Марганец


Марганец (обозначается Mn) - это химический элемент, находится в VII группе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Атомный номер элемента 25, атомная масса марганца 54,9380. Марганец - тяжелый металл серебристо-белого цвета. Элемент представлен в природе 1-м стабильным изотопом - 35Мn.

Соединения марганца, в частности пиролюзит (МnО2), известны и применяются с древних времен. В чистом виде марганец впервые был получен в 1774 г. Ю.Ган и К.В.Шееле. Сам термин "марганец" (или manganesium) был принят в 1787 г. Французской комиссией по номенклатуре, но лишь в нач. XIX в. он стал всеобщим. Позднее данный металл, чтобы избежать путаницы с магнием (magnasium), открытым Х. Дэвидом в 1808 г., был переименован в manganium. В пер. пол. XIX в. в России его химики называли "марганцовик", а позднее "манганес", металл использовался в изготовлении пурпурной финифти. Лишь спустя какое-то время в России утвердилось наименование "марганец".

Марганец в чистом виде не встречается в природе. В рудах элемент присутствует в форме карбонатов, окислов и гидроокисей. Основным минералом, содержащим марганец, является пиролюзит, представляющий собой относительно мягкий камень темно-серого цвета. Содержание марганца в нем составляет 63,2%. Существуют и другие руды марганца: манганит, псиломелан, браунит, гаусманит. Все это силикаты и окислы марганца. В них валентность марганца составляет 2, 3, 4. Содержание марганца в земной коре равняется примерно 0,1 % по массе. Марганец является 14-м элементом по распространённости на нашей планете, и второй тяжёлый металл после железа.

Марганец способен образовывать сплавы с огромным количеством химических элементов. Большинство существующих металлов растворяется в некоторых модификациях марганца и стабилизирует их.

Сам по себе марганец достаточно активен, в результате нагревания энергично взаимодействует кислородом, образуется смесь оксидов Марганца различной валентности, азотом, фосфором, серой, углеродом и другими неметаллами. На комнатной температуре в атмосфере воздуха марганец не изменяется, металл очень медленно вступает в реакцию с водой. В разбавленной серной и в соляной кислоте легко растворяется, при этом образует соли марганца второй валентности. В результате нагревания в вакууме легко испаряется, в том числе из сплавов.

На данный момент для получения марганца в металлической форме применяются три метода: электролитический, силикотермический (восстановление кремнием) и алюминотермический (восстановление алюминием).

Основным потребителем марганца является черная металлургия, она расходует в среднем 8-9 килограмм марганца на 1 тону выплавляемой стали. При введении в сталь марганца чаще всего применяют его сплавы с железом, например, ферромарганец (70 - 80% марганца, 0,5 - 7,0% углерода, остальное занимает железо и примеси). Выплавляется он в электрических и доменных печах.

Основным потребителем марганцевой руды являются ферросплавные заводы, на которых вследствие разных технологических процессов производят сплавы марганца (с кремнием, железом) либо марганец в чистом виде. Далее путь марганца проходит через сталеплавильный цех. Некоторые соли Марганца (к примеру, KMnO4) применяются как дезинфицирующие средства в медицине.

Биологические свойства


Марганец относится к самым важным жизненно необходимым микроэлементам и принимает участие в регуляции наиважнейших биохимических процессов. Учеными установлено, что элемента № 25 в небольших количествах присутствует во всех известных живых организмах. Марганец принимает участие в важнейших нейрохимических процессах центральной нервной системы, в образовании соединительной и костной тканей, в регуляции углеводного и жирового обмена, а также в обмене витаминов группы В, витаминов С, Е и холина.

