reduse cu carbon la elementul pur, datorită formării de carburi stabile.
Manganul metalic se obţine în special prin electroliză din soluţii de sulfat de mangan (II), MnSO4. O altă posibilitate, rar aplicată, este reducerea prin folosirea procedeului aluminotermic sau silicotermic.
Aplicaţii
Manganul este un element foarte important în fabricarea oţelurilor, datorită proprietăţilor sale de legare a sulfului şi de dezoxidare. În prezent, cererea de mangan din metalurgia feroasă reprezintă cca. 85% - 90% din totalul cererii mondiale. În general se foloseşte pentru alierea oţelurilor, sub formă de feromangan sau de silicomangan. Feromanganul se obţine prin reducerea oxidului de fier, Fe2O3 şi a bioxidului de mangan, MnO2, cu cărbune (cocs) în furnal.
În oţelurile inoxidabile, manganul poate fi folosit ca un înlocuitor ieftin al nichelului.
O categorie specială de oţeluri, în care manganul, introdus în proporţie de până la 14%, joacă un rol deosebit, sunt oţelurile austenitice manganoase, numite şi oţeluri Hadfield. Acestea au o rezistenţă foarte ridicată la uzură şi se folosesc pentru diverse piese şi utilaje pentru minerit, cariere de piatră, construcţii de drumuri, căi ferate etc.
Aliajele cupru-mangan-nichel, de exemplu manganinul, se utilizează la fabricarea de rezistori a căror funcţionare nu este influenţată de temperatura de lucru.
În bronzuri, manganul se poate adăuga în proporţie de 5-15% pentru a mări rezistenţa la coroziune.
Metalul este folosit uneori şi ca element de aliere în monede, de exemplu în monedele de 1 şi 2 euro şi în monedele de 1 dolar (începând din 2000).
Compuşii manganului
Permanganatul de potasiu este un reactiv chimic des utilizat în laboratoare datorită proprietăţilor oxidante, dar şi în medicină ca dezinfectant şi pentru tratarea externă a bolilor infecţioase ale pielii. Se foloseşte de asemenea pentru tratarea bolilor parazitare ale peştilor.
Oxidul-bioxidul de mangan(IV) este folosit în baterii electrice (este depus ca substanţă neagră în jurul electrodului pozitiv al bateriilor clasice, saline, cu rol de depolarizator) şi poate fi folosit pentru decolorarea sticlei care a fost contaminată cu cantităţi microscopice de fier.
În concentraţii mai mari, compuşii de mangan, în special bioxidul de mangan, sunt cei care dau culoarea ametistului şi pot da şi sticlei, ceramicii sau cărămizilor o culoare violetă, maronie sau neagră (în funcţie de modul de obţinere şi de compoziţia sticlei).
Bioxidul de mangan este folosit de asemenea pentru obţinerea oxigenului şi clorului.
Unii compuşi ai manganului sunt adăugaţi în benzină pentru a mări cifra octanică şi a reduce problemele de ardere în motoare.
Bioxidul de mangan este folosit ca reactiv în chimia organică pentru oxidarea alcoolilor benzilici.
Oxidul de mangan este un pigment maroniu folosit în fabricarea vopselelor.
Fosfatul de mangan este folosit pentru împiedicarea apariţiei ruginii şi a coroziunii la oţeluri. De asemenea, el este utilizat în bateriile alcaline de tip nou.
Sulfatul de mangan, MnSO4 este utilizat ca adaos pentru îngrăşăminte.
Rodocrozitul, carbonatul de mangan, este folosit datorită aspectului său la realizarea de obiecte de podoabă.
Înlocuitori
Manganul nu are înlocuitori satisfăcători pentru principalele sale aplicaţii, legate de utilizarea ca element de aliere. În unele din aplicaţiile sale secundare (de exemplu acoperirile cu fosfat de mangan) se pot folosi ca înlocuitori zincul şi vanadiul. În fabricarea de baterii, bateriile standard şi alcaline ce conţin mangan vor fi probabil înlocuite pe viitor cu baterii pe bază de litiu.
Rolul biologic
Manganul este un microelement esenţial în toate formele de viaţă. Necesarul zilnic pentru un adult este de 2-3 mg.
Clasele de enzime care au manganul ca şi cofactor sunt foarte largi şi includ oxidoreductazele, transferazele, hidrolazele, liazele, izomerazele, ligazele, lectinele şi integrinele.
De asemenea, manganul pare să aibă un rol important în utilizarea de către corpul uman a vitaminei B1 şi a vitaminei C şi în producerea insulinei de către celulele beta din pancreas.
Cele mai mari conţinuturi de mangan se găsesc în cereale, legume, nuci şi ceai.
O deficienţă de mangan în unele plante poate duce la deteriorarea aspectului lor, în special la legume şi cereale. Pentru a compensa această deficienţă, în îngrăşăminte se adaugă sulfat de mangan (MnSO4).
Nocivitate
Compuşii manganului sunt mai puţin toxici decât cei ai fierului, nichelului sau cuprului. Totuşi, în cantităţi mari, manganul este toxic. Datorită toxicităţii sale, expunerea la praf sau vapori de mangan nu trebuie să depăşească valoarea de 5 mg/m3 chiar şi pentru perioade scurte.
Există numeroase date ce indică efecte neurologice nocive produse de inhalarea pulberii de mangan, respectiv a bioxidului de mangan. Aceasta poate duce la afecţiuni motorice şi la tulburări psihice. O formă a bolii Parkinson numită manganism a fost legată de expunerea la mangan a minerilor şi muncitorilor din topitorii încă de la începutul secolului 19. Manganismul este rezistent la formele de terapie uzuale aplicate la formele obişnuite ale bolii Parkinson.
Toxicitatea majorităţii combinaţiilor de mangan este redusă şi practic nu s-au înregistrat cazuri de intoxicare după ingerarea acestor combinaţii.
Soluţiile acide de permanganat pot oxida orice material organic cu care vin în contact Căldura generată de acest proces de oxidare este suficientă pentru a aprinde unele substanţe organice.
sursa:ipedia.ro
0 comments: