מנגן (יסוד כימי): תכונות, יישום, ייעוד, מצב חמצון, עובדות מעניינות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

אחת המתכות החשובות ביותר למטלורגיה היא מנגן. בנוסף, זה בדרך כלל אלמנט די חריג שאליו קשורות עובדות מעניינות. חשוב עבור אורגניזמים חיים, הדרושים בייצור של סגסוגות רבות, כימיקלים. מנגן הוא יסוד כימי, צילום שלו ניתן לראות למטה. את התכונות והמאפיינים שלה נשקול במאמר זה.

מאפיין של יסוד כימי

אם מדברים על מנגן כיסוד של המערכת המחזורית, אז קודם כל צריך לאפיין את מיקומו בו.

1. ממוקם בתקופה המרכזית הרביעית, הקבוצה השביעית, תת-קבוצה משנית.
2. מספר סדיר - 25. מנגן הוא יסוד כימי, המטען של גרעיני האטומים שלו הוא +25. מספר האלקטרונים זהה, נויטרונים - 30.
3. ערך המסה האטומית הוא 54, 938.
4. ייעוד היסוד הכימי מנגן - Mn.
5. שם לטיני - מנגן.

ממוקם בין כרום וברזל, מה שמסביר את הדמיון שלהם איתם במאפיינים פיזיקליים וכימיים.

מנגן - יסוד כימי: מתכת מעבר

אם נשקול את התצורה האלקטרונית של אטום מצומצם, הנוסחה שלו תיראה כך: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. ברור שהאלמנט שאנו שוקלים הוא מתכת מעבר ממשפחת d. חמישה אלקטרונים על תת-הרמה התלת-ממדית מציינים את יציבות האטום, המתבטאת בתכונותיו הכימיות.

כמתכת, מנגן הוא חומר מפחית, אבל רוב התרכובות שלו מסוגלות להפגין יכולות חמצון חזקות למדי. זה נובע ממצבי החמצון והערכיות השונים שיש לאלמנט זה. זו הייחודיות של כל המתכות ממשפחה זו.

לכן, מנגן הוא יסוד כימי שנמצא בין אטומים אחרים ויש לו מאפיינים מיוחדים משלו. הבה נבחן מה הם המאפיינים הללו ביתר פירוט.

מנגן הוא יסוד כימי. מצב חמצון

כבר נתנו את הנוסחה האלקטרונית של האטום. לדבריה, יסוד זה מסוגל להציג מספר מצבי חמצון חיוביים. זה:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

הערך של אטום הוא IV. היציבות ביותר הן התרכובות שבהן למנגן יש את הערכים +2, +4, +6. דרגת החמצון הגבוהה ביותר מאפשרת לתרכובות לפעול כחומרי החמצון החזקים ביותר. לדוגמה: KMnO₄, Mn₂O₇.

תרכובות עם +2 הן חומרים מפחיתים, למנגן (II) הידרוקסיד יש תכונות אמפוטריות, עם דומיננטיות של בסיסיות. מצבי חמצון ביניים יוצרים תרכובות אמפוטריות.

היסטוריית גילוי

מנגן הוא יסוד כימי שלא התגלה מיד, אלא בהדרגה ועל ידי מדענים שונים. עם זאת, התרכובות שלו שימשו על ידי אנשים מאז ימי קדם. תחמוצת מנגן (IV) שימשה להתכת זכוכית. איטלקי אחד ציין את העובדה שתוספת של תרכובת זו בייצור כימי של כוסות הופכת את צבעם לסגול. יחד עם זה, אותו חומר עוזר להעלים אובך בכוסות צבעוניות.

מאוחר יותר באוסטריה, המדען קאים הצליח להשיג חתיכת מנגן מתכתי על ידי חשיפת תחמוצת פירוליזיט (מנגן (IV)), אשלג ופחם לטמפרטורות גבוהות. עם זאת, בדגימה זו היו זיהומים רבים, שאותם לא הצליח לסלק, ולכן הגילוי לא התרחש.

גם מאוחר יותר, מדען אחר סינתז גם תערובת שחלק ניכר ממנה היה מתכת טהורה. זה היה ברגמן, שגילה בעבר את היסוד ניקל. עם זאת, הוא לא נועד לסיים את העבודה.

מנגן הוא יסוד כימי, שהושג ובודד לראשונה בצורת חומר פשוט על ידי קארל שילה ב-1774. עם זאת, הוא עשה זאת יחד עם I. Gan, שהשלים תהליך של התכה של חתיכת מתכת. אבל אפילו הם לא הצליחו להיפטר לחלוטין מזיהומים ולהשיג תשואה של 100% מוצר.

עם זאת, הזמן הזה הפך להיותגילוי האטום הזה. אותם מדענים ניסו לתת שם של המגלים. הם בחרו במונח מנגנזיום. אולם לאחר גילוי המגנזיום החל בלבול, ושמו של המנגן שונה למודרני (H. David, 1908).

מכיוון שמנגן הוא יסוד כימי שתכונותיו יקרות מאוד עבור תהליכים מתכתיים רבים, עם הזמן היה צורך למצוא דרך להשיג אותו בצורה הטהורה ביותר. בעיה זו נפתרה על ידי מדענים בכל רחבי העולם, אך הצליחה להיפתר רק בשנת 1919 הודות לעבודתו של ר' אגלדזה, כימאי סובייטי. הוא זה שמצא שיטה שבאמצעותה ניתן להשיג מתכת טהורה עם תכולת חומרים של 99.98% מסולפטים וכלורידים של מנגן באמצעות אלקטרוליזה. כעת שיטה זו מיושמת בכל העולם.

להיות בטבע

מנגן הוא יסוד כימי, צילום של חומר פשוט שלו ניתן לראות למטה. בטבע, ישנם איזוטופים רבים של אטום זה, שמספר הנייטרונים בהם משתנה מאוד. לפיכך, מספרי המסה נעים בין 44 ל-69. עם זאת, האיזוטופ היציב היחיד הוא היסוד בעל הערך ⁵⁵Mn, לכל השאר יש זמן מחצית חיים קצר באופן זניח או שקיימים ב כמויות קטנות מדי.

מכיוון שמנגן הוא יסוד כימי שמצב החמצון שלו שונה מאוד, הוא גם יוצר תרכובות רבות בטבע. בצורתו הטהורה, יסוד זה אינו מתרחש כלל. במינרלים ובעפרות, שכנו הקבוע הוא ברזל.בסך הכל ניתן לזהות כמה מהסלעים החשובים ביותר, הכוללים מנגן.

1. Pyrolusite. נוסחה מורכבת: MnO₂nH₂O.
2. Psilomelane, מולקולת MnO2mMnOnH2O.
3. מנגן, נוסחה MnOOH.
4. Brownite נדיר יותר מהשאר. Formula Mn₂O₃.
5. Gausmanite, נוסחה MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. עפרות פחמן של מנגן.
8. Raspberry Spar or Rhodochrosite - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

מלבד זה, אתה יכול לייעד עוד כמה מינרלים, הכוללים גם את היסוד המדובר. זה:

• calcite;
• siderite;
• מינרלים חימר;
• chalcedony;
• opal;
• תרכובות חולות.

בנוסף לסלעים ולסלעי משקע, מינרלים, מנגן הוא יסוד כימי המהווה חלק מהעצמים הבאים:

1. צמחי אורגניזמים. המצברים הגדולים ביותר של יסוד זה הם: ערמוני מים, עשב ברווז, דיאטומים.
2. פטריות חלודה.
3. סוגים מסוימים של חיידקים.
4. בעקבות בעלי חיים: נמלים אדומות, סרטנים, רכיכות.
5. People - הדרישה היומית היא כ-3-5 מ"ג.
6. מימי האוקיינוסים מכילים 0.3% מהיסוד הזה.
7. התוכן הכולל בקרום כדור הארץ 0.1% במסה.

באופן כללי, זהו האלמנט ה-14 בשפע מכולם על הפלנטה שלנו. בין המתכות הכבדות, זה השני אחריברזל.

נכסים פיזיים

מנקודת המבט של תכונות המנגן, כחומר פשוט, ניתן להבחין עבורו בכמה מאפיינים פיזיקליים בסיסיים.