В природе марганец широко распространен, он является постоянной составной частью животных и растительных организмов. В растениях содержание марганца составляет от десятитысячных до сотых, а в животных – от стотысячных до тысячных долей процента. Более богаты марганцем беспозвоночные животные, в отличие от позвоночных. Среди растений довольно большое количество марганца накапливают отдельные ржавчинные грибы, ряска, водяной орех, бактерии родов Crenothri,x Leptothrix, а также некоторые из диатомовых водорослей (Cocconeis) (в их золе содержится до нескольких процентов Магния), среди животных накопителями марганца можно назвать рыжих муравьев, некоторых моллюсков и ракообразных (содержание марганца в них составляет до нескольких сотых долей процента). Элемент №25 является активатором ряда ферментов, участвующих в фотосинтезе, процессах дыхания, биосинтезе нуклеиновых и других кислот, марганец влияет на минеральный обмен и кроветворение, усиливает действие инсулина, других гормонов.

Недостаток марганца вызывает у растений некрозы, например, хлороз цитрусовых и яблонь, ожоги у картофеля, ячменя, пятнистость злаков, и т. д. Марганец был обнаружен во всех тканях  и органах человека (особенно богаты микроэлементом щитовидная железа, печень и скелет). Ежедневная потребность человека и животных в марганце – всего несколько миллиграмм (человек ежедневно с едой получает 3-8 миллиграмм марганца). При физической нагрузке повышается потребность в марганце, также ее повышает недостаток солнечного света. Детям нужно куда большее количестве марганца, чем взрослым. Практическими опытами было доказано, недостаток марганца в составе пищи животных губительно влияет на их развитие и  рост, вызывает так называемую лактационную тетанию, анемию, нарушение обмена минералами в костной ткани. С целью предотвращения рассмотренных заболеваний в корм животных в некоторых количествах вводятся соли марганца.

В человеческой крови и крови большинства животных содержание марганца составляет примерно 0,02 мг/л. Ежедневная потребность здорового взрослого организма в марганце равна 3–5 миллиграмм. Марганец влияет на иммунную защиту организма и процессы кроветворения. Укушенного ядовитым среднеазиатским пауком каракуртом можно спасти, нужно внутривенно ввести ему раствор сульфата марганца.

Избыток Элемента №25 в человеческом организме сказывается на функционировании центрального отдела нервной системы, что проявляется в появлении сонливости, утомляемости, ухудшении функции памяти. Такие симптомы в основном наблюдаются у рабочих, которые связаны с производством марганца, а также его сплавов.

В обмене элементами современного человека одним из самых распространенных отклонений является дефицит марганца, что связано со снижением потребления продуктов богатых марганцем (зелень, грубая растительная пища), увеличением содержания в организме количества фосфатов (консервы, лимонады, и т.д.), в крупных городах это связано с ухудшением экологической обстановки и постоянной психо-эмоциональной перенапряженностью. Восстановление количества марганца в организме положительно влияет на здоровье человека.


Интересные факты


Во время разрухи, которая была вызвана гражданской войной начала ХХ века, молодая Советская Россия сильно нуждалась в иностранной валюте. Одним из самых первых продуктов экспорта Советского Союза была марганцевая Чиатурская руда.

Если растворить в воде пиролюзит, который сплавлен с едким кали и селитрой, получится зеленый раствор. Постепенно цвет раствора будет меняться. Раствор станет синим, затем фиолетовым, после малиновым, ну а в завершении на дно колбы выпадет бурый осадок. Однако стоит лишь взболтать колбу, как вновь раствор принимает зеленую окраску. За такие изменения окраски Шееле прозвал КаМnO4 - марганцовистокислый  калий -  «минеральным хамелеоном». Данное название употреблялось на протяжении более чем сотни лет спустя открытие Шееле.

Учеными было установлено, что в обмене веществ марганец имеет значительное значение. У растений микроэлемент ускоряет образование хлорофилла, а также повышает способность растений к синтезу витамина С.. Именно поэтому внесение в почву марганца заметно повышает показатели урожайности многих культур, например, хлопчатника и озимой пшеницы.

Марганец служит для улучшения свойств не одного лишь железа. Например, сплав марганца с медью обладает высокой коррозионной стойкостью и прочностью. Из таких сплавов изготавливают лопатки турбин, а марганцовистые бронзы служат материалом при изготовлении винтов самолетов и других авиадеталей.

