Марганець (хим. елемент)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Марганець (хим. елемент)

Марганець (лат. Manganum), Mn, хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 25, атомна маса 54,9380; важкий сріблисто-білий метал. У природі елемент представлений одним стабільним ізотопом 55 Mn.

  Історична довідка. Мінерали М. відомі відвіку. Давньоримський натураліст Пліній згадує про чорний камінь, який використовували для знебварвлення рідкої скляної маси; йшлося про мінерал піролюзиті Mno 2. В Грузії піролюзит з прадавніх часів служив присадним матеріалом при здобутті заліза. Довгий час піролюзит називали чорною магнезією і вважали різновидом магнітного железняка ( магнетиту ). У 1774 До. Шеєле показав, що це з'єднання невідомого металу, а інший шведський учений Ю. Ган, сильно нагріваючи суміш піролюзиту з вугіллям, отримав М., забруднений вуглецем. Назву М. традиційно виробляють від німецького Manganerz — марганцева руда.

  Поширення в природі. Середній вміст М. в земній корі 0,1 %, у більшості вивержених порід 0,06—0,2 % по масі, де він знаходиться в розсіяному стані у формі Mn 2+ (аналог Fe 2+ ). На земній поверхні Mn 2+ легко окислюється тут відомі також мінерали Mn 3+ і Mn 4+ (див. Марганцеві руди ). У біосфері М. енергійно мігрує у відновних умовах і малорухливий в окислювальному середовищі. Найбільш рухливий М. в кислих водах тундри і лісових ландшафтів, де він знаходиться у формі Mn 2+ . Вміст М. тут часто підвищений і культурні рослини місцями страждають від надлишку М.; в грунтах, озерах болотах утворюються марганцеві для заліза конкреції, озерні і болотяні руди. У сухих степах і пустелях в умовах лужного окислювального середовища М. малорухливий, організми бідні М., культурні рослини часто потребують марганцевих мікродобрив. Річкові води бідні М. (10 -6 —10 -5 г/л ), проте сумарне винесення цього елементу річками величезне, причому основна його маса осідає в прибережній зоні. Ще менше М. у воді озер, Морея і океанів; у багатьох місцях океанічного дна поширені марганцеві для заліза конкреції, що утворилися в минулі геологічні періоди.

  Фізичні і хімічні властивості. Щільність М. 7,2—7,4 г/см 3 , t пл 1245 °С; t кіп 2150 °C. М. має 4 поліморфних модифікації: а-mn (кубічні об'емноцентрірованная грати з 58 атомами в елементарному вічку), b-mn (кубічна об'емноцентрірованная з 20 атомами у вічку), g-mn (тетрагон з 4 атомами у вічку) і d-mn (кубічна об'емноцентрірованная). Температура перетворень:

а-модифікація крихка; g (і частково b) пластична, що має важливе значення при створенні сплавів.

  Атомний радіус М. 1,30 . Іонні радіуси (у ): Mn 2+ 0,91, Mn 4+ 0,52, Mn 7+ 0,46. Інші фізичні властивості а-mn: питома теплоємність(при 25 °С) 0,478 кдж/ ( кг· До) [тобто 0,114 кал/ ( г· °С)]; температурний коефіцієнт лінійного розширення (при 20 °С) 22,3×10 -6 град -1 теплопровідність (при 25 °С) 66,57 вт/(м×К) [тобто 0,159 кал/ ( см·сек °С)]; питомий об'ємний електричний опір 1,5—2,6 мком·м (тобто 150—260 мком·см ) ; температурний коефіцієнт електричного опору (2—3)×10 -4 град -1 М. парамагнітен.

  Хімічно М. досить активний, при нагріванні енергійно взаємодіє з неметалами — киснем (утворюється суміш оксидів М. різної валентності), азотом (Mn 4 N, Mn 2 N 1 , Mn 3 N 2 ), сіркою (MNS, Mns 2 ), вуглецем (Mn 3 C, Mn 23 C 6 , Mn 7 C 3 , Mn 5 C 6 ), фосфором (Mn 2 P, MNP) і ін. При кімнатній температурі М. на повітрі не змінюється; дуже повільно реагує з водою. У кислотах (соляною, розбавленою сарною) легко розчиняється, утворюючи солі двовалентного М. Прі нагріванні у вакуумі М. легко випаровується навіть із сплавів.

  М. утворює сплави з багатьма хімічними елементами; більшість металів розчиняються в окремих його модифікаціях і стабілізують їх. Так, Cu, Fe, З, Ni та інші стабілізують g-модіфікацію. Al, Ag та інші розширюють області b- і s-mn в подвійних сплавах. Це має важливе значення для здобуття сплавів на основі М., що піддаються пластичній деформації (куванню, плющенню, штампуванню).

  В з'єднаннях М. зазвичай проявляє валентність від 2 до 7 (найбільш стійкі міри окислення +2, +4 і +7). Із збільшенням міри окислення зростають окислювальні і кислотні властивості з'єднань М.

  З'єднання Mn(+2) — відновники. Окисел MNO — порошок сіро-зеленого кольору; володіє основними властивостями, нерастворіма у воді і лугах, добре растворіма в кислотах. Гідроокис Mn(ВІН) 2 — біла речовина, нерозчинна у воді. З'єднання Mn(+4) можуть виступати і як окислювачі (а) і як відновники (б):

  Mno 2 +4HCl = Mncl 2 + Cl 2 + 2h 2 O    (a)

  (по цій реакції в лабораторіях отримують хлор )

  Mno 2 + Kclo 3 + 6koh = ЗК 2 Мno 4 + Kcl + ЗН 2 Про    (б)

  (реакція йде при сплаві).