1. בצורה של חומר פשוט, זוהי מתכת מוצקה למדי (בסולם Mohs, המחוון הוא 4). צבע - כסוף-לבן, מכוסה בסרט תחמוצת מגן באוויר, מבריק בחתך.
2. נקודת ההיתוך היא 1246⁰C.
3. Boil - 2061⁰C.
4. מאפייני המוליכים טובים, הם פרמגנטיים.
5. צפיפות המתכת היא 7.44 גרם/ס"מ³.
6. קיים בצורה של ארבעה שינויים פולימורפיים (α, β, γ, σ), הנבדלים זה מזה במבנה ובצורה של סריג הגביש ובצפיפות האריזה של האטומים. גם נקודת ההיתוך שלהם שונה.

ישנן שלוש צורות עיקריות של מנגן המשמשות במטלורגיה: β, γ, σ. אלפא נדירה יותר, מכיוון שהיא שבירה מדי בתכונותיה.

מאפיינים כימיים

מנקודת מבט של כימיה, מנגן הוא יסוד כימי שמטען היונים שלו משתנה מאוד מ-+2 ל-+7. זה משאיר את חותמו על פעילותו. בצורה חופשית באוויר, מנגן מגיב חלש מאוד עם מים ומתמוסס בחומצות מדוללות. עם זאת, ברגע שהטמפרטורה עולה, פעילות המתכת עולה באופן דרמטי.

אז הוא מסוגל ליצור אינטראקציה עם:

• חנקן;
• carbon;
• halogens;
• סיליקון;
• phosphorus;
• גופרית ולא מתכות אחרות.

כאשר מחומם ללא אוויר, המתכת עוברת בקלות למצב אדים. בהתאם למצב החמצון שמפגין מנגן, התרכובות שלו יכולות להיות גם חומרים מפחיתים וגם חומרים מחמצנים. חלקם מציגים תכונות אמפוטריות. אז, העיקריים שבהם אופייניים לתרכובות שבהן הוא +2. אמפוטרי - +4, ומחמצן חומצי וחזק בערך הגבוה ביותר +7.

למרות העובדה שמנגן הוא מתכת מעבר, תרכובות מורכבות עבורה הן מעטות. זה נובע מהתצורה האלקטרונית היציבה של האטום, מכיוון שרמת המשנה התלת-ממדית שלו מכילה 5 אלקטרונים.

שיטות להשגה

ישנן שלוש דרכים עיקריות שבהן מתקבל מנגן (יסוד כימי) בתעשייה. כפי שהשם נקרא בלטינית, כבר ייעדנו - מנגן. אם תתרגם את זה לרוסית, זה יהיה "כן, אני באמת מבהיר, אני משנה צבע". מנגן חייב את שמו למאפייני המניפסט הידועים מאז ימי קדם.

עם זאת, למרות התהילה, הם הצליחו להשיג אותו בצורתו הטהורה לשימוש רק ב-1919. זה נעשה בשיטות הבאות.

1. אלקטרוליזה, תפוקת המוצר היא 99.98%. בדרך זו מתקבל מנגן בתעשייה הכימית.
2. סיליקותרמית, או הפחתת סיליקון. בשיטה זו, תחמוצת סיליקון ומנגן (IV) מתמזגים, וכתוצאה מכך נוצרת מתכת טהורה. התשואה היא כ-68%, שכן תופעת לוואי היא שילוב של מנגן עם סיליקון ליצירת סיליקיד. ההשיטה משמשת בתעשיית המתכות.
3. שיטת אלומינותרמית - שיקום עם אלומיניום. גם לא נותן תפוקת מוצר גבוהה מדי, נוצר מנגן מזוהם בזיהומים.

ייצור מתכת זו חשוב לתהליכים רבים המבוצעים במטלורגיה. אפילו תוספת קטנה של מנגן יכולה להשפיע מאוד על המאפיינים של סגסוגות. הוכח שמתכות רבות מתמוססות בו וממלאות את סריג הקריסטל שלו.