Швед Карл Шелле, открывший марганец, является рекордсменом по общему количеству открытых химических элементов. В его копилке есть еще вольфрам, кислород, хлор, барий, фтор и молибден.

В 1898 г. О. Гейслер обнаружил, свойство марганца образовывать сплавы с оловом, алюминием, сурьмой и медью. Такие сплавы могут намагничиваться, хоть в них и не содержатся ферромагнитные компоненты. Данное свойство появляется из-за того, что в этих сплавах образуются интерметаллические соединения. Также выяснилось, что олово можно заменить бором, алюминием, мышьяком, сурьмой или висмутом, а ферромагнетические свойства при этом все равно сохранятся. Такие материалы по сей день называют сплавами Гейслера.

Марганец является 14-м элементом по распространённости на нашей планете, и второй тяжёлый металл после железа.

Огромные залежи родонита, одного из основных минералов марганца, встречаются на Урале, где была когда-то найдена глыба родонита, имеющая массу в 47 тонн. Уральское месторождение родонита является самым крупным в мире.

Существует сталь, в составе которой кроме железа углерода и марганца ничего нет. Это сталь Гадфилда. В ней содержится углерода 1-1,5% и марганца 11-15%. Сталь данной марки обладает сильной твердостью и износостойкостью. Она применяется при изготовлении дробилок, перемалывающих самые твердые породы, а также деталей бульдозеров и экскаваторов. Твердость данной стали такова, что металл даже не поддается обработке механическим путем, детали из такой стали можно лишь отливать. Данные свойства тут-же нашли применение в изготовлении железнодорожных рельсов, сейфов, замков, гусениц тракторов, и множества других изделий.

Довольно широко в технике применяются тройные сплавы манганины - медь-марганец-никель, обладающие огромным электрическим сопротивлением, которое не зависит от температуры, но зависит от давления. Именно поэтому манганины широко используют в изготовлении электрических манометров. Обыкновенным манометром не возможно измерить давление 10000 атмосфер, зато можно это сделать при помощи электрического манометра, зная заранее зависимость манганина от давления.

История


Соединения марганца, в частности пиролюзит (МnО2), известны и применяются с древних времен. В чистом виде марганец впервые был получен в 1774 г. Ю.Ган и К.В.Шееле. Сам термин "марганец" (или manganesium) был принят в 1787 г. Французской комиссией по номенклатуре, но лишь в нач. XIX в. он стал всеобщим. Позднее данный металл, чтобы избежать путаницы с магнием (magnasium), открытым Х. Дэвидом в 1808 г., был переименован в manganium. В пер. пол. XIX в. в России его химики называли "марганцовик", а позднее "манганес", металл использовался в изготовлении пурпурной финифти. Лишь спустя какое-то время в России утвердилось наименование "марганец".

В нач. XIX в. произошло очень важное открытие металлургии: металлурги научились изготавливать зеркальный чугун, который содержал марганца 5-20% и углерода 3,5-5,5%. Пионером в данной области стал английский ученый и металлург Генри Бессемер.

В сокращенном варианте напомним весь процесс, чтобы стало ясно, насколько важно это открытие. Чугун представляет собой сплав железа и углерода (содержание углерода свыше 2%), из него в свою очередь изготавливают сталь (содержание углерода менее 2%). Суть сталеплавильного процесса состоит в окислении примесей в чугуне, а также снижении содержания в нем углерода. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что основными врагами прочности стали являются кислород и сера. Т.е. если не убирать серу, при затвердевании будет образовываться прослойки из FeS, а это снижает прочность стали. Элемент №25 (марганец) имеет большее сродство к сере, чем железо, именно поэтому сталь "раскисляют", т.е. добавляют в расплав марганец либо соединения марганца. Сера связывается в MnS, а его выходит в шлак. Кроме всего прочего марганец связывает кислород, растворенный в стали.

