Самая распространенная марганцевая руда (пиролюзит, или браунштейн) применялась с давних времен. Она отлично удаляла зеленоватый оттенок из расплава стекла. Оттенок придавался примесями железа, обычно содержащимися в песке.
Содержание
История открытия
История открытия тянется со времен Античности. Плиний упоминал о «черной магнезии» (пиролюзите), но считал ее разновидностью магнитного железняка. То, что черная магнезия не притягивается магнитом, ученый объяснял просто. Античные ученые наделяли женскими и мужскими свойствами не только людей.
Считается, что новый элемент обнаружил Шееле, работая с браунштейном (пиролюзитом). Новый металл называли браунштейном. Современное название металл марганец носит с XIX века.
Свойства
Химический элемент с №25 относится к металлам и называется марганец (Manganum, манганум). Его относят к чёрным металлам.
Химические свойства марганца:
- На воздухе поверхность покрывается слоем оксида, который ее пассивирует.
- Со щелочами практически не реагирует.
- При нагреве взаимодействует с кислотами-окислителями, образуя соли.
- В виде мелкого порошка проявляет пирофорность.
- Степени окисления: 0, +2, +3, +4, +6, +7; это сильный окислитель.
- Марганец образует многочисленные соли и бинарные соединения.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Марганец / Manganum (Mn), 25 |
| Атомная масса (молярная масса) |
54,938045 (5)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d5 4s2 |
| Радиус атома | 127 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 117 пм |
| Радиус иона | (+7e) 46 (+2e) 80 пм |
| Электроотрицательность | 1,55 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −1,180 В |
| Степени окисления | 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
716,8 (7,43) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,21 г/см³ |
| Температура плавления | 1 517 K |
| Температура кипения | 2 235 K |
| Уд. теплота плавления | 13,4 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 221 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 26,3[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 7,35 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая |
| Параметры решётки | 8,890 Å |
| Температура Дебая | 400 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 6,87[3] Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7439-96-5 |
Месторождения
Основные марганцевые руды:
- пиролюзит;
- манганит;
- браунит;
- гаусманит;
- псиломелан.
Крупнейший бассейн марганцевых руд в мире находится на юге Украины.
В его составе Никопольское и Большетокмакское месторождения.
Переработка марганцевых руд
Производство зависит от потребности разных сфер промышленности.
Способы получения металла:
- восстановлением пиролюзита кремнием, углеродом (редко — алюминием);
- электролизом раствора MnSO4; получаемый продукт осаждается на катоде;
- чистый металлический марганец получают электролитическим способом;
- в промышленных масштабах марганец часто получают в реакции восстановления углем из смеси марганцевых и железных руд.
Сплавы
Стальным сплавам добавка марганца придает вязкость, твердость, тягучесть.
Ценный сплав под названием сталь Гадфильда обладает превосходными свойствами:
- большое сопротивление на износ;
- твердость;
- вязкость;
- высокий срок службы.
| Сплав | Содержание марганца (в %%) |
| Ферро-марганец | 50-82 |
| Силико-марганец | 55-75 |
| Фосфор-марганец | 65 |
| Силико-шпигель | 18-30 |
| Купро-марганец | 25-30 |
| Зеркальный чугун (шпигель) | 8-35 |
Марганцевистая бронза имеет большое сопротивление на разрыв.
Плюсы и минусы
Рассмотрим характеристики сплавов марганца.
| Достоинства | Недостатки |
| Химическая активность металла дает возможность получать множество соединений с различными свойствами | Высокая твердость в сочетании с хрупкостью ограничивает применение металла |
| Марганец образует сплавы практически со всеми металлами | Низкая электропроводность не позволяет использовать элемент в электротехнике |
| В сталелитейной промышленности сплавы с углеродом и кремнием незаменимы | Высокая температура кипения затрудняет работу с металлом |
| Соединения железа и марганца в любом соотношении образуют твердые растворы | Недостатки металла — следствие особенностей его структуры |
Трудно переоценить значение металла, как лигатуры.
Использование
Основная часть продукции, содержащей manganum, идет на нужды сталелитейной промышленности. Она потребляет ферромарганец для производства сталей и чугуна.
Применение марганца обосновано в промышленностях:
- стекольной;
- фармацевтической;
- стекольной;
- электротехнической;
- лакокрасочной.
Mn(OH₂) применяют в текстильной промышленности, как коричневую краску.
В производстве олифы соединения металла применяют, как сиккатив.
Большое количество марганца идет в электротехническую промышленность, для производства сухих батарей.
Стоимость
Цена килограмма металла 3700 рублей (на 02.09.2020).