  Двоокис Mno 2 — чорно-бурого кольору, відповідний гідроокис Mn(ВІН) 4 — темно-бурого кольору. Обидва з'єднання у воді нерастворіми, обидва амфотерни з невеликим переважанням кислотної функції. Солі типа K 4 Mno 4 називаються манганітамі.

  Із з'єднань Mn(+6) найбільш характерні марганцевиста кислота і її солі манганати. Вельми важливі з'єднання Mn(+7) — марганцева кислота, марганцевий ангідрид і перманганати .

  Здобуття. Найбільш чистий М. отримують в промисловості за способом радянського електрохіміка Р. І. Агладзе (1939) електролізом водних розчинів Mnso 4 з добавкою (Nh 4 ) 2 So 4 при ph = 8,0—8,5. Процес ведуть з анодами зі свинцю і катодами з титанового сплаву АТ-3 або неіржавіючій сталі. Лусочки М. знімають з катодів і, якщо необхідно, переплавляють. Галогенним процесом, наприклад хлоруванням руди Mn, і відновленням галогенідів отримують М. з сумою домішок близько 0,1 %. Менш чистий М. отримують алюмінотермією по реакції:

  3Мn 3 O 4 + 8al = 9mn + 4al 2 O 3 ,

  а також електротермією .

  Вживання. Основний споживач М. — чорна металургія, що витрачає в середньому близько 8—9 кг М. на 1 т сталі, що виплавляється. Для введення М. в сталь застосовують найчастіше його сплави із залізом — феромарганець (70—80 % М., 0,5—7,0 % вуглецю, останнє залізо і домішки). Виплавляють його в доменних і електричних печах (див. Феросплави ). Високовуглецевий феромарганець служить для розкислювання і десульфурації стали; середньо- і маловуглецевий — для легування стали. Малолегована конструкційна і рейкова сталь містить 0,9—1,6 % Mn; високолегована, дуже зносостійка сталь з 15 % Mn і 1,25 % C (винайдена англійським металургом Р. Гейрілдом в 1883) була однією з перших легованих сталей. У СРСР виробляється безникельовая неіржавіюча сталь, що містить 14 % Cr і 15 % Mn.

  М. використовується також в сплавах на незалізній основі (див., наприклад, Манганін ). Сплави міді с М. застосовують для виготовлення турбінних лопаток; марганцеві бронзи — при виробництві пропелерів і інших деталей, де необхідне поєднання міцності і корозійної стійкості. Майже всі промислові алюмінієві сплави і магнієві сплави містять М. Разработани сплави на основі М., що деформуються, леговані міддю, нікелем і іншими елементами. Гальванічне покриття М. застосовується для захисту металевих виробів від корозії.

  З'єднання М. застосовують і при виготовленні гальванічних елементів; у виробництві скла і в керамічній промисловості; у фарбувальній і поліграфічній промисловості, в сільському господарстві (див. Мікродобрива ) і так далі

  Ф. Н. Тавадзе.

 

  Марганець в організмі. М. широко поширений в природі, будучи постійною складовою частиною рослинних і тваринних організмів. Вміст М. в рослинах складає десятитисячні — соті, а в тварин — стотисячні — тисячні долі відсотка. Безхребетні тварини багатші за М., чим хребетні. Серед рослин значну кількість М. нагромаджують деякі іржавинні гриби, водяний горіх, ряска, бактерії пологів Leptothrix, Crenothrix і деякі діатомові водорості (Cocconeis) (до декількох відсотків в золі), серед тварин — руді мурашки, деякі молюски і ракоподібні (до сотих доль відсотка). М. — активатор ряду ферментів, бере участь в процесах дихання, фотосинтезі, біосинтезі нуклеїнових кислот і ін., підсилює дію інсуліну і інших гормонів, впливає на кровотворення і мінеральний обмін . Недолік М. в рослин викликає некрози хлороз яблуні і цитрусових, плямистість злаків, опіки в картоплі, ячменю і тому подібне М. виявлений у всіх органах і тканинах людини (найбільш багаті їм печінка, скелет і щитовидна залоза). Добова потреба тварин і людини в М. — декілька міліграм (щодня з їжею чоловік отримує 3—8 міліграм М.). Потреба в М. підвищується при фізичному навантаженні, при недоліку сонячного світла; діти потребують більшої кількості М., чим дорослі. Показано, що недолік М. в їжі тварин негативно впливає на їх зростання і розвиток, викликає анемію, так звану лактаційну тетанію, порушення мінерального обміну кісткової тканини. Для запобігання вказаним захворюванням в корм вводять солі М.

  Р. Я. Жізневськая.

 

  В медицині деякі солі М. (наприклад, Kmno 4 ) застосовують як дезинфікуючі засоби (див. Перманганат калія ). З'єднання М., вживані в багатьох галузях промисловості, можуть надавати токсичну дію на організм. Потрапляючи в організм головним чином через дихальні дороги, М. накопичується в паренхіматозних органах (печінка, селезінка), кістках і м'язах і виводиться повільно, протягом багатьох років. Гранично допустима концентрація з'єднань М. в повітрі — 0,3 мг/м 3 . При виражених отруєннях спостерігається поразка нервової системи з характерним синдромом марганцевого паркінсонізму .

  Лікування: вітамінотерапія, холінолітічеськие засоби і ін. Профілактика: дотримання правил гігієни праці.

  Літ.: Салі А. Х., Марганець, переклад з англійського, М., 1959; Виробництво феросплавів, 2 видавництва, М. 1957; Пірсон А., Марганець і його роль у фотосинтезі, в збірці: Мікроелементи, переклад з англійського, М., 1962.