Однако чистый марганец добавлять не рентабельно. Тут вдруг оказалось, зеркальный чугун, как чистый марганец, имеет свойство удалять кислород и серу из расплавленной стали. В зеркальном чугуне содержится гораздо меньше марганца (около 20%), вот им и начали раскислять сталь. Зеркальный чугун в те времена плавили в доменной печи путем восстановления шпатовых железняков содержащих марганец, которые завозили из Штальберга (Рейнская Пруссия).

Бессемер способствовал открытию и созданию также и иных сплавов марганца. Артур Гендерсон под его руководством в 1863 г. на заводе в г. Глазго организовал производство ферромарганца, т.е. сплава, с содержанием марганца 25-35%. Перед зеркальным чугуном ферромарганец обладал преимуществами, т.к. вещество имело большую пластичность и вязкость. Постепенно он стал основным раскислителем стали, используемым до сих пор.

Вершиной истории марганца был 1882 г., когда английский металлург и ученый Роберт Гадфильд получил сталь с очень высоким содержанием данного элемента. Данным сплавом сразу заинтересовались фирмы, производящие замки и сейфы. Но почему?

Все потому, что внедрение в сталь до 1 % марганца не меняет ее основных свойств, а вот если добавить марганца больше (либо сочетать добавку с другими металлами), сталь станет намного более твердой, и будет служить дольше. Марганцовистая сталь используется там, где нужна повышенная стойкость к истиранию и ударам. Однако, она получается гораздо менее пластичной. На сегодняшний день марганец входит в состав конструкционных сталей 30 ХГС и 45Г2 марок. Такие сплавы широко используются в машиностроении, из них делают броневую сталь.  

В 1898 г. О.Гейслер обнаружил, свойство марганца образовывать сплавы с оловом, алюминием, сурьмой и медью. Такие сплавы могут намагничиваться, хоть в них и не содержатся ферромагнитные компоненты. Данное свойство появляется из-за того, что в этих сплавах образуются интерметаллические соединения. Также выяснилось, что олово можно заменить бором, алюминием, мышьяком, сурьмой или висмутом, а ферромагнетические свойства при этом все равно сохранятся. Такие материалы по сей день называют сплавами Гейслера.


Нахождение в природе


Марганец в чистом виде не встречается в природе. В рудах элемент присутствует в форме карбонатов, окислов и гидроокисей. Основным минералом, содержащим марганец, является пиролюзит, представляющий собой относительно мягкий камень темно-серого цвета. Содержание марганца в нем составляет 63,2%. Существуют и другие руды марганца: манганит, псиломелан, браунит, гаусманит. Все это силикаты и окислы марганца. В них валентность марганца составляет 2, 3, 4. Содержание марганца в земной коре равняется примерно 0,1 % по массе. Марганец является 14-м элементом по распространённости на нашей планете, и второй тяжёлый металл после железа.

Марганцевые руды классифицируются на металлургические и химические. Химичеаские содержат не менее 80% МnO2. Используют их стекла, в гальванических элементах (к примеру двуокись марганца является отличным деполяризатором), в производстве «марганцовки» (КMnО4), керамики, минеральных красителей, а также других отдельных продуктов химической промышленности.

Если руды, содержат менее 80% пиролюзита, их называют металлургическими и используют в черной металлургии. На долю металлургических в совокупной добыче марганцевых руд приходится более чем 90%, т.е. львиная доля добываемой марганцевой руды используется в металлургии.

Марганец и железо являются соседями не только в таблице Дмитрия Ивановича Менделеева, в составе марганцевых руд всегда присутствует железо. Зато в составе железных руд в достаточном количестве марганец, к сожалению, присутствует далеко не всегда.

На всех континентах нашей планеты есть месторождения марганцевых руд. Примерно 50% мировой добычи руд марганца приходится на долю Российской Федерации. Также богаты марганцем Бразилия, Индия, Гана, Марокко, Южно-Африканская Республика. Но большинство промышленно развитых стран вынуждены ввозить марганцевую руду на основе импорта, так как собственные их месторождения не удовлетворяют нужды черной металлургии и по качеству, и по количеству руды.