במונחים של מיצוי וייצור של אלמנט זה, רוסיה נמצאת במקום הראשון בעולם. תהליך זה מתבצע גם במדינות כמו:

• סין.
• דרום אפריקה.
• קזחסטן.
• Georgia.
• אוקראינה.

שימוש תעשייתי

מנגן הוא יסוד כימי, שהשימוש בו חשוב לא רק במטלורגיה. אלא גם בתחומים אחרים. בנוסף למתכת בצורתה הטהורה, יש חשיבות רבה גם לתרכובות שונות של אטום זה. בוא נועד את העיקריים שבהם.

1. ישנם מספר סוגים של סגסוגות שבזכות המנגן יש להם תכונות ייחודיות. כך, למשל, פלדת הדפילד היא כל כך חזקה ועמידה בפני שחיקה שהיא משמשת להתכה של חלקים עבור מחפרים, מכונות לעיבוד אבנים, מגרסות, מפעלי כדורים וחלקים משוריינים.
2. מנגן דו-חמצני הוא אלמנט מחמצן חובה של ציפוי אלקטרוניקה, הוא משמש ליצירת דה-פולריזרים.
3. דרושות תרכובות מנגן ליישום אורגניותסינתזות של חומרים שונים.
4. אשלגן פרמנגנט (או אשלגן פרמנגנט) משמש ברפואה כחומר חיטוי חזק.
5. אלמנט זה הוא חלק מברונזה, פליז, יוצר סגסוגת משלו עם נחושת, המשמשת לייצור טורבינות למטוסים, להבים וחלקים אחרים.

תפקיד ביולוגי

הדרישה היומית למנגן לאדם היא 3-5 מ ג. מחסור באלמנט זה מוביל לדיכאון של מערכת העצבים, הפרעות שינה וחרדה, סחרחורת. תפקידו עדיין לא נחקר במלואו, אבל ברור שקודם כל יש לו השפעה על:

• growth;
• פעילות הגונדות;
• עבודה הורמונלית;
• היווצרות דם.

אלמנט זה קיים בכל הצמחים, בעלי החיים, בני האדם, מה שמוכיח את תפקידו הביולוגי החשוב.

פרטי פריט מעניינים

מנגן הוא יסוד כימי, עובדות מעניינות לגביו יכולות להרשים כל אדם, כמו גם לגרום לך להבין כמה הוא חשוב. הנה הבסיסיים שבהם, שמצאו את חותמם בהיסטוריה של המתכת הזו.

1. בתקופות הקשות של מלחמת האזרחים בברית המועצות, אחד ממוצרי הייצוא הראשונים היה עפרה שהכילה כמות גדולה של מנגן.
2. אם מנגן דו חמצני יתמזג עם אשלגן הידרוקסיד ומלח, ואז המוצר יומס במים, יתחילו טרנספורמציות מדהימות. הפתרון יהפוך תחילה לירוק, ואז הצבע ישתנה לכחול.אחרי - סגול. לבסוף הוא יהפוך לארגמן ומשקע חום ייפול בהדרגה. אם התערובת תנער, אז הצבע הירוק ישוחזר שוב והכל יקרה שוב. בשביל זה קיבל פרמנגנט אשלגן את שמו, שמתורגם כ"זיקית מינרלית".
3. אם מורחים דשנים המכילים מנגן על הקרקע, אזי התפוקה של הצמחים תגדל וקצב הפוטוסינתזה יגדל. חיטת חורף תיצור גרגירים טוב יותר.
4. הגוש הגדול ביותר של מינרל המנגן רודוניט שקל 47 טון ונמצא באזור אוראל.
5. יש סגסוגת משולשת בשם מנגנין. הוא מורכב מיסודות כמו נחושת, מנגן וניקל. ייחודו בכך שהוא בעל התנגדות חשמלית גבוהה, שאינה תלויה בטמפרטורה, אך מושפעת מלחץ.

כמובן, זה לא כל מה שיש לומר על המתכת הזו. מנגן הוא יסוד כימי, עובדות מעניינות לגביו מגוונות למדי. במיוחד אם אנחנו מדברים על התכונות שהוא נותן לסגסוגות שונות.