Железо-марганцевые конкреции, в больших количествах (несколько сотен миллиардов тонн) располагаются на дне Индийского, Тихого и Атлантического океанов, в них также содержится марганец. В морской воде содержание марганца составляет примерно 1,0·10–8 %. Промышленного значения данные запасы марганца в ближайшее время представлять не будут по причине сложности подъема на поверхность данных конкреций.

В глубоких местах Мирового океана концентрация марганца возрастает примерно до 0,3 % в результате окисления кислородом, растворённым в воде, с образованием оксида марганца, нерастворимого в воде, находящегося в гидратированной форме (MnO2·xH2O) и опускающегося в нижние слои водяной толщи, формируя железо-марганцевые конкреции, количество марганца в которых может достигать 45 % (в них также имеются примеси кобальта, меди и никеля). Такие конкреции в будущем могут стать промышленным источником марганца.

Огромные залежи родонита, одного из основных минералов марганца, встречаются на Урале, где была когда-то найдена глыба родонита, имеющая массу в 47 тонн. Уральское месторождение родонита является самым крупным в мире. В Чиатурском месторождении (в районе Кутаиси) сосредотачивается около 40 % марганцевых руд.

Минералы марганца

манганит ( или бурая манганцевая руда) MnO(OH) (содержит 62,5 % марганца);

пиролюзит MnO2·xH2O, наиболее распространённый минерал (63,2 % марганца);

гаусманит (MnIIMn2III)O4

браунит 3Mn2O3·MnSiO3 (содержит 69,5 % марганца);

псиломелан mMnO • MnO2 • nH2O (содержит 45-60 % марганца);

родохрозит (малиновый шпат, марганцевый шпат) MnCO3 (содержит 47,8 % марганца);

пурпурит (Mn3+[PO4]), содержит 36,65 % марганца.

Применение


Основным потребителем марганца является черная металлургия, она расходует в среднем 8-9 килограмм марганца на 1 тону выплавляемой стали. При введении в сталь марганца чаще всего применяют его сплавы с железом, например, ферромарганец (70 - 80% марганца, 0,5 - 7,0% углерода, остальное занимает железо и примеси). Выплавляется он в электрических и доменных печах.

В производстве стали марганец необходим, даже сегодня нет его эффективной замены. После введения марганца в емкость с расплавом, элемент выполняет сразу несколько функций. При рафинировании и раскислении стали марганец способен восстанавливать оксиды железа, при этом он превращается в оксид марганца, устраняемый в виде шлака. Марганец вступает в реакцию с серой, при этом образовавшиеся сульфиды переходят снова в шлак. Кремний и алюминий, также служат раскислителями, как и марганец, но они не способны быть десульфуризатором. Введение марганца вызывает замедление роста зерна во время нагрева, в результате чего получается мелкозернистая сталь. А вот кремний и алюминий наоборот ускоряют рост зерен.

В доменную шахту марганец вводят для удаления серу из чугуна. У марганца большее сродство с серой, чем у железа. С серой марганец образует MnS - прочный легкоплавкий сульфид. Сера, которая связана марганцем, уходит в шлак. Данный метод очищения чугуна от серы надежен и прост.

В производстве стали также широко используется способность элемента №25 связывать кислород и серу. Еще в XIX веке научились выплавлять «зеркальный» чугун из железных руд с примесями марганца. Такой чугун, содержание марганца в котором 5-20%, а углерода - 3,5-5,5%, обладал незаменимым свойством: если добавить его в жидкую сталь, из металла выделяются сера и кислород. Г. Бессемер - изобретатель 1-го конвертора - пользовался зеркальным чугуном для науглероживания и раскисления стали. В то время зеркальный чугун производили в доменной печи восстановлением марганцевых шпатовых железняков, которые ввозили из Штальберга, что в Рейнской Пруссии.

Марганец часто вводят в сталь вместе с другими металлами – вольфрамом, хромом, кремнием. Но существует сталь, в составе которой кроме железа углерода и марганца ничего нет. Это сталь Гадфилда. В ней содержится углерода 1-1,5% и марганца 11-15%. Сталь данной марки обладает сильной твердостью и износостойкостью. Она применяется при изготовлении дробилок, перемалывающих самые твердые породы, а также деталей бульдозеров и экскаваторов. Твердость данной стали такова, что металл даже не поддается обработке механическим путем, детали из такой стали можно лишь отливать. Данные свойства тут-же нашли применение в изготовлении железнодорожных рельсов, сейфов, замков, гусениц тракторов, и множества других изделий. В 1883 году Гадфилд получил 1-й британский патент на изготовление марганцовистой стали.    

Довольно широко в технике применяются тройные сплавы манганины - медь-марганец-никель, обладающие огромным электрическим сопротивлением, которое не зависит от температуры, но зависит от давления. Именно поэтому манганины широко используют в изготовлении электрических манометров. Обыкновенным манометром не возможно измерить давление 10000 атмосфер, зато можно это сделать при помощи электрического манометра, зная заранее зависимость манганина от давления.

Интерес представляют сплавы марганца и меди (В частности 70% магния и 30% меди), которые поглощают энергию колебаний, что находит применение в сферах, где нужно уменьшать вредные шумы производства.

Основным потребителем марганцевой руды являются ферросплавные заводы, на которых вследствие разных технологических процессов производят сплавы марганца (с кремнием, железом) либо марганец в чистом виде. Далее путь марганца проходит через сталеплавильный цех.

Некоторые соли Марганца (к примеру, KMnO4) применяются как дезинфицирующие средства в медицине.


Производство


Первый металлический марганец был получен в результате восстановлении пиролюзита с использованием древесного угля: МnО2 + C → Mn + 2CO. Но это был не элементарный марганец. Как и свои соседи по таблице Дмитрия Ивановича Менделеева – хром и железо, марганец вступает реакцию с углеродом и практически всегда содержит карбидную примесь. Все это значит, что чистый марганец не получить при помощи углерода. На данный момент для получения марганца в металлической форме применяются три метода: электролитический, силикотермический (восстановление кремнием) и алюминотермический (восстановление алюминием).

Очень широкое распространение приобрел алюминотермический метод, который был разработан еще в кон. XIX в. В данном случае в роли марганцевого сырья лучше всего вместо пиролюзита применять Mn3O4 - закись-окись марганца. Пиролюзит вступает в реакцию с алюминием,  выделяя настолько огромное количества тепла, что протекающая реакция может легко стать неуправляемой. Именно поэтому, прежде чем браться за восстановление пиролюзита, его обязательно обжигают, а полученная после обжига закись-окись смешивается с алюминиевым порошком, после чего поджигаются в специальном контейнере. Вследствие этих действий начинается достаточно быстрая реакция 3Мn3O4 + 8Аl → 9Мn + 4Аl2О3, которая не требует дополнительных энергетических затрат. Полученный расплав охлаждается, с него скалывается хрупкий шлак, а слиток марганца проходит процедуру дробления и отправляется на дальнейшую переработку.

Вместе с тем, ни алюминотермический способ, ни силикотермический, не могут дать марганец высокой чистоты. Есть возможность очищать алюминотермический марганец возгонкой, но такой метод дорог и малопроизводителен. Именно поэтому металлурги уже давно искали прогрессивные способы производства металлического марганца высокой чистоты, ну и, конечно же, в первую очередь надеялись на метод электролитического рафинирования. Однако в отличие от никеля, меди и многих других металлов, марганец, который откладывается на электродах, не является чистым, т.к. его загрязняют примеси окислов. К тому же, металл получался пористым, непрочным, и неудобным для дальнейшей переработки.

Многие видные ученые и металлурги делали попытки подбора оптимального режима электролиза соединений марганца, но ни одна из попыток успехом не завершилась. Данную задачу в 1919 г. разрешил знаменитый советский ученый Р. Агладзе (в дальнейшем он был действительным членом Академии наук в Грузинской ССР). Разработанная им технология электролиза позволяла из хлористых и сернокислых солей получать достаточно плотный металл, содержание 25-го элемента в котором составляло до 99,98%. Данный способ и лег в основу индустриального получения металлического высокочистого марганца.

Внешне данный металл напоминает железо, только тверже последнего. На воздухе марганец окисляется, однако, как и в случае алюминия, оксидная пленка очень быстро покрывает поверхность металла, тем самым препятствуя процессу дальнейшего окисления. Марганец быстро реагирует с кислотами, с азотом элемент образует нитриды, марганец с углеродом образует карбиды. Подводя итог можно сказать, что хотя получение элемента №25 и было долгое время тяжелой задачей, сам по себе марганец - типичный металл.


Физические свойства


Марганец в компактной форме представляет собой твердый металл серебристо-белой окраски. Плотность марганца составляет 7,2-7,4 г/см3; температура плавления равна 1245 °С; температура кипения равняется 2150 °С. Марганец имеет четыре полиморфные модификации: α-Мn (в виде кубической объемно-центрированной решетки, в элементарной ячейке 58 атомов), β-Мn (в виде кубической объемно-центрированной решетки, в элементарной ячейке 20 атомов), γ-Мn (в виде тетрагональной решетки с 4 атомами в элементарной ячейке) и δ-Mn (в виде кубической объемно-центрированной решетки). Температура превращений для каждой модификации: для α=β 705 °С; для β=γ 1090 °С и для γ=δ 1133 °С; γ, и отчасти β пластичны, что играет важную роль при создании сплавов, α-модификация хрупка.

Атомный радиус Марганца равен1,30 Å. Ионные радиусы марганца (в Å) составляют: Mn7+ 0,46, Mn2+ 0,91, Mn4+ 0,52. Другие физические свойства α-Mn:

Показатель удельной теплоемкости (при температуре 25°С) равен 0,478 кДж/(кг·К) [другими словами 0.114 ккал/(г·°С)]; значение температурного коэффициента линейного расширения (при температуре 20°С) составляет 22,3·10-6 град-1; теплопроводность марганца (при температуре 25 °С) равна 66,57 Вт/(м·К) [другими словами 0,159 кал/(см·сек·°С)]; показатель удельного объемного электрического сопротивления составляет 1,5-2,6 мком·м (т. е. 150-260 мком·см), марганец имеет температурный коэффициент электрического сопротивления равный (2-3)·10-4 град-1. Металл марганец парамагнитен.

Марганец способен образовывать сплавы с огромным количеством химических элементов. Большинство существующих металлов растворяется в некоторых модификациях марганца и стабилизирует их. Например, Ni, Cu, Fe и Co, а также и другие элементы стабилизируют γ-модификацию. Ag, Al, и другие металлы расширяют области σ- и β-Mn у двойных сплавов. Данное свойство грает огромную роль при получении сплавов, в составе которых присутствует марганец, т.к. они поддаются пластической деформации (штамповке, ковке, прокатке).

Работа выхода электрона элемента составляет 4,1 эВ, Коэффициент линейного температурного расширения равен 0,000022 см/см/°C (при температуре 0 °C). Показатель энтальпии атомизации равняется 280,3 кДж/моль при температуре 25 °C, энтальпия плавления равна 14,64 кДж/моль, энтальпия испарения составляет 219,7 кДж/моль. Твёрдость металла по шкале Бринелля равна Мн/м², по шкале Мооса составляет 6. Давление паров марганца имеет значение 121 Па при 1244 °C. Молярный объём металла составляет 7,35 см³/моль.

MnO является монооксидом и низшим оксидом марганца. Температура плавления оксида марганца(II) MnO равна 1569°С. Существует 2 сингонии кристаллов MnO : гексагональная (устойчива до температуры 155,3°С) и кубическая модификация (а = 0,4448 нм). Монооксид марганца является антиферромагнетиком с точкой Неля равной 122 К, оксида марганца(II) - полупроводник. Молярная масса оксида равна 70,94 г/моль. Цвет его кристаллов — серо-зелёный или зелёный. Плотность у кубической сингонии равна 5,18 г/см3.


Химические свойства


Сам по себе марганец достаточно активен, в результате нагревания энергично взаимодействует кислородом, образуется смесь оксидов Марганца различной валентности, азотом, фосфором, серой, углеродом и другими неметаллами. На комнатной температуре в атмосфере воздуха марганец не изменяется, металл очень медленно вступает в реакцию с водой. В разбавленной серной и в соляной кислоте легко растворяется, при этом образует соли марганца второй валентности. В результате нагревания в вакууме легко испаряется, в том числе из сплавов.

В марганцевых соединениях, как правило, проявляется валентность от второй до седьмой (самые устойчивые степени окисления +7, +4 и +2). Увеличение степени окисления ведет к росту окислительных и кислотных свойств марганцевых соединений.

Соединения Mn(степени окисления +2) являются восстановителями. Оксид марганца MnO представляет собой серо-зеленый порошок; оксид обладает основными свойствами марганца. Не растворяется в щелочах и воде, в кислотах растворяется хорошо. Гидрооксид магния Mn(OH)3 представляет собой вещество белого цвета, нерастворим в воде. Соединения Mn(степени окисления +4) могут быть и окислителями (а) и восстановителями (б):

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O (а)

(по данной редакции в лабораторных условиях получают хлор)

MnO2 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O (б)

(реакция проходит в результате сплавления).

Хлорид марганца(II) вне водного состояния - это светло-розовые листочки, получаемые в последствие обработки марганца, а также его оксида либо карбоната сухим хлороводородом:

MnCO3 + 2HCl = MnCl2 + CO2 + H2O

Сульфат марганца (II) представляет собой  практически бесцветный порошок в безводном состоянии, на вкус горький, получают его при дегидратации кристаллогидратов (MnSO4·nH2O, где n = 1,4,5,7). Иногда в природе в форме минерала миллардита встречается гептагидрат сульфата марганца,  устойчивый на температурах ниже 9°C. В комнатной температуре устойчив марганцевый корпус MnSO4·5H2O. Сульфат марганца в промышленности получают путем растворения в горячем концентрате серной кислоте пиролюзита:

2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 2H2O.

Соли 2-валентного марганца воздействуют каталитически на протекание отдельных окислительных процессов, в частности тех, которые происходят под действием кислорода, на чем и основано применение их в качестве сиккативов, т.е. веществ, растворенных в льняном масле, которые ускоряют его окисление кислородом из воздуха, тем самым способствуя быстрому высыханию. Льняное масло, которое содержит сиккатив, называется олифой. В роли сиккативов применяют отдельные органические марганцевые соли.

Из всех соединений марганца(IV) самое большое значение у диоксида марганца, который выступает важнейшим марганцевым минералом. Есть несколько форм встречающегося в природе диоксида маргаца: псиломелан, пиролюзит, рамсделит и криптомелан.

В лаборатории диоксид марганца можно получить путем прокаливания Mn(NO3)2 на воздухе:

Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2

Диоксид марганца является черным порошком амфотерного характера, проявляющим окислительные и восстановительные свойства.

Диоксид марганца, который вводят в состав стекла, убирает зеленую окраску, которая обусловлена силикатом железа, она придает розовый цвет стеклу (если добавить много MnO2, цвет будет черным). Порошок диоксида марганца имеет адсорбирующие свойства: поглощение хлора, солей радия, бария и др. металлов.

Марганцевый ангидрид, т.е. Mn2O7 оксид марганца(VII) – тяжелое масло зелено-бурой окраски, получается при действии на перманганат калия концентрата серной кислоты:

2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O

Данное вещество является чрезвычайно сильным окислителем, которое взрывается при нагревании или ударе. Многие вещества, например, древесная стружка, сера, фосфор, спирт, воспламеняются при соприкосновении с ним.